[論文レビュー] Using JSON-LD to Compose Different IoT and Cloud Services

Darko Andročec|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2018

Service-Oriented Architecture and Web Services被引用数 2

ひとこと要約

本論文では、オープンなIoTオントロジーを用いてデバイスおよびサービスを意味的にアノテートすることにより、IoTおよびクラウドサービスの半自動的組み合わせを可能にする、JSON-LDおよびHTN計画に基づくフレームワークを提案する。このアプローチはAI計画（JSHOP2）を通じて相互運用性を実現し、セキュリティおよびプロトコルメタデータを含む温度センサーとLEDアクチュエータの組み合わせを実装したプロトタイプにより実現可能性が示された。

ABSTRACT

Internet of things and cloud computing are in the widespread use today, and often work together to accomplish complex business task and use cases. This paper propose the framework and its practical implementation to compose different things as services and cloud services. The ontology based approach and JSON-LD was used to semantically annotate both types of services, and enable the mechanism to semi-automatically compose these services. The use case and proof-of-concept application that use the proposed theoretical approach is also described in this work.

研究の動機と目的

• 複雑なビジネスユースケースにおける異種のIoTデバイスとクラウドサービス間の相互運用性の課題に対処すること。
• 意味的アノテーションとAI計画技術を組み合わせることで、半自動的なサービス組み合わせを可能にすること。
• 標準化された意味的記述を用いて、クラウドサービスを含む「ものとしてのサービス」モデルを拡張すること。
• サービス組み合わせの過程で非機能的属性（例：セキュリティ、プロトコル）の検査を可能にすること。
• GSNミドルウェア、JSON-LD、JSHOP2を統合したプロトタイプを用いた実現可能性の検証。

提案手法

• IoTおよびクラウドサービスの意味的アノテーションを、JSON-LDおよびカスタムのオープンIoTオントロジー（ThingAsAServiceOntology.owl）を用いて実施する。
• デバイスおよびサービスのメタデータ（例：プロトコル、セキュリティ課題、機能）を、@contextおよび@type宣言を含む構造化されたJSON-LD形式にマッピングする。
• GSNミドルウェアを介したセンサー型デバイスの統合と、直接的なRESTfulウェブサービスを介したアクチュエータ型デバイスの統合を実施し、両者ともJSON-LD強化のためのJSONを公開する。
• JSON-LDアノテート済みのサービス記述を、JSHOP2計画ドメインおよび問題ファイルに変換し、自動化された組み合わせ推論を可能にする。
• JSHOP2を用いた階層的タスクネットワーク（HTN）計画により、有効なサービス組み合わせワークフローの検証および生成を実施する。
• SAWSDLを用いたクラウドサービス記述のプログラム的変換を行い、同等のJSHOP2互換計画表現に変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JSON-LDおよび意味的オントロジーは、異種のIoTデバイスとクラウドサービス間の相互運用性を実現できるか？
• RQ2 AI計画（HTN）は、意味的メタデータに基づいてIoTおよびクラウドサービスの半自動的組み合わせをどの程度支援できるか？
• RQ3 非機能的属性（例：セキュリティ、通信プロトコル）は、サービス組み合わせの過程でどのようにモデル化され、評価されるか？
• RQ4 統一されたフレームワークは、同じ計画メカニズムを用いてIoTデバイスおよびクラウドサービスの両方を組み合わせることができるか？
• RQ5 GSNミドルウェアおよびRESTfulウェブサービスを、意味的アノテート済みデバイスの統合レイヤーとして使用する際の実現可能性はいかがなものか？

主な発見

• 本フレームワークは、JSON-LDおよびカスタムIoTオントロジーを用いて、IoTデバイス（例：DS18B20センサー搭載のArduino Yun）およびアクチュエータ（例：LED搭載のlittleBits cloudBit）の両方を意味的にアノテートすることに成功した。
• プロトタイプは、JSON-LDアノテート済みサービスから有効なJSHOP2計画ファイルを生成できることを示し、プロトコルおよびセキュリティ課題のサポートも可能であることを実証した。
• システムは、組み合わせの過程で『NetworkServicesVulnerabletoDenialOfService』や『InsecureSoftwareFirmware』といった非機能的属性の検査を可能にした。
• GSNミドルウェアの統合により、HTTPまたはJSONをネイティブにサポートしないデバイスの意味的アノテーションが可能となり、フレームワークのデバイスカバレッジが拡張された。
• SAWSDLでアノテートされたクラウドサービスは、JSHOP2互換計画表現に成功して変換され、IoTデバイスおよびクラウドサービスの統一的組み合わせが可能になった。
• 概念実証アプリケーションにより、提案手法が温度監視およびアラートシステムの半自動的組み合わせをサポートできることを確認した。