Extending Web of Things with Semantic Software Module Descriptions for IoT Device Updates

Abstract

Das Internet of Things (IoT) ist zu einer Schlüsseltechnologie des modernen Lebens geworden, die Milliarden von Geräten in unterschiedlichen Anwendungen miteinander verbindet. Trotz signifikanter Fortschritte in diesem Bereich bleibt ein Problem bestehen: die vorzeitige Obsoleszenz von IoT-Geräten aufgrund zeitlich begrenzter Herstellerunterstützung. Diese Arbeit präsentiert eine Architektur, die den Lebenszyklus von IoT-Geräten über den ursprünglichen Supportzeitraum hinaus verlängern kann. Durch die Nutzung von W3C Web of Things (WoT) und eines modularen Systemdesigns ermöglicht der Ansatz dynamische Updates und Wartung nach dem Ende des Herstellersupports. Die Architektur kapselt Softwarekomponenten, bei denen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zukünftige Obsoleszenz- oder Interoperabilitätsproblemen auftreten und die mit Hilfe von Ontologien semantisch beschrieben und in einer Web of Things Thing Description (WoT TD) bereitgestellt werden. Die Umsetzbarkeit der Lösung wird durch eine prototypische Implementierung auf einem ESP32 Mikrocontroller demonstriert. Dabei werden der Austausch von Laufzeitmodulen, die Interaktion mit der API, die durch die WoT TD beschrieben wird, und dynamische Updates von Softwaremodulen gezeigt. Durch die Verbindung von eingebetteten Systemen mit semantischen Webtechnologien trägt diese Arbeit zu einer nachhaltigen Lösung für die Wartung von IoT-Geräten bei, die letztendlich deren Langlebigkeit erhöht.

The Internet of Things (IoT) has become a key technology in modern life, interconnecting billions of devices across diverse applications. Despite significant advancements in this field, a persistent challenge remains: the premature obsolescence of IoT devices due to limited vendor support. This thesis presents an architecture designed to extend the lifecycle of IoT devices beyond their original support period. By leveraging the W3C Web of Things (WoT) paradigm and introducing a modular system design, the proposed approach enables dynamic updates and maintenance after vendor support ends. The architecture encapsulates software components with a high likelihood of future obsolescence and interoperability issues, which are semantically described using ontologies and exposed through a Web of Things Thing Description (WoT TD). The feasibility of the solution is demonstrated through a prototypical implementation on an ESP32 microcontroller, showcasing runtime module replacement, interaction with the API described by the WoT TD, and dynamic updates of software modules. By uniting embedded systems with semantic web technologies, this work contributes to a sustainable solution for maintaining IoT devices, ultimately enhancing their longevity.