[論文レビュー] A study of existing Ontologies in the IoT-domain

Garvita Bajaj, Rachit Agarwal+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2017

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 24被引用数 63

ひとこと要約

本論文は既存のIoTオントロジーを調査し、コアとなる横断的概念を特定し、相互運用性の課題を評価し、統一されたIoTオントロジーへの道筋を提案する。センサ、コンテキスト、場所、時間のオントロジーを分析し、ギャップと評価手法を浮き彫りにする。

ABSTRACT

Several domains have adopted the increasing use of IoT-based devices to collect sensor data for generating abstractions and perceptions of the real world. This sensor data is multi-modal and heterogeneous in nature. This heterogeneity induces interoperability issues while developing cross-domain applications, thereby restricting the possibility of reusing sensor data to develop new applications. As a solution to this, semantic approaches have been proposed in the literature to tackle problems related to interoperability of sensor data. Several ontologies have been proposed to handle different aspects of IoT-based sensor data collection, ranging from discovering the IoT sensors for data collection to applying reasoning on the collected sensor data for drawing inferences. In this paper, we survey these existing semantic ontologies to provide an overview of the recent developments in this field. We highlight the fundamental ontological concepts (e.g., sensor-capabilities and context-awareness) required for an IoT-based application, and survey the existing ontologies which include these concepts. Based on our study, we also identify the shortcomings of currently available ontologies, which serves as a stepping stone to state the need for a common unified ontology for the IoT domain.

研究の動機と目的

• IoTアプリケーションに必要なコア横断概念を4W1Hアプローチ（Who, What, Where, When, How）を用いて識別する。
• 既存のIoTオントロジーを調査し、これらのコア要件に概念を対応付け、ドメインと機能ごとに分類する。
• 異種オントロジーに起因する相互運用性の課題を強調し、共通の統一IoTオントロジーの必要性を提案する。
• IoTオントロジーに用いられる評価手法をレビューし、現在の評価アプローチのギャップについて議論する。

提案手法

• 4W1Hを用いてコアIoT概念を導出し、オントロジーを一般的かドメイン特化かに分類する。
• センサ、コンテキスト、場所、時間のオントロジーを調査し、それらの概念を特定されたコア要件に対応付ける。
• 機能性と適用分野（例：BMS、屋内ナビゲーション、スマートホーム）に基づいてオントロジーを分類する。
• オントロジー評価ツールと指標（例：OntoCheck、SAOPY、OOPS、Vapour）および報告された評価手法について論じる。
• 欠点を分析し、IoTドメイン間の異質性に対処する統一オントロジーを主張する。）

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoTオントロジーが跨域相互運用性を支えるために必要なコア概念は何か？
• RQ2 既存のIoTオントロジーはセンサ、コンテキスト、場所、時間の側面をどのようにカバーしており、ギャップはどこにあるか？
• RQ3 IoTオントロジーの主な評価実践は何で、それらが示す限界は何か？
• RQ4 ドメイン特化型オントロジーはIoTアプリケーション間の再利用をどの程度制限するか？
• RQ5 特定された能力問合せに基づき、共通の統一IoTオントロジーが強く必要であるか？

主な発見

• オントロジー研究は、センサ、プラットフォーム、テストベッド、サービス、場所、時間などの横断的（跨分野）概念をIoTアプリケーションに不可欠であると特定している。
• SSNとその拡張はセンサの一部側面に対処しているが、空間的/時間的記述とセンサ能力には制約がある。
• ドメイン特化型オントロジー（例：SAREF、Brick、Brick拡張）は特定の適用領域に対応するが、跨ドメインでの再利用性には一般性が欠けることが多い。
• コンテキスト認識および場所オントロジーはドメンドによってばらつきを示し、正確な解釈のためにドメイン特化のラベリングを強調している。
• IoTオントロジーを評価する単一の包括的指標は存在せず、複数のツールと基準が存在するが、統一的な評価フレームワークは欠如している。
• 著者らは異種プラットフォームとアプリケーション間の意味的相互運用性を向上させるための共通統一IoTオントロジーを提唱している。