AN ENTERPRISE ARCHITECTURE AND MODEL DRIVEN ENGINEERING BASED APPROACH FOR SENSOR NETWORKS - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2018

AN ENTERPRISE ARCHITECTURE AND MODEL DRIVEN ENGINEERING BASED APPROACH FOR SENSOR NETWORKS

Framework de développement et de simulation pour observatoire sous-marin

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1
Charbel Aoun
  • Function : Author
  • PersonId : 1101178

Abstract

Marine observatories (MO) based on sensor networks provide a continuous ocean monitoring. These sensor networks contain several kinds of sensors including acoustic hydrophones to detect and localize moving objects or animals like dolphins. In the context of marine observatories, the sensor networks provide high level services and are included in an information system to process, store and present the sensor data. This kind of system is considered as complex system and is assimilated as enterprise system with business rules and services and with several hypothesis to map these services to the distributed enterprise infrastructure. To specify, develop and deploy such systems remains a challenge to satisfy the needs, and the associated requirements, with the respect of the platform constraints. So, one of the questions is how to improve life-cycle of these systems to contribute the architecture design which is one of the sensible phase. Because this phase is the crucial one to obtain the best trade-of between the services and the infrastructure. So in this work, we try to contribute a system life-cycle based on the use of a model driven approach with an early validation phase to support ease up the development and deployment phases. The use of the models provide the facility to apply an iterative approach at system level which remains a challenge compare to the software processes. In this document, we present our approach based on an Enterprise Architecture Framework to take into account the complexity of the system. These frameworks provide the capacity to model the system on several viewpoints to express the different concerns of such systems. The choice to use an Enterprise Architecture Framework, and the associated tool ArchiMate, seems to be the most relevant due to our system features and the capacity to extend and specialize the associated tooling. The ArchiMate tooling is built on top of MDE technologies which provide facilities to extend the language definition with sensor network domain-specific concepts and constraints Thus, we propose a metamodel to define the domain concepts, and the metamodel is the support to generate a new design tool called ArchiMO. In addition, we specialize the mapping approach between the layers of the ArchiMO tool with the domain constraints to guarantee the model consistency regarding the domain. This resulting model is processed by a model compiler to generate a simulator code to achieve a simulation execution. The results of the simulation are used to analyze and validate the model of the system. After that, the iterative approach can be applied to improve the model regarding the requirements of the system, or to go forward in the development process. Our approach and tooling are demonstrated with an example from the marine observatory domain on underwater moving object localization with several acoustics sensors. This use case is used to validate our tooling to model the system, ensure consistency of the model and finally simulate the model. Through this use case, we observe that our tooling helps to reduce the complexity with the three viewpoints in the model, to improve the design activity via the domain constraints which ensure the model consistency of the Marine Observatory. As conclusion, this work aims to demonstrate that we can improve the development process of complex system based on the use of MDE technologies and a domain specific modeling language with the associated tooling. The major improvement is to provide an early validation step via models and simulation approach to consolidate the system design.
Les observatoires marins (OM) basés sur des réseaux de capteurs assurent une surveillance continue des océans. Ces réseaux de capteurs contiennent plusieurs types de capteurs dont des hydrophones acoustiques pour détecter et localiser des objets en mouvement ou des animaux comme les dauphins. Dans le cadre des observatoires marins, les réseaux de capteurs fournissent des services de haut niveau et sont inclus dans un système d'information pour traiter, stocker et présenter les données des capteurs. Ce type de système est considéré comme un système complexe et est assimilé à un système d'entreprise avec des règles et des services commerciaux et avec plusieurs hypothèses pour mapper ces services à l'infrastructure d'entreprise distribuée. Spécifier, développer et déployer de tels systèmes reste un défi pour satisfaire les besoins, et les exigences associées, dans le respect des contraintes de la plateforme. Ainsi, l'une des questions est de savoir comment améliorer le cycle de vie de ces systèmes pour contribuer à la conception de l'architecture qui est l'une des phases sensibles. Car cette phase est cruciale pour obtenir le meilleur compromis entre les services et l'infrastructure. Ainsi, dans ce travail, nous essayons de contribuer à un cycle de vie du système basé sur l'utilisation d'une approche axée sur les modèles avec une phase de validation précoce pour faciliter les phases de développement et de déploiement. L'utilisation des modèles permet d'appliquer une approche itérative au niveau du système, ce qui reste un défi par rapport aux processus logiciels. Dans ce document, nous présentons notre approche basée sur un Cadre d'Architecture d'Entreprise pour prendre en compte la complexité du système. Ces cadres offrent la capacité de modéliser le système sur plusieurs points de vue pour exprimer les différentes préoccupations de tels systèmes. Le choix d'utiliser un Framework d'Architecture d'Entreprise, et l'outil associé ArchiMate, semble être le plus pertinent en raison des fonctionnalités de notre système et de la capacité d'étendre et de spécialiser l'outillage associé. L'outil ArchiMate est construit sur les technologies MDE qui fournissent des fonctionnalités pour étendre la définition du langage avec des concepts et des contraintes spécifiques au domaine du réseau de capteurs. Ainsi, nous proposons un métamodèle pour définir les concepts du domaine, et le métamodèle est le support pour générer une nouvelle conception outil appelé ArchiMO. De plus, nous spécialisons l'approche cartographique entre les couches de l'outil ArchiMO avec les contraintes du domaine pour garantir la cohérence du modèle concernant le domaine. Ce modèle résultant est traité par un compilateur de modèle pour générer un code de simulation afin de réaliser une exécution de simulation. Les résultats de la simulation sont utilisés pour analyser et valider le modèle du système. Après cela, l'approche itérative peut être appliquée pour améliorer le modèle en fonction des exigences du système ou pour avancer dans le processus de développement. Notre approche et nos outils sont démontrés avec un exemple du domaine de l'observatoire marin sur la localisation d'objets mobiles sous-marins avec plusieurs capteurs acoustiques. Ce cas d'utilisation permet de valider notre outillage pour modéliser le système, assurer la cohérence du modèle et enfin simuler le modèle. A travers ce cas d'utilisation, nous observons que notre outillage permet de réduire la complexité avec les trois points de vue dans le modèle, d'améliorer l'activité de conception via les contraintes de domaine qui assurent la cohérence du modèle de l'Observatoire Marin. En conclusion, ce travail vise à démontrer que l'on peut améliorer le processus de développement de système complexe basé sur l'utilisation des technologies MDE et d'un langage de modélisation spécifique à un domaine avec l'outillage associé. L'amélioration majeure est de fournir une étape de validation précoce via des modèles et une approche de simulation pour consolider la conception du système.
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Dates and versions

tel-03250233 , version 1 (04-06-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03250233 , version 1

Cite

Charbel Aoun. AN ENTERPRISE ARCHITECTURE AND MODEL DRIVEN ENGINEERING BASED APPROACH FOR SENSOR NETWORKS. Computer Science [cs]. ENSTA Bretagne, 2018. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03250233⟩
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