面向物联网的轻量级语义模型设计

2019-01-15张普钊胡燕飞

数字通信世界 2018年12期

张普钊，胡燕飞

（1.中国移动通信集团重庆有限公司，重庆 401147；2.中国电信股份有限公司重庆分公司，重庆 401121）

1 引言

随着机器对机器通信和物联网应用场景的不断深入，不同物联网平台之间的互操作性已成为创建大型物联网框架的关键问题。物联网测试平台提供商最近开始将语义添加到物联网的框架中，通过创建具有明确语义的传感器Web，使得机器对机器通信，人员和设备之间的交互更便捷。语义技术通过共享通用词汇表提供了一种适用于互操作的方法，并且还实现了数据的推理能力。物联网模型应该针对物联网环境的约束进行动态设计，尤其是要认识到将语义处理集成到受限设备的新趋势。

对传感器进行轻量级描述以有效管理传感器数据的注释和发现至关重要。本文基于语义传感器网络，提出一个轻量级的语义模型-IoT-LSM，致力于实现实时传感器数据松散耦合发现，并寻求能够为大多数用户查询提供最佳答案的方法，以提高物联网感知资源搜索的效率。

2 语义模型设计

本文中轻量级语义模型-IoT-LSM的设计遵循以下原则：

（1）便于大规模推广应用。

（2）考虑语义模型使用者的需求。

（3）提供更新和更改语义注释的方法。

（4）创建用于验证和互操作性测试的工具。

（5）创建分类法和词汇表。

（6）现有模型的高重用性。

（7）将数据和描述链接到其他现有资源。

（8）创建有效的方法、工具和API来处理语义。

尽管大多数语义模型倾向于详细描述概念并表示物联网系统中的各种链接，但IoT-LSM仅代表物联网应用程序中数据分析的最常用概念，例如传感数据，位置和类型。这为创建可扩展的系统铺平了道路，并降低了大型物联网应用中查询处理的内存和计算成本。

（1）本体的简单性：本文所设计的IoT-LSM参见图2，其目的是在数据分析环境中搜索物联网概念时，只定义最常用的术语。根据数据分析应用程序使用的其他物联网本体的经验，研究物联网本体的最常见用途。

（2）互操作性：语义模型的另一个重要方面是互操作性。在IoT-LSM的设计中，遵循链接数据的基本要求。IoT-LSM的本体与其他本体链接在一起，使用统一的词汇表来表示不同来源的数据，以提高异构平台之间的互操作性。

IoT-LSM并非物联网的完整本体集，其目标是创建一个核心轻量级本体，保障物联网系统相对较快的注释和处理时间。IoT-LSM可以成为语义模型的核心部分，根据应用程序的不同，可以添加不同的语义模块来为额外的应用程序定义概念和关系。从这个意义上说，已经将IoT-LSM与流注释本体相关联，以允许聚合数据流的注释。

最后，IoT-LSM使用动态语义，以用来推断传感器数据语义的缺失值。通过遵循IoT-LSM的设计原则，动态语义减少了三元组存储的大小，并为查询提供了快速的响应时间。与其他解决方案（例如使用RESTful服务器推断传感器数据语义的缺失值）不同，IoTLSM将所有关于流数据的信息一起存储在三元组中。