[논문 리뷰] The Schema Editor of OpenIoT for Semantic Sensor Networks

Prem Prakash Jayaraman, Jean-Paul Calbimonte외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 21.

Semantic Web and Ontologies참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 OpenIoT 플랫폼에 통합된 웹 기반 스키마 에디터를 제시하며, 비전문가 사용자가 SSN 온톨로지(ontology)를 사용하여 새로운 센서 유형과 인스턴스를 정의할 수 있도록 한다. 이 도구는 LSM-Light 컴ponent를 통해 자동으로 RDF 기반 설명을 생성하고 연결 데이터(Linked Data)로 등록한다. 이는 온톨로지 모델링 전문 지식이 없이도 의미적 메타데이터 기반의 센서 데이터 기록 및 검색을 단순화한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 설명 논리나 OWL에 대한 지식 없이도 비전문가 사용자가 온톨로지 모델링 기술을 익히지 않고도 센서 온톨로지를 확장할 수 있도록 하여 IoT 시스템 내 의미적 이질성 문제를 해결하고자 한다.
• OpenIoT 플랫폼에서 사용되는 기반 SSN 기반 온톨로지 모델과 IoT 애플리케이션 사용자 간 격차를 메우고자 한다.
• 클라우드 기반 IoT 아키텍처 환경 내에서 센서 기술 설명의 자동 생성, 의미적 메타데이터 기반 주석 처리 및 연결 데이터로의 등록을 자동화하고자 한다.
• 사용자에게 친숙한 인터페이스를 제공하여 OpenIoT 온톨로지를 동적으로 확장하고, LSM-Light 및 X-GSN과 같은 핵심 컴ponent와 통합하고자 한다.
• 완전한 의미적 기록 및 기계가 읽을 수 있는 방식으로 센서 유형과 구체적 센서 인스턴스의 생성을 지원하고자 한다.

제안 방법

• 스키마 에디터는 JSF를 사용하여 제작된 웹 기반 UI를 제공하며, 복잡한 온톨로지 모델링 작업을 추상화한다.
• 사용자는 이름, 관측 속성(URI를 통해 지정), 관련 측정 능력(정확도 및 주기)을 명시하여 센서 유형을 정의한다.
• 시스템은 표준 RDF/OWL 구조를 사용하여 OpenIoT 온톨로지(SSN 온톨로지의 확장)에 부합하는 RDF 기반 설명을 생성한다.
• 센서 인스턴스 생성은 정의된 센서 유형을 재사용하며, 위치, 소유주, 관심 영역, 측정 단위를 할당할 수 있다.
• 생성된 메타데이터는 자동으로 LSM-Light 컴ponent에 등록되어 쿼리 가능한 연결 데이터로 게시된다.
• 백엔드는 자바로 제작된 Restlet 프레임워크를 사용하여 OpenIoT의 X-GSN 및 LSM-Light 모듈과 RESTful 방식으로 통합된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비전문가 IoT 사용자가 온톨로지 모델링에 대한 지식 없이도 새로운 센서 유형과 인스턴스를 정의할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 웹 기반 인터페이스가 클라우드 기반 IoT 플랫폼에서 의미적 주석 처리가 된 센서 기술 설명의 자동 생성 및 등록을 얼마나 잘 수행할 수 있는가?
• RQ3 기존 IoT 미들웨어 컴ponent(예: X-GSN 및 LSM-Light)와 스키마 에디터를 통합함으로써 데이터의 검색 가능성과 재사용성이 어떻게 향상될 수 있는가?
• RQ4 사용자가 정의한 센서 스키마가 표준화된 온톨로지 프레임워크 내에서 의미적으로 일관되고 상호운용 가능한지를 보장할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 핵심 온톨로지를 동적으로 확장하면서도 하류 컴ponent와의 상호운용성을 유지할 수 있는 방법은 무엇인가?

주요 결과

• 스키마 에디터는 비전문가 사용자가 유도적이고 직관적인 웹 인터페이스를 통해 새로운 센서 유형과 인스턴스를 정의할 수 있도록 성공적으로 지원한다.
• 시스템은 SSN 및 OpenIoT 온톨로지에 부합하는 의미적으로 풍부한 RDF 기반 설명을 자동으로 생성한다.
• 센서 유형 및 인스턴스의 메타데이터는 LSM-Light 컴ponent에 동적으로 등록되어 SPARQL를 통해 쿼리 가능하며, 전체 시스템 내에서 검색 가능하다.
• X-GSN과의 통합을 통해 들어오는 센서 데이터 스트림이 생성된 메타데이터를 기반으로 의미적 주석 처리되어 의미 기반 처리가 가능해진다.
• 에디터는 완전히 구현되어 있으며 GitHub에 공개된 OpenIoT 오픈소스 플랫폼의 일부로 제공되어 실사용 가능성(production readiness)을 입증하고 있다.
• 복잡한 온톨로지 엔지니어링 작업을 추상화함으로써 IoT 개발자 및 관리자의 진입 장벽을 감소시킨다.