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Web de sensores semánticos

La Web de Sensores Semánticos ( SSW ) es una fusión de las tecnologías de la web de sensores y la web semántica . La codificación de las descripciones de los sensores y los dato...

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La Web de Sensores Semánticos ( SSW ) es una fusión de las tecnologías de la web de sensores y la web semántica . La codificación de las descripciones de los sensores y los datos de observación de los sensores con lenguajes de la web semántica permite una representación más expresiva, un acceso avanzado y un análisis formal de los recursos de los sensores. La SSW anota los datos de los sensores con metadatos semánticos espaciales, temporales y temáticos. Esta técnica se basa en los esfuerzos de estandarización actuales dentro del Sensor Web Enablement (SWE) del Open Geospatial Consortium [ 1 ] [ 2 ] y los amplía con tecnologías de la web semántica para proporcionar descripciones mejoradas y un mayor acceso a los datos de los sensores. [ 3 ]

Modelado semántico y anotación de datos de sensores

Las ontologías y otras tecnologías semánticas pueden ser tecnologías clave para las redes de sensores, ya que mejorarán la interoperabilidad e integración semántica , además de facilitar el razonamiento, la clasificación y otros tipos de garantía y automatización no incluidos en los estándares del Open Geospatial Consortium (OGC). Una red de sensores semántica permitirá organizar, instalar y gestionar, consultar, comprender y controlar la red, sus sensores y los datos resultantes mediante especificaciones de alto nivel. Las ontologías para sensores proporcionan un marco para describirlos. Estas ontologías permiten clasificar y razonar sobre las capacidades y mediciones de los sensores, la procedencia de las mediciones y pueden permitir razonar sobre sensores individuales, así como sobre la conexión de varios sensores como un macroinstrumento. Las ontologías de sensores, en cierta medida, reflejan los estándares del OGC y, dado que existen ontologías que pueden codificar descripciones de sensores, comprender cómo mapear las ontologías con los modelos del OGC es una consideración importante. La anotación semántica de las descripciones de sensores y los servicios que facilitan el intercambio de datos de sensores y la gestión de redes de sensores cumplirá una función similar a la de la anotación semántica de los servicios web. Esta investigación se lleva a cabo en el marco de la actividad del Grupo de Incubación de Redes de Sensores Semánticos (SSN-XG) del W3C .

Redes de sensores semánticos del W3C

El Consorcio World Wide Web (W3C) creó el Grupo Incubador de Redes de Sensores Semánticos (SSN-XG) para desarrollar la ontología de Redes de Sensores Semánticos (SSN), destinada a modelar dispositivos, sistemas, procesos y observaciones de sensores. Posteriormente, el Grupo Incubador se transformó en el Grupo Comunitario de Redes de Sensores Semánticos . Más tarde, fue incorporado al Grupo de Trabajo conjunto de Datos Espaciales en la Web de la OGC y el W3C , y publicado como Recomendación del W3C. [ 4 ]

La ontología de la Red de Sensores Semánticos (SSN) permite una representación expresiva de las observaciones, el muestreo y la actuación de los sensores. La ontología SSN está codificada en el Lenguaje de Ontología Web (OWL2). Diversos proyectos la han utilizado para mejorar la gestión de datos de sensores en la web, incluyendo la anotación, la integración, la publicación y la búsqueda. [ 5 ]

Contexto

Los sensores de todo el mundo actualmente recopilan avalanchas de datos sobre el planeta. El rápido desarrollo y despliegue de la tecnología de sensores está intensificando el problema existente de demasiados datos y no suficiente conocimiento.Archivado el 3 de enero de 2013 en Wayback Machine . Con el fin de aliviar esta sobrecarga, los datos de los sensores pueden anotarse con metadatos semánticos para aumentar la interoperabilidad entre redes de sensores heterogéneas, así como para proporcionar información contextual esencial para la comprensión de la situación . Las técnicas de la web semántica pueden ser de gran ayuda para el problema de la integración y el descubrimiento de datos, ya que ayudan a establecer un mapeo estructurado entre diferentes esquemas de metadatos.

Usos

Las tecnologías de la Web de Sensores Semánticos (SSW) se utilizan en campos como la agricultura , la gestión de desastres , [ 6 ] la gestión de edificios y la gestión de laboratorios .

Agricultura

El monitoreo de diversos atributos ambientales es fundamental para el crecimiento de las plantas . Los atributos ambientales críticos para los cultivadores son principalmente la temperatura , la humedad, el pH , la conductividad eléctrica (CE) y otros. Hasta ahora, no era posible realizar un monitoreo en tiempo real, además de configurar alertas para los sensores mencionados. Con la creación de SSW, los cultivadores ahora pueden monitorear las condiciones de crecimiento de sus plantas en tiempo real. [ 7 ]

Un ejemplo de este avance en la agricultura mediante la utilización de SSW es ​​la investigación realizada en 2008 en granjas australianas donde se monitorearon la temperatura, la humedad, la presión barométrica , la velocidad y dirección del viento y las precipitaciones utilizando la metodología SSW. La arquitectura de este proyecto de investigación consta de necesidades de integración personal, web semántica y más, además de la integración de datos semánticos , es decir, donde los datos se centralizan para que las tecnologías de la web semántica de sensores sean significativas y útiles. [ 8 ]

Gestión de edificios (edificios inteligentes)

La gestión de edificios puede ser bastante compleja, ya que el coste de reparar los daños es significativamente mayor que el de contar con herramientas de monitorización adecuadas para prevenirlos. SSW permite recibir notificaciones de fugas de agua, controlar la temperatura del apartamento mediante el smartphone y mucho más.

Gestión de laboratorio

Gestionar las pruebas de laboratorio puede ser bastante complejo, especialmente si se realizan durante un período prolongado, en múltiples ubicaciones o en infraestructuras donde se llevan a cabo muchas pruebas. Estas pruebas incluyen ensayos de fluencia de un material, ensayos de reacción de un determinado producto químico o ensayos de transmisión inalámbrica de un circuito. Los avances en SSW permiten la monitorización en tiempo real de las variables de laboratorio mediante sensores. Dichos sensores pueden tener en cuenta más de un factor antes de generar una alerta. [ 9 ] Por ejemplo, se puede activar una alerta cuando la presión y la temperatura superan un límite determinado, o cuando la presión en un edificio disminuye, mientras que en otro permanece constante.

Contribuciones destacadas

La estandarización es un proceso largo y difícil, ya que los actores en un campo que cuentan con soluciones existentes verían cualquier estandarización como un costo adicional para sus actividades. El Open Geospatial Consortium (OGC), una organización internacional de estándares de consenso voluntario fundada en 1994, está realizando esfuerzos para mejorar y acelerar el crecimiento de la comunidad SSW y estandarizar la información de los sensores en la web. [ 10 ] La mayoría de los estándares de OGC dependen de una arquitectura generalizada que se captura colectivamente en un conjunto de documentos . El objetivo de OGC es proporcionar mejoras en la descripción y el significado de los datos de los sensores. Además, OGC ha habilitado la comunicación de la web de sensores. OGC es responsable de crear estándares geoespaciales abiertos. Además, OGC cuenta con el apoyo de socios de la industria , el gobierno y el ámbito académico para permitir la creación sencilla de tecnologías de geoprocesamiento conocidas como "plug and play".

Desafíos actuales

Los desafíos actuales en el campo de la web de sensores semánticos incluyen la falta de estandarización, lo que ralentiza el crecimiento de los sensores diseñados para medir objetos. Para que la web de sensores semánticos sea útil, los lenguajes, etiquetas y descriptores deben ser uniformes en las distintas aplicaciones, desarrolladas por diversos programadores. Lamentablemente, debido al desarrollo disperso de diversas arquitecturas, esta estandarización resulta imposible. Este problema se conoce como vastedad .

También existe el problema de la inconsistencia, de modo que al cambiar la arquitectura de una solución existente, la lógica del sistema deja de ser válida. Para resolver este problema, se requiere una gran cantidad de recursos (dependiendo del tamaño y la complejidad del sistema). Por ejemplo, muchos sistemas existentes utilizan doce bits para transferir datos de temperatura a un ordenador local . Sin embargo, en un SSW, 16 bits de datos son aceptables. Esta inconsistencia genera un mayor tráfico de datos sin una mejora adicional en la precisión. Para que el sistema antiguo mejore, es necesario asignar bits adicionales y modificar los requisitos del búfer, lo cual es costoso. Suponiendo que se disponga de los recursos necesarios para cumplir con el requisito de etiquetado, aún existe información innecesaria que requiere espacio de almacenamiento adicional, además de generar confusión para otros miembros del SSW. La única solución restante es cambiar los requisitos de hardware , lo cual requiere muchos recursos.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Sensor Web Enablement DWG" . Archivado del original el 20 de julio de 2008. Consultado el 9 de marzo de 2009 .
  2. ↑ Bröring, Arne; Echterhoff, Johannes; Jirka, Simón; Simonis, Ingo; Everding, Thomas; Stasch, Christoph; Liang, Steve; Lemmens, Rob (2011). "Habilitación web de sensores de nueva generación" . Sensores . 11 (3): 2652– 2699. Código bibliográfico : 2011Senso..11.2652B . doi : 10.3390/s110302652 . PMC 3231615 . PMID 22163760 .  
  3. ↑ Sheth, Amit; Henson, Cory; Sahoo, Satya S. (2008). "Semantic Sensor Web". IEEE Internet Computing . 12 (4): 78– 83. Bibcode : 2008IIC....12d..78S . doi : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770 . 
  4. ↑ Ontología de redes de sensores semánticos
  5. ↑ Solicitudes de SSN
  6. ↑ Coronato, A.; Pietro, G.; Esposito, M. (2006). «Un servicio de contexto semántico para oficinas inteligentes». Conferencia Internacional de 2006 sobre Tecnología de la Información Híbrida . pp. 391–399 . doi : 10.1109/ICHIT.2006.253638 . ISBN  0-7695-2674-8.
  7. ↑ Taylor, Kerry; Griffith, Colin; Lefort, Laurent; Gaire, Raj; Compton, Michael; Wark, Tim; Lamb, David; Falzon, Greg; Trotter, Mark (2013). "Cultivando la Web de las Cosas". IEEE Intelligent Systems . 28 (6): 12– 19. Bibcode : 2013IISys..28f..12T . doi : 10.1109/MIS.2013.102 . hdl : 1885/66582 . S2CID 14545083 . 
  8. ↑ Sheth, Amit; Henson, Cory; Sahoo, Satya S. (2008). "Semantic Sensor Web". IEEE Internet Computing . 12 (4): 78– 83. Bibcode : 2008IIC....12d..78S . doi : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770 . 
  9. ↑ Zarri, Gian Piero; Sabri, Lyazid; Chibani, Abdelghani; Amirat, Yacine (2010). «Ingeniería industrial basada en la semántica: problemas y soluciones». Conferencia internacional de 2010 sobre sistemas complejos, inteligentes y con uso intensivo de software . pp. 1022–1027 . doi : 10.1109/CISIS.2010.94 . ISBN  978-1-4244-5917-9. S2CID 17787203 . 
  10. ↑ McCreedy, Frank P.; Marks, David B. (2009). "Implementación en curso por parte del Laboratorio de Investigación Naval de la especificación de servicios de catálogo del Open Geospatial Consortium" . Oceans 2009. IEEE. págs. 1–7 . doi : 10.23919/OCEANS.2009.5422315 . ISBN  978-1-4244-4960-6. S2CID 28647945 . 

Lecturas adicionales

  • Haller, Armin; Janowicz, Krzysztof; Cox, Simon JD; Lefrançois, Maxime; Taylor, Kerry; Le Phuoc, Danh; Lieberman, Joshua; García-Castro, Raúl; Atkinson, Rob; Stadler, Claus (2018). "La ontología modular SSN: un estándar conjunto del W3C y OGC que especifica la semántica de sensores, observaciones, muestreo y actuación" (PDF) . Semantic Web . 10 : 9–32 . doi : 10.3233/SW-180320 . S2CID 21688777 . 
  • Janowicz, Krzysztof; Haller, Armin; Cox, Simon JD; Le Phuoc, Danh; Lefrançois, Maxime (2019). "SOSA: Una ontología ligera para sensores, observaciones, muestras y actuadores". Journal of Web Semantics . 56 : 1–10 . arXiv : 1805.09979 . doi : 10.1016/j.websem.2018.06.003 . S2CID 44112250 . 
  • Compton, Michael; Barnaghi, Payam; Bermudez, Luis; García-Castro, Raúl; Corcho, Oscar; Cox, Simon; Graybeal, John; Hauswirth, Manfred; Henson, Cory; Herzog, Arthur; Huang, Vincent; Janowicz, Krzysztof; Kelsey, W. David; Le Phuoc, Danh; Lefort, Laurent; Leggieri, Myriam; Neuhaus, Holger; Nikolov, Andriy; Page, Kevin; Passant, Alexandre; Sheth, Amit; Taylor, Kerry (2012). "La ontología SSN del grupo incubador de redes de sensores semánticos del W3C" . Journal of Web Semantics . 17 : 25–32 . doi : 10.1016/j.websem.2012.05.003 . hdl : 10379/10861 .
  • Lefort, L., Henson, C., Taylor, K., Barnaghi, P., Compton, M., Corcho, O., Garcia-Castro, R., Graybeal, J., Herzog, A., Janowicz, K., Neuhaus, H., Nikolov, A. y Page, K.: Informe final de Semantic Sensor Network XG, Informe del Grupo de Incubación del W3C (2011).
  • Sheth, Amit; Henson, Cory; Sahoo, Satya S. (2008). "Semantic Sensor Web" . IEEE Internet Computing . 12 (4): 78– 83. Bibcode : 2008IIC....12d..78S . doi : 10.1109/MIC.2008.87 . S2CID 1975770. Archivado del original el 10-11-2013 . Recuperado el 16-07-2012 . 
  • Manfred Hauswirth y Stefan Decker, "Realidad semántica: conectando el mundo real y el virtual", Taller SemGrail de Microsoft, Redmond, Washington, 21-22 de junio de 2007.
  • Cory Henson, Josh Pschorr, Amit Sheth y Krishnaprasad Thirunarayan, “SemSOS: Servicio de observación de sensores semánticos”, Simposio internacional sobre tecnologías y sistemas colaborativos (CTS2009), Taller sobre habilitación de la web de sensores (SWE2009), Baltimore, Maryland, 2009.Archivado el 15 de septiembre de 2013 en Wayback Machine.
  • Grupo incubador de redes de sensores semánticos del W3C
  • Proyecto de Web de Sensores Semánticos en el Centro Knoesis. Archivado el 3 de diciembre de 2012 en Wayback Machine . Proyecto de investigación en Knoesis que aporta semántica a las redes de sensores.
  • SemSensWeb2009 - Primer Taller Internacional sobre la Web de Sensores Semánticos
  • La Web de las Cosas , Conferencia Europea sobre la Web Semántica 2011.
  • Vídeo archivado el 5 de noviembre de 2011 en Wayback Machine : una combinación para inteligencia ambiental, desafío de combinación de IA en ESWC 2011.
  • 5.º Taller Internacional sobre Redes de Sensores Semánticos ( SSN 2012, archivado el 7 de agosto de 2012 en Wayback Machine ), en conjunto con la 11.ª Conferencia Internacional sobre la Web Semántica ( ISWC 2012 ).