面向物聯(lián)網(wǎng)的輕量級語義模型設(shè)計(jì)

張普釗，胡燕飛

（1.中國移動通信集團(tuán)重慶有限公司，重慶 401147；2.中國電信股份有限公司重慶分公司，重慶 401121）

1 引言

隨著機(jī)器對機(jī)器通信和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的不斷深入，不同物聯(lián)網(wǎng)平臺之間的互操作性已成為創(chuàng)建大型物聯(lián)網(wǎng)框架的關(guān)鍵問題。物聯(lián)網(wǎng)測試平臺提供商最近開始將語義添加到物聯(lián)網(wǎng)的框架中，通過創(chuàng)建具有明確語義的傳感器Web，使得機(jī)器對機(jī)器通信，人員和設(shè)備之間的交互更便捷。語義技術(shù)通過共享通用詞匯表提供了一種適用于互操作的方法，并且還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的推理能力。物聯(lián)網(wǎng)模型應(yīng)該針對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的約束進(jìn)行動態(tài)設(shè)計(jì)，尤其是要認(rèn)識到將語義處理集成到受限設(shè)備的新趨勢。

對傳感器進(jìn)行輕量級描述以有效管理傳感器數(shù)據(jù)的注釋和發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。本文基于語義傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出一個輕量級的語義模型-IoT-LSM，致力于實(shí)現(xiàn)實(shí)時傳感器數(shù)據(jù)松散耦合發(fā)現(xiàn)，并尋求能夠?yàn)榇蠖鄶?shù)用戶查詢提供最佳答案的方法，以提高物聯(lián)網(wǎng)感知資源搜索的效率。

2 語義模型設(shè)計(jì)

本文中輕量級語義模型-IoT-LSM的設(shè)計(jì)遵循以下原則：

（1）便于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

（2）考慮語義模型使用者的需求。

（3）提供更新和更改語義注釋的方法。

（4）創(chuàng)建用于驗(yàn)證和互操作性測試的工具。

（5）創(chuàng)建分類法和詞匯表。

（6）現(xiàn)有模型的高重用性。

（7）將數(shù)據(jù)和描述鏈接到其他現(xiàn)有資源。

（8）創(chuàng)建有效的方法、工具和API來處理語義。

盡管大多數(shù)語義模型傾向于詳細(xì)描述概念并表示物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的各種鏈接，但I(xiàn)oT-LSM僅代表物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序中數(shù)據(jù)分析的最常用概念，例如傳感數(shù)據(jù)，位置和類型。這為創(chuàng)建可擴(kuò)展的系統(tǒng)鋪平了道路，并降低了大型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中查詢處理的內(nèi)存和計(jì)算成本。

（1）本體的簡單性：本文所設(shè)計(jì)的IoT-LSM參見圖2，其目的是在數(shù)據(jù)分析環(huán)境中搜索物聯(lián)網(wǎng)概念時，只定義最常用的術(shù)語。根據(jù)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用程序使用的其他物聯(lián)網(wǎng)本體的經(jīng)驗(yàn)，研究物聯(lián)網(wǎng)本體的最常見用途。

（2）互操作性：語義模型的另一個重要方面是互操作性。在IoT-LSM的設(shè)計(jì)中，遵循鏈接數(shù)據(jù)的基本要求。IoT-LSM的本體與其他本體鏈接在一起，使用統(tǒng)一的詞匯表來表示不同來源的數(shù)據(jù)，以提高異構(gòu)平臺之間的互操作性。

IoT-LSM并非物聯(lián)網(wǎng)的完整本體集，其目標(biāo)是創(chuàng)建一個核心輕量級本體，保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相對較快的注釋和處理時間。IoT-LSM可以成為語義模型的核心部分，根據(jù)應(yīng)用程序的不同，可以添加不同的語義模塊來為額外的應(yīng)用程序定義概念和關(guān)系。從這個意義上說，已經(jīng)將IoT-LSM與流注釋本體相關(guān)聯(lián)，以允許聚合數(shù)據(jù)流的注釋。

最后，IoT-LSM使用動態(tài)語義，以用來推斷傳感器數(shù)據(jù)語義的缺失值。通過遵循IoT-LSM的設(shè)計(jì)原則，動態(tài)語義減少了三元組存儲的大小，并為查詢提供了快速的響應(yīng)時間。與其他解決方案（例如使用RESTful服務(wù)器推斷傳感器數(shù)據(jù)語義的缺失值）不同，IoTLSM將所有關(guān)于流數(shù)據(jù)的信息一起存儲在三元組中。

圖1 IoT-LSM語義模型

3 結(jié)束語

對物聯(lián)網(wǎng)中的感知資源進(jìn)行輕量級描述，可有效提高異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)平臺之間的互操作性。本文設(shè)計(jì)了一個適用于物聯(lián)網(wǎng)的輕量級語義模型，提出了語義模型設(shè)計(jì)所要遵循的設(shè)計(jì)原則，給出了所提語義模型的設(shè)計(jì)框架。本文所作研究為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)感知資源的高效搜索奠定了理論基礎(chǔ)。