Designing smart city mobile applications: a grounded theory

Abstract

A comunidade de arquitetura de software tem desempenhado um papel fundamental no desenvolvimento de aplicacões móveis. Muitas das ideias utilizadas no design destes sistemas vieram da arquitetura de software tradicional e têm contribuído para o que a computacão móvel tem se tornado: uma tendência poderosa, adaptável, e robusta. Ao mesmo tempo, a computação móvel tende a ser uma área muito desafiadora. Aplicações no contexto de cidades inteligentes precisam operar dentro das limitações de energia da bateria, velocidade de processamento e capacidade de armazenamento dos dispositivos móveis, mas também lidar com as demandas exatas dos requisitos críticos de cidades inteligentes e operar em um ambiente exposto e de constante mudança, que nem sempre é confiável. Como não existem modelos de design amplamente aceitos para esse tipo de software, arquitetos e desenvolvedores recorrem a decisões arquiteturais alternativas que atendam a todas as demandas, o que requer tempo e experiência. Por esta razão, este estudo tem como objetivo construir uma teoria sobre o processo de design de aplicativos móveis no domínio de cidades inteligentes na perspectiva do time de desenvolvimento de software. Visando mitigar a falta de informações verificadas sobre o design de aplicativos móveis, conduzimos um estudo de caso múltiplo com 9 aplicativos no contexto de cidades inteligentes desenvolvidos por 4 times de desenvolvimento de software. Desses aplicativos, 6 foram submetidos a uma engenharia reversa para expor a arquitetura de cada aplicativo. Com base em todos os dados coletados, um modelo emergente de teoria fundamentada foi construído para explicar como o processo de design de arquitetura bem construído pode gerar um aplicativo com características desejadas. A teoria fundamentada desenvolvida através desta pesquisa e o processo pelo qual ela foi construída foram submetidos a um processo de avaliação baseado na literatura de Engenharia de Software e na experiência do pesquisador. Essa avaliação nos permitiu aperfeiçar o modelo emergente gerado e verificar que o processo experimental foi aplicado corretamente, gerando resultados válidos. Na avaliação da teoria também foi abordada algumas das ameaças à validade, como a influência do pesquisador. Para mitigar ainda mais as ameaças, esse processo incluiu coleta e análise de dados de projetos adicionais. A teoria resultante oferece explicações sobre como times de Engenharia de Software tem projetado aplicativos móveis para o domínio de cidades inteligentes. Esse conhecimento servirá como base para uma melhor compreensão dos fenômenos e definições de processos de design e desenvolvimento mais eficazes.

The software architecture community has played a crucial role in the development of mobile software. Many of the ideas used in the design of these systems came from traditional software architecture and those ideas have contributed to what mobile computing has become: a powerful, adaptable, and robust trend. At the same time, mobile computing tends to be a very challenging area. Applications in the context of smart cities need to operate within the battery power, processor speed, and capacity limitations of mobile devices, but also the exacting demands of life-critical smart city requirements, and operate in a constantly changing and exposed environment, which may not always be trusted. Since there are no widely accepted design models for this type of software, architects and developers resort to primitive design decisions to meet all the needs of these applications, which takes additional time and expertise. For this reason, this study aims to build a theory about the design process for mobile applications in the context of smart cities from the perspective of software development time. Aiming to mitigate the lack of verified information about designing mobile apps, we conducted a multi-case study with 9 smart city mobile applications developed by 4 software development teams. Six applications were reverse engineered to expose the architecture of each application. Based on all the data collected, an emergent grounded theory model was constructed to explain how the selected design process produces an app with the desired characteristics. The grounded theory developed through this research, and the process by which the theory was developed, were subjected to an evaluation process developed from the literature and the researchers' experience. That evaluation allowed us to refine the emergent model and verify that the experimental process was correctly applied there creating valid results. The evaluation also addressed some of the threats to validity such as the influence of the researcher. To further ensure validity, this process included gathering and analyzing data from additional projects. The resulting theory offers explanations for how software engineering teams design mobile apps for smart cities. This knowledge will serve as a basis to further understand the phenomena and advances towards more effective design and development process definitions.