Um framework para amparar a identificação de requisitos em sistemas IoT usando design socialmente consciente, representações visuais e realidade estendida

Abstract

Resumo: O avanço da Internet das Coisas (IoT) tem impulsionado o desenvolvimento de sistemas distribuídos e conectados em tempo real. IoT apresenta características específicas em sua configuração, sendo que unidades como sensores, fontes de energia e processadores são fundamentais para a interação entre os objetos. A diversidade de dispositivos e a necessidade de considerar aspectos sociais e culturais tornam o processo de concepção, modelagem e visualização de requisitos para sistemas IoT especialmente desafiador. Além disso, as diferentes percepções dos envolvidos podem gerar requisitos inconsistentes e ambíguos. Observa-se, nesse contexto, uma carência de frameworks que integrem abordagens participativas, representações visuais e tecnologias imersivas para apoiar esse processo. Diante desse cenário, esta tese tem como objetivo propor, desenvolver e avaliar um framework para apoiar a concepção, modelagem e visualização de requisitos em sistemas IoT, integrando abordagens do Design Socialmente Consciente (DSC), técnicas visuais como Histórias em Quadrinhos (HQs), modelagens com diagramas UML com estereótipos do perfil Marte e ambientes de Realidade Estendida (RE). Para isso, foram realizados dois estudos de viabilidade e um experimento. Os estudos de viabilidade tiveram como objetivo explorar, de forma separada, a aplicação das etapas de concepção e modelagem do framework. O primeiro estudo concentrou-se na concepção participativa de requisitos, utilizando o DSC. O segundo investigou o uso de HQs como recurso de modelagem visual dos requisitos de sistemas IoT. Em seguida, foi conduzido um experimento para a execução de todas as etapas do framework, a concepção, modelagem e visualização, com base em um problema comum. Os participantes utilizaram os materiais de apoio desenvolvidos, como o manual, biblioteca de ilustrações e flashcards, para a construção de requisitos de IoT. Os resultados apontaram que o framework é aplicável em contextos educacionais, permitindo que participantes com diferentes níveis de conhecimento consigam compreender, contribuir e visualizar requisitos de forma clara e colaborativa. A concepção com DSC possibilitou a reflexão sobre problemas reais e valores sociais; a modelagem com HQs favoreceu a organização do pensamento e a comunicação; os diagramas UML com perfil Marte consolidaram a formalização técnica; e a visualização com RE ampliou a validação dos requisitos por meio da imersão e interatividade. Assim, esta tese apresenta uma contribuição relevante ao propor uma estrutura replicável e adaptável para o desenvolvimento de requisitos em sistemas IoT.

Abstract: The advancement of the Internet of Things (IoT) has driven the development of distributed and real-time connected systems. IoT presents specific characteristics in its configuration, with components such as sensors, power sources, and processors being essential for object interaction. The diversity of devices and the need to consider social and cultural aspects make the process of designing, modeling, and visualizing requirements for IoT systems particularly challenging. Moreover, the different perspectives of those involved may lead to inconsistent and ambiguous requirements. In this context, there is a lack of frameworks that integrate participatory approaches, visual representations, and immersive technologies to support this process. In light of this scenario, this thesis aims to propose, develop, and evaluate a framework to support the design, modeling, and visualization of requirements in IoT systems, integrating approaches from Socially Conscious Design (SAwD), visual techniques such as comic strips, modeling with UML diagrams using the Marte profile stereotypes, and Extended Reality (XR) environments. To achieve this, two feasibility studies and one experiment were conducted. The feasibility studies aimed to separately explore the application of the framework’s design and modeling phases. The first study focused on the participatory design of requirements using SAwD. The second investigated the use of comic strips as a visual modeling resource for IoT system requirements. Next, an experiment was conducted to execute all stages of the framework— design, modeling, and visualization— based on a common problem. Participants used the support materials developed, such as the manual, illustration library, and flashcards, to construct IoT requirements. The results indicated that the framework is applicable in educational contexts, enabling participants with different levels of knowledge to understand, contribute to, and clearly and collaboratively visualize requirements. The design with SAwD enabled reflection on real-world problems and social values; modeling with comic strips supported the organization of thought and communication; UML diagrams with the Marte profile consolidated technical formalization; and visualization with XR enhanced requirements validation through immersion and interactivity. Thus, this thesis presents a relevant contribution by proposing a replicable and adaptable structure for requirements development in IoT systems.