语义开放物联网服务平台技术外文翻译资料

 2021-11-06 07:11

英语原文共 11 页

语义开放物联网服务平台技术

4 Author(s):

Dong-Hwan Park ; Hyo-Chan Bang ; Cheol Sik Pyo ; Soon-Ju Kang

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摘要

本文的重点是技术如何有助于提高物联网设备之间的互操作性,并使物联网设备易于使用。该平台技术提供基于语义的物联网信息服务和物联网设备的语义互操作性。该服务平台可应用于多种语义物联网服务:通过智能设备在真实环境中收集无形信息,通过共享、参与、分布式开放感知信息提供智能生活服务。

关键词:物联网、语义技术、服务平台,服务本体语义互操作性,

1.简介

凭借智能手表、智能眼镜和腕带式健身追踪器等可穿戴计算设备的迅速普及,我们能够享受“基于物联网(lnternet of Things)的智能生活”,可以在任何地点、任何时间、任何设备上连接互联网。大多数智能手机都内置了各种传感器,如环境光传感器、接近传感器、全球定位系统、加速度计、指南针和陀螺仪传感器。特别是最近生产的智能手机包含了更多的环境传感器,比如温度、湿度和气压计。这些传感器使事物变得更智能,并有助于开发更智能的应用程序,如医疗应用程序、教育内容和增强现实应用程序。传感器是构成“物联网”的最重要的技术要素之一,因为它可以监测事物的状态并扩展其功能。目前,全球有90多亿台设备接入互联网,包括电脑和智能手机。这一数字预计将在未来10年内大幅增加,预计将增加5倍至500亿部,达到1万亿部。到2025年,物联网有望每年产生2.7万亿到6.2万亿美元的经济影响。

同样,许多微型传感器及其应用程序正在开发中,以满足消费者的需要,谁想知道和分享他们周围的环境信息。传感器网络和物联网是空气/水质、辐射和交通噪声等环境监测的核心技术。由于传感器网络与传感器应用紧密耦合,从传感器网络中获取的有用信息成为信息孤岛。这些传感器网络中使用的传感器数据表示格式是多种多样的,除了它们的私有应用外,无法理解传感值在其他应用中的意义。因此,传感值和信息必须共享,并为其他应用程序提供额外的信息。

为了满足这些需求,本文提出了开放的语义物联网服务平台技术,保证了传感器或事物信息的语义互操作性和资源的共享。该技术允许传感器信息门户服务提供商和一般开发人员轻松地开发更多有用的基于物联网的应用程序和服务。

2.语义开放物联网服务平台

当前的物联网服务要求物联网应用程序具备访问物联网资源的物联网中间件和传感器或传感器网络知识。例如,异构物联网中间件不容易被应用程序访问,因为每个物联网中间件都有专有的应用程序编程接口(api),因此访问直接连接到不同物联网中间件的各种物联网资源并不容易。即使应用程序可以访问多个物联网中间件,应用程序也必须自己搜索、收集、分析和处理感知数据。这些限制可以通过异构物联网中间件为物联网资源提供统一的访问方法来克服。图1显示了当前的物联网服务平台和开放物联网服务平台。

图1 当前物联网服务框架和开放物联网服务平台

在当前的物联网服务平台中,每个应用程序都需要知道如何访问异构物联网中间件以及应该访问哪些物联网资源。在开放物联网服务平台中,每个应用程序都不需要知道如何访问异构物联网中间件,也不需要知道应该访问哪些物联网资源。在开放物联网服务平台中,物联网应用只请求开放物联网服务平台,其余处理由开放物联网服务平台完成。开放的物联网平台将应用程序的请求转换为对不同物联网中间件的特定请求。开放物联网服务平台的最终目标是为应用程序提供以下服务;

轻松获取和使用全球物联网资源和传感数据

物联网资源连接便捷

易于开发和分发各种应用程序

图2 语义开放物联网服务平台的功能架构

开放USN服务平台的功能体系结构由开放USN平台和异构USN中间件组成。开放USN平台由接口FE、连接FE的LOD、语义推理FE、资源管理FE、语义USN库FE、语义查询FE和自适应FE等7个功能实体组成。异构的USN中间件通过自适应FEs集成到开放的USN平台中,USN资源和感知数据通过LOD链接FE与其他服务共享。

A:接口菲

接口FE提供了使USN应用程序能够从开放USN服务平台获取开放USN服务和/或感知数据的功能。此外,它还支持根据数据请求的类型建立或维护连接或断开连接的功能,以及处理用户身份验证和服务使用的访问权限的访问控制。

B. LOD连接铁

LOD连接铁提供了功能使用户能够访问世界USN资源和感知数据通过打开USN资源和感知数据产生的LOD USN开放服务平台,并提供外部LOD数据之间的联系和USN资源和感觉到开放USN的数据服务平台。它还支持查询LOD中USN资源和感知数据的接口,以及允许对LOD开放包括数据选择和发布标准的策略的应用和管理的功能。

C.语义推理

语义推理FE利用语义USN库中存储的RDF数据,根据本体模式描述的信息和用户规则提供推理功能。通过推理函数将原始数据处理成具有上下文数据等语义的数据。推断出的数据被更新到语义USN存储库中,并在其他服务中使用。此外,它还提供了组合不同类型的模式和层次进行推理的功能。

D.资源管理

资源管理FE提供了发布和管理USN资源的标识符和URI,以及管理与USN资源地址的映射关系的功能。支持USN资源接入Internet等网络后,在开放的USN服务平台上自动注册USN资源的功能,以及获取和利用USN资源信息的应用程序。它提供的功能使USN资源能够主动注册自己的状态和连接信息。利用这一信息,开放的USN服务平台将支持USN资源的网络连接和移动性。因此,它可以支持即插即用功能,使开放的USN服务平台能够动态使用USN资源作为USN资源,自动连接到开放的USN服务平台,并注册自己的状态和属性信息。它提供了搜索功能用于执行查询的USN资源标识符,可以为来自应用程序的请求提供必要的信息。在某些情况下,它可以提供在USN资源上配置和管理逻辑组的功能,以满足应用程序的服务请求。它可以根据应用程序的服务请求创建资源组,并管理属于资源组的USN资源列表。此外,它还支持创建、维护和管理信息的功能,如资源组的目的、制造者、控制权等。它提供了根据服务的持续时间管理每个资源组的生命周期的功能。

语义USN库FE

语义USN库FE将USN资源的元数据和一定时期内从USN中间件收集到的感知数据存储为物理库。此外,它还提供API函数来查询插入新数据、搜索、查询和删除存储的数据。当USN资源的元数据和感知数据存储在语义USN库中时,语义USN库FE根据预定义的规则将它们转换为RDF格式。

F.语义查询

语义查询FE执行处理对USN中间件和USN存储库的查询的功能,为应用程序的信息请求提供响应。它由查询分析器函数、中间件查询函数和SPARQL查询函数组成。查询分析器功能通过分析应用程序请求的意图来创建查询,根据应用程序的消息规范转换查询过程的结果,并将转换后的数据交付给应用程序。它将应用程序中的请求分类为查询到中间件和查询到USN存储库。中间件查询是根据USN中间件提供的api创建的,它通过USN中间件从USN资源中请求感知数据。通过将应用程序请求的查询转换为SPARQL,创建了对USN存储库的查询,该查询请求USN资源并从语义USN存储库感知数据。中间件查询函数执行向USN中间件发送查询的功能,并从USN中间件收集结果数据。它提供了管理由查询分析器函数创建的大量查询到USN中间件的查询状态的功能,并将临时或定期接收到的数据从USN中间件发送到语义USN存储库FE。但是,在某些情况下,比如有一个实时的感知数据请求,感知数据可以直接发送到查询分析器函数。SPARQL查询函数执行这些函数,以同时处理由查询分析器函数创建的大量SPARQL查询,并从语义USN存储库生成查询结果,并将它们交付给查询分析器函数。

g .适应菲

adaptecfe提供了处理协议和消息的功能,用于与USN中间件建立连接并交付查询和命令。它作为一个接口,在开放的USN服务平台上处理由异构USN中间件生成的几种类型的数据。它支持消息转换功能,根据开放的USN服务平台中要处理的适当消息规范,转换来自异构USN中间件的生成数据。它还提供消息路由功能,将翻译后的数据发送到开放USN服务平台的相应FE (USN语义库FE、资源管理FE和语义查询FE),以处理请求。

3例子:SEMATNC睡眠管理服务

将基于语义的睡眠管理服务描述为提出的语义开放物联网服务平台的一个示例服务。基于语义的睡眠管理服务体系结构由传感器数据收集器和语义处理器两个模块组成。传感器数据采集器位于自适应FE和语义USN库FE中,语义处理器位于语义推理FE中。传感器数据采集模块是采集传感器规格、传感器观测和传感器数据转换的模块。,从医疗卫生传感器和环境传感器检测到的传感器数据转换为语义数据(即、RDF、RDFS和OWL)。具体来说,它有一个收集器,用于收集从医疗传感器网络(如、血压、血糖、体温、打鼾、睡眠呼吸暂停和环境传感器(如,并将传感器Web实现(SWE) Oamp;M(观察和测量)格式的输入数据转换为JSON(JavaScript对象表示法),主要用于在Internet上交换信息。此外,传感器数据收集器具有语义翻译器,它执行翻译任务(即通过标注传感器数据,利用传感器/事件/上下文本体模型和翻译规则提供更有意义的信息。语义处理器在基于HBasetrade;的传感器数据库中存储传感器观测数据,HBasetrade;是由语义翻译器翻译的分布式、可伸缩的大数据存储和传感器规范,并且在语义存储库中格式化RDF的私有健康信息。它利用基于本体推理的上下文推理器,从聚合的数据中获取上下文知识。该服务可以使用SPARQL(SPARQL协议和RDF查询语言)查询存储在语义存储库中的派生上下文知识。

图3 睡眠管理服务的总体架构

A.睡眠管理服务语义本体

该平台的睡眠管理服务由真实的事件本体和服务领域本体组成。真正的事件本体是指一种通用的本体,它独立于特定的服务领域来描述传感器数据本身以及从传感器数据和元数据中抽象出来的事件数据。构建服务领域本体是为了根据特定的服务领域(如医疗保健)从传感器数据和/或事件数据派生上下文数据。真实事件本体由资源、时间、空间、天气、社区等5个子本体组成。服务领域本体还包括5个子本体,如代理、策略、事件、上下文和服务。图4显示了每个本体的结构。

基于W3C孵化器集团语义传感器网络的资源子本体包含服务接收到的各种传感器和实时传感器观测的规范。该子本体分为“Object”类和“ObservationValue”类两部分。“Object”类表示传感器的规范,“ObservationValue”类表示实时传感器的观察。空间作为传感器的位置,时间作为传感器的感知时间,事件作为信息抽象了传感器的观测。图5显示了资源本体的结构。

图4 睡眠管理服务语义本体的结构

图5 资源本体的结构

基于OWL-Time本体[4]的时间子本体是时间的标准本体,它将传感器观测到的连续时间数据表示为离散的时间概念信息。这种子本体将定量的时间值扩展为抽象的时间概念(例如,、“冬天”、“早晨”、“中午”、“黎明”等)。此外,使用时间推理[5],我们创建了时间概念之间的关系,如“之前”,“之后”,“内部”。在图6中,这个本体存储单个时间瞬间(例如。,“20I3-09-09T13:32:23”),使用owl: TimeInstant类和owl: DurationDescription owl - time本体类并存储单个时间间隔(例如:, interval_101命名为“early autumn ninterval”(8个月23日到9个月23日之间)。在本例中,我们推导出单个推断的三元组(例如。,“TMP-20130909133223 owl: inside Interval_101”),使用表1的SWRL(Semantic Web Rule Language)规则。

表I. Owl:内部关系导出规则(SWRL)

四 结论

本文介绍了一个支持多种物联网设备语义互操作的语义开放物联网服务平台,并在Android智能手机上开发了基于语义的睡眠管理服务用户应用程序。每个服务都为用户提供各种服务,例如验证睡眠满意度、提供聚合的传感器观察和分析睡眠模式。该服务表明,基于语义的传感器规范和观测在提出的语义开放物联网服务平台上具有良好的互操作性和服务可扩展性。

参考文献

[1]中国英语学习网James Manyika, Michael Chui, Jacques Bughin, Richard Dobbs, Peter Bisson, Alex Marrs,“颠覆性技术:改变生活、商业和全球经济的进步”,麦肯锡全球研究所,2013年5月。

[2]迈克尔bull;Comption Payam Barnaghi路易斯·贝穆德斯,劳尔CarciaCastro,奥斯卡Corcho,西蒙bull;考克斯曼弗雷德Hauswirth认为,约翰·Graybeal科里汉森,亚瑟赫尔佐格,文森特bull;黄Krzysztof Janowicz, w·大卫·凯尔西Danh Le港区Laurent Lefort Myriam Leggieri, Holger纽豪斯,安德烈Nikolov,凯文页面,亚历山大进行中,阿米特Sheth是克里泰勒“W3C的SSN本体语义传感器网络孵化集团”杂志网站语义,2012。

郭明明,“物联网的未来”,硕士论文,国立台湾大学资讯工程学研究所,2012。

[4] W3C, OWL中的时间本体(2006)。网上:

http://www.w3.org/1005/TR/owl-time。

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