[논문 리뷰] Using JSON-LD to Compose Different IoT and Cloud Services

Darko Andročec|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 21.

Service-Oriented Architecture and Web Services인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 개방형 IoT 온톨로지로 장치와 서비스를 의미적으로 애너테이션하여 반자동으로 IoT 및 클라우드 서비스를 조합하는 데에 JSON-LD와 HTN 계획 기반 프레임워크를 제안한다. 이 접근법은 AI 계획(JSHOP2)을 통해 상호운용성을 실현하며, 보안 및 프로토콜 메타데이터를 포함한 온도 센서와 LED 액추에이터를 조합하는 프로토타입을 통해 실현 가능성을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 복잡한 비즈니스 용례에서 이질적인 IoT 장치와 클라우드 서비스 간의 상호운용성 도전 과제를 해결하기 위해.
• 의미적 애너테이션과 AI 계획 기법을 융합하여 반자동 서비스 조합을 가능하게 하기 위해.
• 표준화된 의미적 기술을 통해 클라우드 서비스를 포함한 'Thing as a Service' 모델을 확장하기 위해.
• 서비스 조합 중 비기능적 속성(예: 보안, 프로토콜) 검사 지원을 위해.
• GSN 미들웨어, JSON-LD, JSHOP2 계획을 통합한 프로토타입을 통해 실현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• IoT 및 클라우드 서비스의 의미적 애너테이션을 위한 JSON-LD와 사용자 정의 개방형 IoT 온톨로지(ThingAsAServiceOntology.owl) 사용.
• 장치 및 서비스 메타데이터(예: 프로토콜, 보안 문제, 기능)를 @context 및 @type 선언을 포함한 구조화된 JSON-LD 형식으로 매핑.
• GSN 미들웨어를 통한 센서 기반 장치 통합 및 직접 RESTful 웹 서비스를 통한 액추에이터 기반 장치 통합. 둘 다 JSON-LD 강화를 위한 JSON 노출.
• JSON-LD 애너테이션을 적용한 서비스 기술서를 JSHOP2 계획 도메인 및 문제 파일로 변환하여 자동 조합 추론을 위한 준비.
• JSHOP2를 통한 계층적 작업 네트워크(HTN) 계획을 활용하여 유효한 서비스 조합 워크플로우의 검증 및 생성.
• SAWSDL를 사용한 클라우드 서비스 기술서의 프로그래밍 기반 변환을 통한 JSHOP2 호환 계획 표현 생성.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 JSON-LD와 의미 온톨로지는 이질적인 IoT 장치와 클라우드 서비스 간의 상호운용성을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 AI 계획(HTN)은 의미 메타데이터 기반으로 IoT 및 클라우드 서비스의 반자동 조합을 어느 정도 지원할 수 있는가?
• RQ3 비기능적 속성(예: 보안, 통신 프로토콜)은 서비스 조합 중 어떻게 모델링하고 평가할 수 있는가?
• RQ4 통합 프레임워크는 동일한 계획 메커니즘을 사용하여 IoT 장치와 클라우드 서비스를 모두 조합할 수 있는가?
• RQ5 GSN 미들웨어와 RESTful 웹 서비스는 의미 애너테이션된 장치의 통합 계층으로서의 실현 가능성이 있는가?

주요 결과

• 프레임워크는 JSON-LD와 사용자 정의 IoT 온톨로지를 사용하여 IoT 장치(예: DS18B20 센서가 장착된 아두이노 101)와 액추에이터(예: LED가 장착된 littleBits cloudBit) 모두를 성공적으로 의미적으로 애너테이션하였다.
• 프로토타입은 JSON-LD 애너테이션을 적용한 서비스에서 유효한 JSHOP2 계획 파일을 생성함으로써 서비스 조합이 실현 가능하다는 것을 입증하였으며, 프로토콜 및 보안 문제 지원 기능도 포함하였다.
• 시스템은 조합 중 'NetworkServicesVulnerabletoDenialOfService' 및 'InsecureSoftwareFirmware'와 같은 비기능적 속성 검사를 가능하게 하였다.
• GSN 미들웨어 통합은 HTTP나 JSON을 네이티브로 지원하지 않는 장치의 의미적 애너테이션을 가능하게 하여 프레임워크의 장치 커버리지 범위를 확장하였다.
• SAWSDL로 애너테이션된 클라우드 서비스는 성공적으로 JSHOP2 호환 계획 표현으로 변환되어 IoT 및 클라우드 서비스의 통합 조합을 가능하게 하였다.
• 사례 연구 응용은 제안된 방법이 센서 및 액추에이터 서비스를 사용하여 온도 모니터링 및 경고 시스템의 반자동 조합을 지원한다는 점을 확인하였다.