Towards Utilization of Low-cost Technologies in Democratizing IoT Development

Abstract

Tämä väitöskirja tutkii edullisten ja avoimen lähdekoodin ratkaisujen potentiaalia esineiden internetin (IoT) alueella. Näin ollen tämä tutkimus on askel kohti IoT-järjestelmien kehittämisen demokratisointia, kohtuuhintaisten työkalujen hyödyntämistä ja osallistavamman teknologisen maiseman edistämistä. Väitöskirja käsittelee ilmaisien ja avoimen lähdekoodin ohjelmistojen (FOSS) ja laitteiston (FOSH) keskeisiä ominaisuuksia, erityisesti niiden joustavuutta, mukautumiskykyä ja kustannustehokkuutta, jotka ovat keskeisiä IoT-kehityksen demokratisoinnissa.

Tällaisten työkalujen tarpeellisuutta korostavat IoT-alueella vallitsevat haasteet, mukaan lukien korkeat toteutuskustannukset, edistyneiden IoT-tekniikoiden saavutettavuuden puute ja olemassa olevien ratkaisujen rajoitukset. Nämä haasteet, jotka ovat erityisen tärkeitä resurssirajoitteisissa ympäristöissä, kuten pk-yrityksissä, startup-yrityksissä ja oppilaitoksissa, korostavat kuilua, jonka paikkaamiseksi etenkin FOSS- ja FOSH-työkalut voivat tarjota helppokäyttöisiä, kustannustehokkaita ja mukautuvia ratkaisuja, ollen olennaisessa roolissa IoT-kehityksen demokratisoinnissa tehden siitä saavutettavampaa eri sektoreilla.

Tämä työ, joka pohjautuu viiteen vertaisarvioituun tieteelliseen julkaisuun, alkaa kirjallisuuskatsauksella IoT-kehityksen trendeistä, mukaan lukien avoimen lähdekoodin ohjelmistojen ja laitteistojen rooli, ja syventyy sen jälkeen edullisten ja saavutettavien IoT-työkalujen todellisiin toteutuksiin. Konstruktiivinen tutkimusmenetelmä (CRM) toimii ohjaavana viitekehyksenä tälle väitöskirjalle, korostaen empiirisiä todisteita tehokkaasti kuroen yhteen teorian ja käytännön välistä kuilua.

Tärkeimmät havainnot paljastavat, että trendit osoittavat halpojen ja avoimen lähdekoodin IoT-järjestelmien kasvavan merkityksen sekä erikoistuneissa ratkaisuissa että kaupallisissa sovelluksissa. Vaikka yhteensopivuuden ja turvallisuuden kaltaisia haasteita on olemassa, ne eivät koske ainoastaan avoimen lähdekoodin työkaluja vaan ovat koko alan keskeisiä haasteita. Näiden työkalujen monipuolisuus, kohtuuhintaisuus ja kehittyvät ominaisuudet tekevät niistä erityisen hyödyllisiä varsinkin sovelluksissa, joissa vaatimukset ovat alhaisemmat.

Tutkimus osoittaa, että edulliset ja avoimen lähdekoodin työkalut ovat keskeisiä joustavien, mukautuvien ja kustannustehokkaiden IoT-järjestelmien luomisessa, eivätkä ne ole ainoastaan vaihtoehtoisia ratkaisuja, vaan niistä on tulossa yhä keskeisempiä IoT-kehityksen tulevaisuudessa. Lisäksi tutkimus korostaa näiden teknologioiden nousevaa trendiä kohti parempaa laatua, antaen viitettä niiden kasvavaan rooliin IoT-kehityksessä.

Näin ollen tämä tutkimus edustaa askelta kohti IoT-järjestelmäkehityksen demokratisointia, hyödyntäen kohtuuhintaisia työkaluja ja edistää osallistavampaa ja saavutettavampaa teknologista maisemaa tutkimalla edullisten IoT työkalujen mahdollisuuksia ja vaikutuksia.

Vaikka tutkimus tarjoaa arvokkaita oivalluksia ja todellisia sovelluksia, erityisesti resurssirajoitteisille tahoille, se tunnustaa rajoituksensa, mukaan lukien löydösten rajallisen säilyvyysajan nopeasti kehittyvän IoT-maiseman vuoksi ja huolen löydösten yleistettävyydestä tapaustutkimuksiin nojautumisen vuoksi.

This dissertation investigates the transformative potential of low-cost and open-source solutions in the Internet of Things (IoT) domain. Consequently, this study represents a step towards democratizing IoT system development, leveraging affordable tools, and fostering a more inclusive technological landscape. The dissertation discusses key attributes of Free and Open-Source Software (FOSS) and Hardware (FOSH), notably their flexibility, adaptability, and cost-effectiveness, which are pivotal in democratizing IoT development.

The necessity for such tools is underscored by prevalent challenges in the IoT domain, including high costs of implementation, lack of accessibility to advanced IoT technologies, and the limitations of existing solutions. These challenges, particularly pertinent in resource-limited settings like SMEs, startups, and educational institutions, highlight a critical gap where FOSS and FOSH tools can provide accessible, cost-effective, and adaptable solutions, thereby playing a crucial role in democratizing the IoT development process and making it more inclusive across various sectors.

This work, substantiated by five scientific publications, initiates with a literature review of trends in IoT development, including the role of open-source software and hardware, and subsequently delves into real-world implementations of economical and accessible IoT tools. The Constructive Research Method (CRM) is employed as a guiding framework for this dissertation, emphasizing empirical evidence and effectively bridging the gap between theory and practice.

Key findings reveal that the trends indicate a growing relevance of low-cost and open-source IoT systems in both specialized solutions and commercial applications. Furthermore, while challenges such as interoperability and security exist, they are not exclusive to open-source tools and are industry-wide issues. The versatility, affordability, and evolving capabilities of these tools make them invaluable assets, especially for applications with lower requirements.

The research demonstrates that low-cost and open-source tools are pivotal for creating flexible, adaptive, and cost-effective IoT systems, and are not merely viable alternatives but are becoming increasingly central to the future trajectory of IoT development. Moreover, the research highlights the improving quality trends of these technologies, indicating their escalating role in IoT development.

Consequently, this study represents a stride towards democratizing IoT system development, leveraging economical tools, and nurturing a more inclusive technological landscape, contributing to this underexplored area by presenting an examination of affordable IoT solutions and their potential implications.

While the research provides invaluable insights and real-world applications, especially for entities with limited resources, it acknowledges its limitations, including the limited shelf-life of findings due to the rapidly evolving IoT landscape and concerns regarding the generalizability of insights due to a reliance on case studies.