A virtual factory for smart city service integration

Abstract

In the context of smart cities, governments are investing efforts on creating public value through the development of digital public services (DPS) focusing on specific policy areas, such as transport. Main motivations to deliver DPS include reducing administrative burdens and costs, increasing effectiveness and efficiency of government processes, and improving citizens’ quality of life through enhanced services and simplified interactions with governments. To ensure effective planning and design of DPS in a given domain, governments face several challenges, like the need of specialized tools to facilitate the effective planning and the rapid development of DPS, as well as, tools for service integration, affording high development costs, and ensuring DPS conform with laws and regulations. These challenges are exacerbated by the fact that many public administrations develop tailored DPS, disregarding the fact that services share common functionality and business processes. To address the above challenges, this thesis focuses on leveraging the similarities of DPS and on applying a Software Product Line (SPL) approach combined with formal methods techniques for specifying service models and verifying their behavioural properties. In particular, the proposed solution introduces the concept of a virtual factory for the planning and rapid development of DPS in a given smart city domain. The virtual factory comprises a framework including software tools, guidelines, practices, models, and other artefacts to assist engineers to automate and make more efficient the development of a family of DPS. In this work the virtual factory is populated with tools for government officials and software developers to plan and design smart mobility services, and to rapidly model DPS relying on SPLs and components-base development techniques. Specific contributions of the thesis include: 1) the concept of virtual factory; 2) a taxonomy for planning and designing smart mobility services; 3) an ontology to fix a common vocabulary for a specific family of DPS; 4) a compositional formalism to model SPLs, to serve as a specification language for DPS; and 5) a variable semantics for a coordination language to simplify coordination of services in the context of SPLs.

No contexto das cidades inteligentes, os governos investem esforços na criação de valor público através do desenvolvimento de serviços públicos digitais (DPS), concentrandose em áreas políticas específicas, como os transportes. As principais motivações para entregar o DPS incluem a redução de custos administrativos, o aumento da eficácia dos processos do governo e a melhoria da qualidade de vida dos cidadãos através de serviços melhorados e interações simplificadas com os governos. Para garantir um planeamento efetivo do DPS num determinado domínio, os governos enfrentam vários desafios, como a necessidade de ferramentas especializadas para facilitar o planeamento eficaz e o rápido desenvolvimento do DPS, bem como ferramentas para integração de DPS, reduzindo altos custos de desenvolvimento e garantindo que os DPS estejam em conformidade com as leis e regulamentos. Esses desafios são exacerbados pelo fato de que muitas administrações públicas desenvolvem o DPS sob medida, desconsiderando o fato de que os serviços compartilham funcionalidade e processos de negócios comuns. Para enfrentar os desafios, esta tese concentra-se em aproveitar as semelhanças dos DPS aplicando uma abordagem de Software Product Lines (SPL) combinada com métodos formais para especificar modelos de DPS e verificar propriedades. Em particular, introduz o conceito de uma fábrica virtual (VF) para o planeamento e desenvolvimento rápido de DPS num domínio de cidade inteligente. A VF compreende ferramentas de software, diretrizes, modelos e outros artefatos para auxiliar os engenheiros a automatizar e tornar mais eficiente o desenvolvimento de uma família de DPS. Neste trabalho, a VF é preenchida com ferramentas para várias partes para planear e projetar serviços de mobilidade inteligente (MI), e modelar rapidamente o DPS com base em SPLs e técnicas de desenvolvimento baseadas em componentes. Contribuições específicas da tese incluem: 1) o conceito de VF; 2) uma taxonomia para planear serviços de MI; 3) uma ontologia para fixar um vocabulário comum para uma família específica de DPS; 4) um formalismo composicional para modelar SPLs, e servir como uma linguagem de especificação para DPS; e 5) uma semântica variável para uma linguagem de coordenação para simplificar a coordenação.