IOT语义互操作性之本体论

这个系列文章描述了一个单一的语义数据模型来支持物联网和建筑、企业和消费者的数据转换。 这种模型必须简单可扩展, 以便能够在各行业领域之间实现插件化和互操作性。 对于一个目前从事智能硬件的老码农，觉得这些文字具有积极的参考意义。在这第二部分, 尝试确定上层本体在解决元数据挑战中的作用, 以及如何能够提高可伸缩性。

“There are two words for everything.” – E.V. Lucas

什么是本体论？

本体论作为科学的一部分, 有很多面孔。 起初, 本体论是关于"存在"哲学的一部分, 也是描述世界的物体、现象和规律的通用知识体系。

近年来, 本体论的发展已经从人工智能领域转向语义网。 网络上的本体论, 包括从对一般网页内容(如 schema.org)进行分类, 到销售产品及其功能(如亚马逊网站)。

作为语义互操作性的促进者, 本体提供了与特定领域(例如医疗保健)元数据标识符相关的概念，提供了一个标准化的分类。 本体虽然包含了分类学和词库的特性, 但在术语和属性之间使用严格的语义关系, 目标是以机器可读形式来表示知识(图15)。 [7]

[图15 | 语义层次]

用于开发本体的方法对于促进可伸缩性至关重要, 必须考虑所有相关的应用程序。 本系列文章考虑的应用包括五个相互关联行业的商业和物联网使用案例——房屋、能源、零售、医疗和运输及物流。

虽然句法语言(例如 OWL、 RDF 和 RDFS)可以用来构建本体论, 而本节将关注与任何特定建模语言无关的方法论。

一致性的受控词表

受控词表是经过精心挑选的词汇和短语(即术语)的集合, 这些词汇和短语在不同的语境中都被赋予了明确的含义。 一个词汇表可以用来保持本体发展的一致性, 它定义了术语背后的上下文关系。

登记中心控制的词汇表中的所有术语都有一个毫不含糊的、非冗余的定义。 如果多个术语可以用来表示同一事物, 则应将其中一个术语定义为受控词表中的首选术语, 其他术语被列为同义词或别名(见图16和IOT语义交互性之词汇定义)。

[图16 | 別名和翻译的受管制术语]

受控词表应该为全球应用提供各国家语言支持。 代表知识领域内术语的标准词汇可以从各种组织(例如 lov.okfn.org)免费获得。

对每件事物都有一个对象类

本体可以通过一组类来提供域概念的标准化分类。 每个类(概念)都可以表示可以唯一标识的类似事物或对象的类别。 类被定义为反映其对象(实例)所独有的属性、限制和关系。 类可以表示物理对象, 例如传感器和人员以及信息对象, 例如商业交易[ ISO 11179]。 一个本体, 连同一组个别的类实例, 构成一个知识库。 [8]

一个类的层次结构

像分类法一样, 本体可以在分层结构中定义其类, 这种结构可以根据需要进行深度定义(图17)。 类(如传感器或执行器)可以是另一类(设备)的子类(类型)。

[图17 | 本体的层次结构]

所有子类都继承类的属性。 例如, 如果 Power 状态是设备类的一个属性, 那么所有传感器和执行器对象都会有这个属性。

属性在适用于其所有对象(包括子类)的最普通类附加一个属性。 由于所有类都是对象的类型, 所以类层次结构有一个根类, 即对象, 它包含所有对象继承的标识符(一个 O-DEF 分类属性)(见图19)。

虽然这种方法与面向对象程序设计相似, 但它代表了从编程中抽象出来的元数据。 代表本体的元数据可以在一个存储库(ISO 11179)中从任何编程环境中抽象出来。

跨行业领域互动的最高层

顶级对象类(例如 ODEF 核心索引)可以促进不同领域(如建筑物、零售、医疗保健)的数据交换和互操作性, 因为它们确保以统一和语义兼容的方式使用基本术语。

本系列文章中确定的各组织机构语义数据模型包括了支持其目标行业和使用情况的最高级别类别(图18)。

[图18 | 各联盟的顶级对象类]

虽然术语可能不同, 但各联盟集团有许多基本概念(类)。 这些概念的"混合"可以形成一个能够支持行业的特定用例和跨行业互操作性的上层本体(图19)。

[图19 | 混合、跨行业顶级等级]

根对象类的名称和描述属性可以描述这些顶级类, 并包含在术语表中:

Information Model 资讯模型

Asset 资产

Product 产品

Location 位置

Party 派对

Transaction 交易

System 系统

Process 过程

Rule 规则

Event 活动

Relationship 关系