Системний підхід до вибору архітектурних патернів для розробки IoT

Анотація

Зростання складності і масштабу систем Інтернету речей (IoT), особливо в промислових середовищах, створює значні виклики перед проєктуванням систем, включаючи питання безпеки, сумісності, масштабованості та ефективного використання ресурсів. Маючи у своєму розпорядженні широкий спектр архітектурних шаблонів для вирішення цих завдань, розробники часто постають перед труднощами при виборі найбільш придатних рішень. У цій статті представлена систематична методологія оцінки та вибору найкращих комбінацій архітектурних шаблонів проєктування, адаптованих до різних сценаріїв розгортання IoT. Підхід починається з аналізу наявних шаблонів проєктування IoT та моделювання їхніх ключових операційних характеристик. Для опису кожного шаблону використовується структурований шаблон, що сприяє узгодженості та порівнянності. Ці описи оцінюються за допомогою моделі якості, що включає такі критерії, як надійність, безпека, зручність використання, швидкість реагування, адаптивність, довговічність, сумісність та безпека. Модель зваженої суми з регульованими вагами критеріїв перетворює якісні оцінки на кількісні комплексні бали. Це дозволяє об'єктивно ранжувати шаблони та підтримує обґрунтоване прийняття архітектурних рішень. Методологія перевірена на основі численних прикладів, включаючи системи IoT загального призначення (наприклад, розумні будинки) та середовища Industry 4.0. У кожному випадку шаблони обираються на основі пріоритетів, специфічних для системи. Варто зазначити, що високопродуктивні шаблони, такі як Cloud-on-the-Loop, Closed-Loop Control та Role-Based Access Control, добре узгоджуються з відомими найкращими практиками та демонструють практичну застосовність методу. Аналіз чутливості додатково підтверджує адаптивність підходу, ілюструючи, як зміни в оцінках ваг значно впливають на кінцевий рейтинг шаблонів. Ця систематична методологія покращує відтворюваність, прозорість та гнучкість процесів проєктування архітектури IoT. Вона дає розробникам можливість адаптувати архітектурні рішення до конкретних потреб галузі, зберігаючи при цьому відповідність галузевим стандартам. Майбутні дослідження будуть спрямовані на розширення методології на нові сектори IoT, створення спеціалізованих каталогів шаблонів та інтеграцію системи вибору в автоматизовані інструменти проєктування для подальшої оптимізації розробки систем IoT.