Designing and Deploying Internet of Things Applications in the Industry: An Empirical Investigation

L'Internet des objets (IdO) a pour objectif de permettre la connectivité à presque tous les objets trouvés dans l'espace physique. Il étend la connectivité aux objets de tous les jours et o˙re la possibilité de surveiller, de suivre, de se connecter et d'intéragir plus eÿcacement avec les actifs industriels. Dans l'industrie de nos jours, les réseaux de capteurs connectés surveillent les mouvements logistiques, fabriquent des machines et aident les organisations à améliorer leur eÿcacité et à réduire les coûts. Cependant, la conception et l'implémentation d'un réseau IdO restent, aujourd'hui, une tâche particulièrement diÿcile. Nous constatons un haut niveau de fragmentation dans le paysage de l'IdO, les développeurs se complaig-nent régulièrement de la diÿculté à intégrer diverses technologies avec des divers objets trouvés dans les systèmes IdO et l'absence des directives et/ou des pratiques claires pour le développement et le déploiement d'application IdO sûres et eÿcaces. Par conséquent, analyser et comprendre les problèmes liés au développement et au déploiement de l'IdO sont primordiaux pour permettre à l'industrie d'exploiter son plein potentiel. Dans cette thèse, nous examinons les interactions des spécialistes de l'IdO sur le sites Web populaire, Stack Overflow et Stack Exchange, afin de comprendre les défis et les problèmes auxquels ils sont confrontés lors du développement et du déploiement de di˙érentes appli-cations de l'IdO. Ensuite, nous examinons le manque d'interopérabilité entre les techniques développées pour l'IdO, nous étudions les défis que leur intégration pose et nous fournissons des directives aux praticiens intéressés par la connexion des réseaux et des dispositifs de l'IdO pour développer divers services et applications. D'autre part, la sécurité étant essen-tielle au succès de cette technologie, nous étudions les di˙érentes menaces et défis de sécurité sur les di˙érentes couches de l'architecture des systèmes de l'IdO et nous proposons des contre-mesures. Enfin, nous menons une série d'expériences qui vise à comprendre les avantages et les incon-vénients des déploiements 'serverful' et 'serverless' des applications de l'IdO afin de fournir aux praticiens des directives et des recommandations fondées sur des éléments probants relatifs à de tels déploiements. Les résultats présentés représentent une étape très importante vers une profonde compréhension de ces technologies très prometteuses. Nous estimons que nos recommandations et nos suggestions aideront les praticiens et les bâtisseurs technologiques à améliorer la qualité des logiciels et des systèmes de l'IdO. Nous espérons que nos résultats pourront aider les communautés et les consortiums de l'IdO à établir des normes et des directives pour le développement, la maintenance, et l'évolution des logiciels de l'IdO.

Abstract

Internet of Things (IoT) aims to bring connectivity to almost every object found in the phys-ical space. It extends connectivity to everyday things, opens up the possibility to monitor, track, connect, and interact with industrial assets more eÿciently. In the industry nowadays, we can see connected sensor networks monitor logistics movements, manufacturing machines, and help organizations improve their eÿciency and reduce costs as well. However, designing and implementing an IoT network today is still a very challenging task. We are witnessing a high level of fragmentation in the IoT landscape and developers regularly complain about the diÿculty to integrate diverse technologies of various objects found in IoT systems, and the lack of clear guidelines and–or practices for developing and deploying safe and eÿcient IoT applications. Therefore, analyzing and understanding issues related to the development and deployment of the Internet of Things is utterly important to allow the industry to utilize its fullest potential. In this thesis, we examine IoT practitioners' discussions on the popular Q&A websites, Stack Overflow and Stack Exchange, to understand the challenges and issues that they face when developing and deploying di˙erent IoT applications. Next, we examine the lack of interoper-ability among technologies developed for IoT and study the challenges that their integration poses and provide guidelines for practitioners interested in connecting IoT networks and de-vices to develop various services and applications. Since security issues are center to the success of this technology, we also investigate di˙erent security threats and challenges across di˙erent layers of the architecture of IoT systems and propose countermeasures. Finally, we conduct a series of experiments to understand the advantages and trade-o˙s of serverful and serverless deployments of IoT applications in order to provide practitioners with evidence-based guidelines and recommendations on such deployments. The results presented in this thesis represent a first important step towards a deep understanding of these very promising technologies. We believe that our recommendations and suggestions will help practitioners and technology builders improve the quality of IoT software and systems. We also hope that our results can help IoT communities and consortia establish standards and guidelines for the development, maintenance, and evolution of IoT software and systems.