[論文レビュー] The Schema Editor of OpenIoT for Semantic Sensor Networks

Prem Prakash Jayaraman, Jean-Paul Calbimonte+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2016

Semantic Web and Ontologies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、OpenIoTプラットフォームに統合されたウェブベースのスキーマエディタを提示する。このツールは、非専門家ユーザーがSSNオントロジーを用いて新しいセンサー型およびセンサーインスタンスを定義できるようにし、LSM-Lightコンponentを介してRDF記述を自動生成・登録し、リンクドデータとして提供する。このツールは、オントロジーモデリングの専門知識が不要なまま、センサーデータの意味的アノテーションと発見を簡素化する。

ABSTRACT

Ontologies provide conceptual abstractions over data, in domains such as the Internet of Things, in a way that sensor data can be harvested and interpreted by people and applications. The Semantic Sensor Network (SSN) ontology is the de-facto standard for semantic representation of sensor observations and metadata, and it is used at the core of the open source platform for the Internet of Things, OpenIoT. In this paper we present a Schema Editor that provides an intuitive web interface for defining new types of sensors, and concrete instances of them, using the SSN ontology as the core model. This editor is fully integrated with the OpenIoT platform for generating virtual sensor descriptions and automating their semantic annotation and registration process.

研究の動機と目的

• 記述論理やOWLの知識がなくても、非専門家ユーザーがセンサーオントロジーを拡張できるようにすることで、IoTシステムにおける意味的不整合の課題に対処すること。
• OpenIoTプラットフォームで使用されるSSNベースのオントロジー・モデルと、IoTアプリケーションユーザーの間のギャップを埋めること。
• クラウドベースのIoTアーキテクチャ内において、センサー記述の生成、意味的アノテーション、登録を自動化すること。
• 動的かつスケーラブルに拡張可能なOpenIoTオントロジーをサポートする、ユーザーフレンドリーなインターフェースを提供し、LSM-LightやX-GSNといったコアコンponentと統合すること。
• 完全な意味的履歴と機械可読性を備えた、センサー型および具体的なセンサーインスタンスの作成を可能にすること。

提案手法

• スキーマエディタは、JSFを用いて構築されたウェブベースのUIを提供し、複雑なオントロジーモデリングを抽象化する。
• ユーザーは、名前、観測対象の性質（URIによる指定）、測定能力（精度および周波数）を指定することで、センサー型を定義する。
• システムは、OpenIoTオントロジー（SSNオントロジーの拡張）に準拠したRDF記述を、標準的なRDF/OWL構成要素を用いて生成する。
• センサーインスタンスの作成は、定義済みのセンサー型を再利用し、場所、所有者、関心対象の特徴、測定単位を指定できる。
• 生成されたメタデータは、LSM-Lightコンponentに自動登録され、クエリ可能なリンクドデータとして公開される。
• バックエンドはJavaで実装され、Restletフレームワークを用いてOpenIoTのX-GSNおよびLSM-LightモジュールとRESTfulに統合されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非専門家IoTユーザーが、オントロジーモデリングの知識がなくても、新しいセンサー型およびインスタンスを定義できるようにするにはどうすればよいか？
• RQ2 ウェブベースのインターフェースが、クラウドベースのIoTプラットフォームにおいて、意味的にアノテートされたセンサー記述の生成と登録をどの程度自動化できるか？
• RQ3 既存のIoTミドルウェアコンponent（例：X-GSNおよびLSM-Light）とスキーマエディタを統合することで、データの発見可能性と再利用性はどのように向上するか？
• RQ4 ユーザーが定義したセンサースキーマが、標準化されたオントロジー枠組み内で意味的に整合的かつ相互運用可能であることを保証するメカニズムは何か？
• RQ5 システムは、コアオントロジーの動的拡張をどのようにサポートしつつ、下流コンponentとの相互運用性を維持できるか？

主な発見

• スキーマエディタは、非専門家ユーザーがガイド付きで直感的なウェブインターフェースを通じて新しいセンサー型およびインスタンスを定義できるようにした。
• システムは、SSNおよびOpenIoTオントロジーに準拠した意味的に豊富なRDF記述を自動生成した。
• センサー型およびインスタンスのメタデータは、LSM-Lightコンponentに動的に登録され、SPARQLによるクエリが可能となり、システム全体で発見可能となった。
• X-GSNとの統合により、受信するセンサーデータストリームが生成されたメタデータを用いて意味的にアノテートされ、意味的処理が可能になった。
• エディタは完全に実装されており、GitHub上のOpenIoTオープンソースプラットフォームの一部として利用可能であり、本番環境での運用可能性を示した。
• このアプローチにより、オントロジー工学の複雑なタスクを抽象化することで、IoT開発者および管理者の導入障壁が低減された。