[논문 리뷰] A study of existing Ontologies in the IoT-domain

Garvita Bajaj, Rachit Agarwal외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 01.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 24인용 수 63

한 줄 요약

이 논문은 기존 IoT 온톨로지들을 조사하여 핵심 수평 개념을 식별하고 상호 운용성 도전을 평가하며 통일된 IoT 온톨로지에 대한 경로를 제시한다. 센서, 맥락(context), 위치, 시간 온톨로지를 분석하고 간극과 평가 방법을 강조한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 4W1H 접근법(Who, What, Where, When, How)을 사용하여 IoT 응용에 필요한 핵심 수평 개념을 식별한다.
• 기존 IoT 온톨로지를 조사하여 이러한 핵심 요구에 개념을 매핑하고 도메인 및 기능별로 분류한다.
• 이질적인 온톨로지로 인한 상호 운용성 문제를 강조하고 공통의 통합 IoT 온톨로지의 필요성을 제안한다.
• IoT 온톨로지에 사용되는 평가 방법을 검토하고 현재 평가 방법의 격차를 논의한다.

제안 방법

• 4W1H를 사용하여 핵심 IoT 개념을 도출하고 온톨로지가 일반적이거나 도메인-특정인지 분류한다.
• 센서, 맥락, 위치, 시간 온톨로지를 조사하고 그 개념을 식별된 핵심 요구에 매핑한다.
• 기능 및 응용 영역(예: BMS, 실내 내비게이션, 스마트 홈)으로 온톨로지를 분류한다.
• 온톨로지 평가 도구 및 지표(예: OntoCheck, SAOPY, OOPS, Vapour)와 보고된 평가 방법을 논의한다.
• 한계점을 분석하고 IoT 도메인 간 이질성을 해결하기 위한 통합 온톨로지의 필요성을 주장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 교차 도메인 상호 운용성을 지원하기 위해 IoT 온톨로지에 필요한 핵심 개념은 무엇인가?
• RQ2 기존 IoT 온톨로지는 센서, 맥락, 위치, 시간 측면을 어떻게 다루고 있으며 간극은 어디에 있는가?
• RQ3 IoT 온톨로지의 주요 평가 관행은 무엇이며 어떤 한계가 드러나는가?
• RQ4 도메인-특정 온톨로지들이 IoT 응용 간 재사용을 어느 정도 제한하는가?
• RQ5 확정된 역량 질문에 기초해 공통의 통합 IoT 온톨로지가 필요하다는 설득력 있는 필요성이 있는가?

주요 결과

• 온톨로지 연구는 센서, 플랫폼, 테스트베드, 서비스, 위치, 시간과 같은 수평(교차) 개념을 IoT 응용에 필수적이라고 식별한다.
• SSN 및 그 확장은 일부 센서 측면을 다루지만 공간/시간 기술 묘사 및 센서 기능에 한계가 있다.
• 도메인-특정 온톨로지(예: SAREF, Brick, Brick extensions)는 특정 응용 분야를 다루지만 교차 도메인 재사용에 대한 일반성이 부족한 경우가 많다.
• 맥락 인지 및 위치 온톨로지는 도메인 간 가변성을 보이며 정확한 해석을 위해 도메인-특정 표기가 강조된다.
• IoT 온톨로지를 평가하기 위한 단일 포괄적 지표가 없으며 다수의 도구와 기준이 존재하지만 통합된 평가 프레임워크가 부족하다.
• 저자들은 이질적 플랫폼과 응용 간 의미적 상호 운용성을 개선하기 위해 공통의 통합 IoT 온톨로지를 지지한다.