Семантическая сенсорная сеть

Семантическая сенсорная сеть ( SSW ) представляет собой сочетание сенсорной сети и семантических веб- технологий. Кодирование описаний датчиков и данных наблюдений датчиков с помощью языков семантической сети обеспечивает более выразительное представление, расширенный доступ и формальный анализ ресурсов датчиков. SSW аннотирует данные датчиков пространственными, временными и тематическими семантическими метаданными. Этот метод основан на текущих усилиях по стандартизации в рамках Открытого геопространственного консорциума . Sensor Web Enablement (SWE) ^[1]^[2] и расширяет их с помощью технологий семантической сети , чтобы обеспечить расширенные описания и доступ к данным датчиков. ^[3]

Семантическое моделирование и аннотирование данных датчиков

Онтологии и другие семантические технологии могут стать ключевыми технологиями для сенсорных сетей, поскольку они улучшат семантическую совместимость и интеграцию, а также облегчат рассуждения, классификацию и другие виды проверки и автоматизации, не включенные в стандарты Открытого геопространственного консорциума (OGC). Семантическая сенсорная сеть позволит организовывать, устанавливать и управлять сетью, ее датчиками и полученными данными, запрашивать, понимать и контролировать их с помощью спецификаций высокого уровня. Онтологии датчиков обеспечивают основу для описания датчиков. Эти онтологии позволяют классифицировать и рассуждать о возможностях и измерениях датчиков, происхождении измерений и могут позволять рассуждать об отдельных датчиках, а также рассуждать о соединении ряда датчиков в качестве макроинструмента. Онтологии датчиков в некоторой степени отражают стандарты OGC, и, учитывая онтологии, которые могут кодировать описания датчиков, важным фактором является понимание того, как сопоставлять онтологии и модели OGC. Семантическая аннотация описаний датчиков и сервисов, которые поддерживают обмен сенсорными данными и управление сенсорной сетью, будет служить той же цели, что и семантическая аннотация веб-сервисов. Это исследование проводится через Деятельность группы инкубаторов семантической сенсорной сети W3C (SSN-XG) .

Семантические сенсорные сети W3C

Консорциум Всемирной паутины (W3C) инициировал группу инкубатора семантических сенсорных сетей (SSN-XG) для разработки онтологии семантической сенсорной сети (SSN), предназначенной для моделирования сенсорных устройств, систем, процессов и наблюдений. Группа инкубатора позже превратилась в группу сообщества семантических сенсорных сетей . Затем он был подхвачен совместной рабочей группой OGC и W3C по пространственным данным в Интернете и опубликован в качестве рекомендации W3C. ^[4]

Онтология семантической сенсорной сети (SSN) обеспечивает выразительное представление наблюдений датчиков, отбора проб и срабатываний. Онтология SSN закодирована на языке веб-онтологий (OWL2). Ряд проектов использовали его для улучшения управления данными датчиков в Интернете, включая аннотирование, интеграцию, публикацию и поиск. ^[5]

Контекст

Датчики по всему миру в настоящее время собирают лавины данных о мире. Быстрое развитие и внедрение сенсорных технологий усугубляет существующую проблему слишком большого количества данных и недостаточного количества знаний [1] . Чтобы уменьшить этот избыток, данные датчиков могут быть аннотированы семантическими метаданными для повышения совместимости между гетерогенными сенсорными сетями, а также для предоставления контекстной информации, необходимой для понимания ситуации . Методы семантической сети могут значительно помочь в решении проблемы интеграции и обнаружения данных, поскольку они помогают структурированно сопоставлять различные схемы метаданных.

Использование

Технологии Semantic Sensor Web (SSW) используются в таких областях, как сельское хозяйство , борьба со стихийными бедствиями , ^[6] управление зданием и управление лабораторией .

Сельское хозяйство

Мониторинг различных параметров окружающей среды имеет решающее значение для роста растений . Атрибутами окружающей среды, которые имеют решающее значение для производителей, являются, главным образом, температура , влажность, pH , электропроводность (EC) и многое другое. Мониторинг в реальном времени в дополнение к настройке оповещений для упомянутых датчиков никогда не был возможен. Благодаря созданию SSW производители теперь могут отслеживать условия выращивания своих растений в режиме реального времени. ^[7]

Примером такого прогресса в сельском хозяйстве за счет использования ССО является исследование, проведенное в 2008 году на австралийских фермах , где температура, влажность, атмосферное давление , скорость, направление ветра и количество осадков контролировались с использованием методологии ССО. Архитектура этого исследовательского проекта состоит из потребностей личной интеграции, семантической сети и многого другого в дополнение к интеграции семантических данных , т. е. где данные централизуются, чтобы сделать технологии сенсорной семантической сети значимыми и полезными. ^[8]

Управление зданием (умные здания)

Управление зданиями может быть весьма сложным, поскольку стоимость устранения повреждений значительно выше, чем наличие надлежащих инструментов мониторинга для предотвращения повреждений. SSW позволяет получать уведомления об утечках воды, контролировать температуру в квартире через смартфон и многое другое.

Управление лабораторией

Управление лабораторными тестами может быть весьма сложной задачей, особенно если тесты проводятся в течение длительного времени, в нескольких местах или в инфраструктуре, где проводится множество тестов. К таким испытаниям относятся испытания на ползучесть материала, испытания на реакцию определенного химического вещества или испытания беспроводной передачи цепи. Достижения в области SSW позволяют осуществлять мониторинг лабораторных переменных в режиме реального времени с помощью датчиков. Такие датчики могут учитывать более одного фактора перед выдачей оповещения. ^[9] Например, оповещение может сработать, когда давление и температура превысят определенный предел, или оповещение может сработать, когда давление в одном здании упадет, а давление в другом останется прежним.

Заметный вклад

Стандартизация — длительный и трудный процесс, поскольку игроки в отрасли, у которых есть существующие решения, будут рассматривать любую стандартизацию как дополнительные затраты на свою деятельность. Открытый геопространственный консорциум (OGC), международная добровольная организация по согласованию стандартов, основанная в 1994 году, прилагает усилия для расширения и ускорения роста сообщества SSW и стандартизации сенсорной информации в Интернете. ^[10] Большинство стандартов OGC зависят от обобщенной архитектуры, которая коллективно отражена в наборе документов . Цель OGC — улучшить описание и значение данных датчиков. Кроме того, OGC включила связь через Sensor Web. OGC отвечает за создание открытых геопространственных стандартов. Более того, OCG поддерживается промышленностью , правительством и академическими партнерами, что позволяет легко создавать технологии геообработки, известные как «подключи и работай».

Текущие проблемы

Текущие проблемы в области ССО включают отсутствие стандартизации, что замедляет темпы роста датчиков, созданных для измерения вещей. Чтобы семантическая сенсорная сеть имела смысл, языки, теги и метки в различных приложениях, разработанных разными разработчиками, должны быть одинаковыми. К сожалению, из-за разбросанного развития различных архитектур такая стандартизация невозможна. Эта проблема называется обширностью .

Существует также проблема несогласованности, когда при изменении архитектуры существующего решения системная логика перестает сохраняться. Для решения этой проблемы необходим значительный объем ресурсов (в зависимости от размера и сложности системы). Например, многие существующие системы используют двенадцать бит для передачи данных о температуре на локальный компьютер . Однако в SSW допускается 16 бит данных. Эта несогласованность приводит к увеличению трафика данных без дополнительного повышения точности. Чтобы улучшить старую систему, необходимо выделить дополнительные биты и изменить требования к буферу, что требует больших затрат. Если предположить, что ресурсы, необходимые для выполнения требования к тегу, доступны, все равно существуют ненужные данные, которые требуют дополнительного места для хранения, а также создают путаницу для других членов SSW. Единственное остающееся решение — изменить требования к оборудованию , что требует много ресурсов.

См. также

Ссылки

^ «DWG для подключения сенсорного веб-сайта» . Архивировано из оригинала 20 июля 2008 г. Проверено 9 марта 2009 г.
^ Бреринг, Арне; Эхтерхофф, Йоханнес; Йирка, Саймон; Симонис, Инго; Эвердинг, Томас; Сташ, Кристоф; Лян, Стив; Лемменс, Роб (2011). «Сетевая поддержка датчиков нового поколения» . Датчики . 11 (3): 2652–2699. Бибкод : 2011Senso..11.2652B . дои : 10.3390/s110302652 . ПМК 3231615 . ПМИД 22163760 .
^ Шет, Амит; Хенсон, Кори; Саху, Сатья С. (2008). «Семантическая сенсорная сеть». IEEE Интернет-вычисления . 12 (4): 78–83. дои : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770 .
^ Онтология семантической сенсорной сети
^ Заявки SSN
^ Коронато, А.; Пьетро, Г.; Эспозито, М. (2006). «Сервис семантического контекста для умных офисов». 2006 Международная конференция по гибридным информационным технологиям . стр. 391–399. дои : 10.1109/ICHIT.2006.253638 . ISBN 0-7695-2674-8 .
^ Тейлор, Керри; Гриффит, Колин; Лефорт, Лоран; Гейре, Радж; Комптон, Майкл; Уорк, Тим; Лэмб, Дэвид; Фальзон, Грег; Троттер, Марк (2013). «Создание сети вещей». Интеллектуальные системы IEEE . 28 (6): 12–19. дои : 10.1109/MIS.2013.102 . hdl : 1885/66582 . S2CID 14545083 .
^ Шет, Амит; Хенсон, Кори; Саху, Сатья С. (2008). «Семантическая сенсорная сеть». IEEE Интернет-вычисления . 12 (4): 78–83. дои : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770 .
^ Зарри, Джан Пьеро; Сабри, Лязид; Чибани, Абдельгани; Амират, Ясин (2010). «Семантическая промышленная инженерия: проблемы и решения». 2010 Международная конференция по сложным, интеллектуальным и программно-емким системам . стр. 1022–1027. дои : 10.1109/CISIS.2010.94 . ISBN 978-1-4244-5917-9 . S2CID 17787203 .
^ Маккриди, Фрэнк П.; Маркс, Дэвид Б. (2009). «Текущая реализация Военно-морской исследовательской лабораторией спецификации каталоговых услуг Открытого геопространственного консорциума» . Океаны 2009 . IEEE. стр. 1–7. дои : 10.23919/OCEANS.2009.5422315 . ISBN 978-1-4244-4960-6 . S2CID 28647945 .

Дальнейшее чтение

Халлер, Армин; Янович, Кшиштоф; Кокс, Саймон Джей Ди; Лефрансуа, Максим; Тейлор, Керри; Ле Фуок, Дань; Либерман, Джошуа; Гарсиа-Кастро, Рауль; Аткинсон, Роб; Стадлер, Клаус (2018). «Модульная онтология SSN: совместный стандарт W3C и OGC, определяющий семантику датчиков, наблюдений, выборки и срабатывания» (PDF) . Семантическая сеть . 10 :9–32. дои : 10.3233/SW-180320 . S2CID 21688777 .
Янович, Кшиштоф; Халлер, Армин; Кокс, Саймон Джей Ди; Ле Фуок, Дань; Лефрансуа, Максим (2019). «SOSA: облегченная онтология для датчиков, наблюдений, образцов и исполнительных механизмов». Журнал веб-семантики . 56 : 1–10. arXiv : 1805.09979 . дои : 10.1016/j.websem.2018.06.003 . S2CID 44112250 .
Комптон, Майкл; Барнаги, Пайам; Бермудес, Луис; Гарсиа-Кастро, Рауль; Корчо, Оскар; Кокс, Саймон; Грейбил, Джон; Хаусвирт, Манфред; Хенсон, Кори; Херцог, Артур; Хуанг, Винсент; Янович, Кшиштоф; Келси, В. Дэвид; Ле Фуок, Дань; Лефорт, Лоран; Леггьери, Мириам; Нойгауз, Хольгер; Николов Андрей; Пейдж, Кевин; Пассан, Александр; Шет, Амит; Тейлор, Керри (2012). «Онтология SSN группы инкубатора семантической сенсорной сети W3C» . Журнал веб-семантики . 17 :25–32. дои : 10.1016/j.websem.2012.05.003 .
Лефорт Л., Хенсон К., Тейлор К., Барнаги П., Комптон М., Корчо О., Гарсиа-Кастро Р., Грейбил Дж., Херцог А., Янович К. ., Нойхаус Х., Николов А. и Пейдж К.: Итоговый отчет Semantic Sensor Network XG, Отчет группы инкубаторов W3C (2011). [2]
Шет, Амит; Хенсон, Кори; Саху, Сатья С. (2008). «Семантическая сенсорная сеть» . IEEE Интернет-вычисления . 12 (4): 78–83. дои : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770 .
Манфред Хаусвирт и Стефан Декер, «Семантическая реальность - соединение реального и виртуального мира», Microsoft SemGrail Workshop, Редмонд, Вашингтон, 21–22 июня 2007 г. [3]
Кори Хенсон, Джош Пшорр, Амит Шет и Кришнапрасад Тирунараян, «SemSOS: Служба семантического сенсорного наблюдения», Международный симпозиум по совместным технологиям и системам (CTS2009), Семинар по использованию сенсорной сети (SWE2009), Балтимор, Мэриленд, 2009. [4 ]

Внешние ссылки

Группа инкубаторов сети семантических датчиков W3C
Веб-проект Semantic Sensor @ Knoesis Center — исследовательский проект Knoesis по внедрению семантики в сенсорные сети.
SemSensWeb2009 — 1-й международный семинар по семантической сенсорной сети
Сеть вещей , Европейская конференция по семантической сети 2011.
Видек — смесь экологической разведки, задача искусственного интеллекта на ESWC 2011.
5-й Международный семинар по семантическим сенсорным сетям ( SSN 2012 ), совместно с 11-й Международной конференцией по семантической сети ( ISWC 2012 )

[OGC-SWE-1] «DWG для подключения сенсорного веб-сайта» . Архивировано из оригинала 20 июля 2008 г. Проверено 9 марта 2009 г.

[NewGenSWE-2] Бреринг, Арне; Эхтерхофф, Йоханнес; Йирка, Саймон; Симонис, Инго; Эвердинг, Томас; Сташ, Кристоф; Лян, Стив; Лемменс, Роб (2011). «Сетевая поддержка датчиков нового поколения» . Датчики . 11 (3): 2652–2699. Бибкод : 2011Senso..11.2652B . дои : 10.3390/s110302652 . ПМК 3231615 . ПМИД 22163760 .

[3] Шет, Амит; Хенсон, Кори; Саху, Сатья С. (2008). «Семантическая сенсорная сеть». IEEE Интернет-вычисления . 12 (4): 78–83. дои : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770 .

[4] Онтология семантической сенсорной сети

[5] Заявки SSN

[6] Коронато, А.; Пьетро, Г.; Эспозито, М. (2006). «Сервис семантического контекста для умных офисов». 2006 Международная конференция по гибридным информационным технологиям . стр. 391–399. дои : 10.1109/ICHIT.2006.253638 . ISBN 0-7695-2674-8 .

[7] Тейлор, Керри; Гриффит, Колин; Лефорт, Лоран; Гейре, Радж; Комптон, Майкл; Уорк, Тим; Лэмб, Дэвид; Фальзон, Грег; Троттер, Марк (2013). «Создание сети вещей». Интеллектуальные системы IEEE . 28 (6): 12–19. дои : 10.1109/MIS.2013.102 . hdl : 1885/66582 . S2CID 14545083 .

[8] Шет, Амит; Хенсон, Кори; Саху, Сатья С. (2008). «Семантическая сенсорная сеть». IEEE Интернет-вычисления . 12 (4): 78–83. дои : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770 .

[9] Зарри, Джан Пьеро; Сабри, Лязид; Чибани, Абдельгани; Амират, Ясин (2010). «Семантическая промышленная инженерия: проблемы и решения». 2010 Международная конференция по сложным, интеллектуальным и программно-емким системам . стр. 1022–1027. дои : 10.1109/CISIS.2010.94 . ISBN 978-1-4244-5917-9 . S2CID 17787203 .

[10] Маккриди, Фрэнк П.; Маркс, Дэвид Б. (2009). «Текущая реализация Военно-морской исследовательской лабораторией спецификации каталоговых услуг Открытого геопространственного консорциума» . Океаны 2009 . IEEE. стр. 1–7. дои : 10.23919/OCEANS.2009.5422315 . ISBN 978-1-4244-4960-6 . S2CID 28647945 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]