物聯(lián)網(wǎng) 系統(tǒng)互操作性 第3部分：語義互操作性 征求意見稿

1GB/T41782.3—XXXX物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)互操作性第3部分：語義互操作性本文件給出了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)語義互操作的基本概念，如ISO/IEC21823-1的模型維度中所述，包括：——核心本體對語義互操作的要求；——關(guān)于如何使用本體和開發(fā)特定領(lǐng)域的應(yīng)用程序的最佳實踐和指南，包括允許擴(kuò)展性和連接外部本體的需求；——跨域規(guī)范和本體的形式化，以統(tǒng)一利用現(xiàn)有本體；——相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)本體，以及在模塊化、可擴(kuò)展性、可重用性、可規(guī)?；?、與上層本體的互操作等方面對特性和方法的比較研究；——體現(xiàn)語義互操作必要性和需求的用例和服務(wù)場景。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。ISO/IEC20924物聯(lián)網(wǎng)詞匯（Informationtechnology—InternetofThings(IoT)—Vocabulary）3術(shù)語和定義ISO/IEC20924中界定的術(shù)語和定義適用于本文件。ISO和IEC在以下地址維護(hù)用于標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語數(shù)據(jù)庫：IECElectropedia:/ISO在線瀏覽平臺:/obp3.1語義互操作性semanticinteroperability參與的系統(tǒng)可以理解數(shù)據(jù)模型在主題上下文中的含義。[來源：ISO/IEC19941：2017，3.1.5，有修改，刪除了該術(shù)語中的“數(shù)據(jù)”]3.2元數(shù)據(jù)metadata定義和描述其他數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。[來源：GB/T18391.3-2009，3.2.18]3.3本體ontologyGB/T41782.3—XXXX在規(guī)定的知識領(lǐng)域中具體或抽象事物以及它們之間關(guān)系的說明描述。注：這些說明描述應(yīng)為計算機(jī)可處理的。[來源：GB/T32392.3-2015，4.1.2]4縮略語下列縮略語適用于本文件：ICT信息和通信技術(shù)（informationandcommunicationtechnology）IoT物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）PKI公鑰基礎(chǔ)架構(gòu)（PublicKeyInfrastructure）JSON-LD基于JSON表示和傳輸互聯(lián)數(shù)據(jù)（AJSON-basedSerializationforLinkedData）OWL網(wǎng)絡(luò)本體語言（WebOntologyLanguage）RDF資源描述框架（ResourceDescriptionFramework）RDFS資源描述框架模式（ResourceDescriptionFrameworkSchema）SPARQLRDF查詢語言和數(shù)據(jù)獲取協(xié)議（SPARQLProtocolandRDFQueryLanguage）IoT-Lite輕量級物聯(lián)網(wǎng)（LightweightInternetofThings）5物聯(lián)網(wǎng)語義互操作過程5.1概述物聯(lián)網(wǎng)語義互操作允許物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間使用可以被理解的數(shù)據(jù)信息模型（或語義含義）交換數(shù)據(jù)。這些模型基于本體，本體是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概念和關(guān)系的可處理規(guī)范。物聯(lián)網(wǎng)語義互操作的好處是有助于滿足物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的互操作性、可重用性、可擴(kuò)展性、可信任性。物聯(lián)網(wǎng)語義互操作相關(guān)人員及其關(guān)注點如下：a)本體工程師，專注于本體的開發(fā)；b)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師，專注于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)和語義互操作能力的集成。如圖4所示，本文件為本體工程師和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師提供了準(zhǔn)備和構(gòu)建語義互操作的要求和方法規(guī)范。下面定義了兩類要求：1)物聯(lián)網(wǎng)語義互操作要求，重點是如何創(chuàng)建數(shù)據(jù)信息模型，如何在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中開發(fā)和集成解釋能力。2)生存周期要求，重點是數(shù)據(jù)信息模型范圍、數(shù)據(jù)信息模型設(shè)計，以及數(shù)據(jù)信息模型維護(hù)方面的管理。圖4語義互操作標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)23GB/T41782.3—XXXX5.2物聯(lián)網(wǎng)語義互操作過程要求物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師和本體開發(fā)工程師應(yīng)執(zhí)行以下過程：——數(shù)據(jù)信息模型創(chuàng)建；——語義互操作能力集成；——語義互操作工程支持。語義互操作各過程要求見表1，其中包括基本原理以及可作為合規(guī)性證據(jù)的最終工作成果。表1物聯(lián)網(wǎng)語義互操作過程要求過程要求基本原理產(chǎn)出數(shù)據(jù)信息模型創(chuàng)建使用通用本體獲取通用知識。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)依賴于通用的架構(gòu)、能力和通信手段，如物聯(lián)網(wǎng)傳感器、執(zhí)行器、網(wǎng)關(guān)、設(shè)備?；谠谖锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中收集和記錄的通用知識的數(shù)據(jù)信息模型。使用領(lǐng)域本體獲取特定領(lǐng)域的知識。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以專注于運輸、能源、健康等特定領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中特定領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息模型。使用跨領(lǐng)域本體獲取跨領(lǐng)域知識。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以跨領(lǐng)域覆蓋。例如，電動汽車物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)屬于交通和能源領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息模型。語義互操作能力集成開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能力以交換物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互操作信息。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以使用各種互操作參數(shù)，包括技術(shù)參數(shù)（如驅(qū)動程序、協(xié)議）和語義參數(shù)（如應(yīng)用功能）。這些參數(shù)可以在設(shè)備正常運行之前使用元數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。元數(shù)據(jù)可以通過模式或子模式的形式公開，也可以通過OWL/XML或JSON-LD的形式公開。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不能直接提供這種能力時，可以使用代理交換這些參數(shù)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)交換物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互操作信息的能力。開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能力以協(xié)商互操作配置文物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以使用多種知識表示。需要對用于信息交換的表示達(dá)成一致。必須通過協(xié)商來在關(guān)鍵的語義知識層面上達(dá)成一致，例如，使用參數(shù)表示并就互操作配置文件達(dá)成一致。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不能直接提供該能力時，可以使用代理進(jìn)行協(xié)商。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)商互操作配置文件的能力。驗證和集成各種功能以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互操作。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成了多種技術(shù)，以實現(xiàn)與不同互操作方面相對應(yīng)的互操作性（如驅(qū)動程序、協(xié)議、中間件），它們還集成了多個操作（如發(fā)現(xiàn)、協(xié)商）以實現(xiàn)互操作性。提供整體互操作能力的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。語義互操作工程支持提供并應(yīng)用工具以實現(xiàn)語義互操作。工程師需要發(fā)現(xiàn)和選擇、映射、對齊、合并和集成等支持工具?？晒┻x擇的語義互操作實現(xiàn)工具。5.3物聯(lián)網(wǎng)語義互操作模型物聯(lián)網(wǎng)語義互操作性可以通過兩種模型進(jìn)行描述：過程模型和使用模型。過程模型關(guān)注的是如何創(chuàng)建語義互操作能力，而使用模型關(guān)注的是如何使用和交換語義信息。物聯(lián)網(wǎng)語義互操作性的過程模型見圖5。該模型基于這樣的假設(shè)：互操作性知識是以可處理的形式提供的，比如通過本體構(gòu)造的知識圖譜。圖5中的實體將在5.4.1節(jié)中進(jìn)一步描述。4GB/T41782.3—XXXX圖5物聯(lián)網(wǎng)語義互操作過程模型物聯(lián)網(wǎng)語義互操作涉及以下人員：——本體開發(fā)工程師，專注于本體的開發(fā)；——物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師，專注于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)和互操作能力的集成。物聯(lián)網(wǎng)語義互操作包括以下過程：a)創(chuàng)建語義知識：本過程的目的是為互操作創(chuàng)建語義信息，由本體工程師和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師共同完成。本過程的輸入是工程師的知識，輸出是用于互操作的語義信息的一致數(shù)字化表示，由本體表示，包括物聯(lián)網(wǎng)通用本體、物聯(lián)網(wǎng)跨域本體和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域本體。b)創(chuàng)建語義互操作能力：本過程的目的是創(chuàng)建語義互操作能力，并使語義信息適應(yīng)所需要的語義信息表示，語義互操作能力包括：1)設(shè)備模式能力;2)協(xié)商與推理能力;3)總體互操作能力。如果物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有語義信息適應(yīng)處理能力，則該過程由本體工程師、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師以及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自身進(jìn)行。本過程的輸入是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域本體、物聯(lián)網(wǎng)跨域本體和物聯(lián)網(wǎng)共同本體，輸出是對齊本體。本過程由本體工程支持工具以及推理能力(如基于規(guī)則的推理、基于本體的推理或機(jī)器學(xué)習(xí))輔助。c)使用語義互操作：本過程的目的是與其他物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)交換語義信息，由物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)完成。其輸入是對齊的本體，輸出是實例化的本體。本過程由本體工程支持工具以及推理能力(如基于規(guī)則的推理、基于本體的推理或機(jī)器學(xué)習(xí))輔助。語義信息的使用基于圖6所示的模型。5GB/T41782.3—XXXX圖6語義信息使用模型語義信息使用模型包括以下內(nèi)容：——物聯(lián)網(wǎng)組件或相關(guān)系統(tǒng)的抽象模型：互操作信息包括與領(lǐng)域中的抽象物聯(lián)網(wǎng)組件或相關(guān)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的語義互操作信息，例如，與抽象物聯(lián)網(wǎng)溫度傳感器相關(guān)聯(lián)的溫度模型；——物聯(lián)網(wǎng)組件或相關(guān)系統(tǒng)的具體模型：具體互操作信息與操作中具體的物聯(lián)網(wǎng)組件或相關(guān)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，例如，與物理溫度傳感器相關(guān)聯(lián)的實例化溫度模型；——交換的語義信息：可以供其他具體物聯(lián)網(wǎng)組件或系統(tǒng)使用的語義信息的計算機(jī)可處理表示，例如，物理溫度傳感器提供的溫度信息的互操作表示。5.4物聯(lián)網(wǎng)語義互操作指南5.4.1獲取語義含義的指南語義含義的獲取是通過圖5所示的語義知識創(chuàng)建過程實現(xiàn)的。包括以下知識的使用：——物聯(lián)網(wǎng)通用本體。即通用的概念，例如體系結(jié)構(gòu)或框架概念。這些本體可基于物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO/IEC30141:2018[1]，ISO/IEC20924:2018[23]），或映射規(guī)范（如[3]）。——物聯(lián)網(wǎng)跨域本體。即領(lǐng)域之間在應(yīng)用層面（例如，結(jié)合了能源和交通知識的電動汽車本體）或在交叉關(guān)注點的共享概念。例如，隱私交叉關(guān)注點可以基于隱私標(biāo)準(zhǔn)，如ISO/IEC29100:2011[4]。——物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域本體。例如，在能源領(lǐng)域，可使用針對能源管理的通用本體[5]。其他例子也存在于智能城市領(lǐng)域[6]，智能制造領(lǐng)域[7]，或農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[8]。6GB/T41782.3—XXXX說明：本體通常用三元組表示。它們在圖中用三個相連的圓直接表示。圖7結(jié)構(gòu)化知識表示示例構(gòu)建語義互操作知識的示例見圖7，包括：——共同跨域本體，如架構(gòu)本體、傳感器本體、安全或隱私本體。——與應(yīng)用相關(guān)的特定領(lǐng)域本體，例如健康本體、交通本體、能源本體、農(nóng)業(yè)本體。有許多特定領(lǐng)域的本體可用來構(gòu)建語義互操作知識。例如物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)開放詞匯倡議（theLinkedOpenVocabularyInitiativefortheInternetofThings,LOV4IoT）[9]。這些本體是使用語義網(wǎng)絡(luò)語言如RDF[10]、RDFS[11]和OWL[12]進(jìn)行構(gòu)建并使用SPARQL[13]進(jìn)行查詢的：——RDF是一種基于三元組的基本語言。三元組由主語、謂語和賓語組成。例如，“溫度是39度”?！皽囟取笔侵髡Z，“是”是謂語，“39度”是賓語?！猂DFS是RDF的擴(kuò)展，它提供了額外的功能，例如描述層次結(jié)構(gòu)（例如，體溫計是傳感器的“子——OWL是一種更加豐富的RDFS，它允許創(chuàng)建新的類和類之間的關(guān)系來描述特定的領(lǐng)域（例如，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中添加一個新的“傳感器”概念）?！梢允褂肧PARQL訪問或查詢?nèi)M，SPARQL是一種查詢語言，用于與RDF、RDFS和OWL圖進(jìn)行交在萬維網(wǎng)聯(lián)盟（TheWorldWideWebConsortium,W3C）中可以找到的語言層次結(jié)構(gòu)通常被稱為語義網(wǎng)絡(luò)塊[14]。信息交換的表示被稱為序列化數(shù)據(jù)集。它是語義數(shù)據(jù)集的計算機(jī)可以處理的表示。序列化是指將一個結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成可以存儲和/或傳輸?shù)囊幌盗凶止?jié)。用于這種序列化方法示例是OWL或JSON-LD[15]。5.4.2語義互操作能力集成指南語義互操作能力集成是通過如圖5所示的語義互操作能力創(chuàng)建過程實現(xiàn)的。包括以下能力的集成：a)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)交換物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互操作信息能力。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有多種模式，例如操作模式、維護(hù)模式或退出服務(wù)模式：1)設(shè)定模式的目標(biāo)是定義物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的操作能力。對此能力的描述是基于本體的。由此產(chǎn)生7GB/T41782.3—XXXX的描述可被設(shè)備用來告知其他物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)它們的能力。描述包括了技術(shù)層面的參數(shù)（如驅(qū)動程序、協(xié)議、安全、服務(wù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)質(zhì)量）以及語義層面的參數(shù)（如處理能力、訪問權(quán)限、應(yīng)用能力）。由此產(chǎn)生的設(shè)備本體可用來通知其他已連接的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)它將如何解釋數(shù)據(jù)，如溫度傳感器將具有范圍、精度、感知時間等屬性。在公共存儲庫中有很多傳感器本體描述，例如LOV4IoT[9]或W3C的語義傳感器網(wǎng)絡(luò)本體[16][17]。2)其他模式包括了操作模式或維護(hù)模式。在操作模式下，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)就語義互操作條件達(dá)成一致，因此設(shè)備可以進(jìn)行交互，例如可以接收感應(yīng)信息和發(fā)出執(zhí)行信息。在維護(hù)模式下，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以修改語義互操作參數(shù)。b)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)商與推理能力。由于存在多種知識表示形式，因此需要進(jìn)行協(xié)商。本體是反映了不同設(shè)計者不同觀點和要求的主觀表示。例如，對于一個給定的傳感器配置文件可以存在不同的本體描述，這些描述可能存儲在一個在線存儲庫中。對于本體的必要操作包括會進(jìn)行對齊、映射或合并。此外，還包括推理能力，例如基于規(guī)則的推理、基于本體的推理或機(jī)器學(xué)習(xí)。c)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備整體互操作能力。在操作之前，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信子系統(tǒng)必須經(jīng)過配置，從而包括所有已協(xié)商的各種組件，以實現(xiàn)互操作。在操作過程中，可以交換語義描述。如圖6所示，語義信息使用模型存在三種表示層次結(jié)構(gòu)：抽象表示、具體表示和信息交換表示。圖8為基于ISO/IEC30141實現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)溫度傳感器語義信息使用示例：1)使用抽象的物聯(lián)網(wǎng)溫度傳感器表示。這種表示依賴于已達(dá)成共識的智能家居本體和基于ISO/IEC30141的參考架構(gòu)。智能家居本體包含舒適性、空間感、節(jié)能等概念。其包含一個抽象的物聯(lián)網(wǎng)溫度傳感器模型，該模型包含了功能描述（例如讀取溫度）。其引用基于ISO/IEC30141的架構(gòu)本體，因而使用服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等概念。2)使用具體的物聯(lián)網(wǎng)溫度傳感器表示。這個表示包含了實際信息，一個表示格式的例子是RDF圖表示。RDF是W3C指定的語義網(wǎng)絡(luò)語言。RDF圖被構(gòu)造為三元組，可以使用SPARQL語言對其進(jìn)行訪問或查詢。3)使用被稱作序列化數(shù)據(jù)集的信息交換表示。它是語義數(shù)據(jù)集的計算機(jī)可處理表示形式。序列化是指將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為可以存儲和/或傳輸?shù)囊幌盗凶止?jié)。使用這樣的編碼方法的例子有OWL/XML和JSON-LD。8GB/T41782.3—XXXX圖8溫度傳感器的語義信息使用示例5.4.3語義互操作工程支持指南概述語義互操作工程需要本體匹配的專業(yè)知識和對本體操作的支持。而本體之間可能是不匹配的，其不匹配可能發(fā)生在語言層面或本體層面。因此，語義信息的創(chuàng)建可以包括本體協(xié)調(diào)活動，以協(xié)調(diào)不同本體之間的差異。這些協(xié)調(diào)活動可以包括對齊、映射、合并和其他所需的操作。例如，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序可以使用這些操作來導(dǎo)出（或制定）發(fā)送給執(zhí)行器的命令。和維護(hù)工作，從而允許對數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行自動修訂以后續(xù)條款介紹了以下內(nèi)容：——本體發(fā)現(xiàn)（）；——基于本體的數(shù)據(jù)集成（）；——本體協(xié)調(diào)，例如本體映射、本體對齊、本體合并和本體整合（）。本體發(fā)現(xiàn)本體發(fā)現(xiàn)是訪問操作本體并將其用于語義互操作的過程。如圖5中的語義互操作模型過程所示，本體發(fā)現(xiàn)可以在創(chuàng)建語義知識時發(fā)生，也可以在后續(xù)的設(shè)備模式設(shè)置期間發(fā)生。在本體發(fā)現(xiàn)過程中可以使9GB/T41782.3—XXXX用本體存儲庫，例如[9][18][19]，也可以使用不同的本體（語義網(wǎng)絡(luò)）語言，例如RDFS[11]或OWL[12]?；诒倔w的數(shù)據(jù)集成基于本體的數(shù)據(jù)集成使用多個不同的本體，這些本體通過組合來自多個異構(gòu)源的數(shù)據(jù)或信息來提供數(shù)據(jù)的互操作性。來自多個異構(gòu)源的數(shù)據(jù)具有以下幾種異質(zhì)性特征[21]：——語法異質(zhì)性，即語法上的差異，例如數(shù)據(jù)的格式和結(jié)構(gòu)；——結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，即存儲數(shù)據(jù)的本機(jī)模型或結(jié)構(gòu)的差異；——語義異質(zhì)性，即數(shù)據(jù)含義解釋上的差異；——系統(tǒng)異構(gòu)性，即源自不同操作系統(tǒng)和硬件平臺的差異。本體作為明確定義的概念以及這些概念之間關(guān)系的一種表示，被用于解決數(shù)據(jù)源中語義異質(zhì)性的問題。所有信息都通過本體提供的通用標(biāo)識方案（例如統(tǒng)一資源定位器（UniformResourceLocator,URL）/統(tǒng)一資源標(biāo)識符（UniformResourceIdentifier,URI））進(jìn)行鏈接和訪問。本體支持對異構(gòu)信息系統(tǒng)中的實體進(jìn)行明確的標(biāo)識，并確定將這些實體聯(lián)系在一起的適用命名關(guān)系。具體而言，本體發(fā)揮以下作用：a)內(nèi)容和/或上下文說明：本體通過顯式定義本體中的術(shù)語和關(guān)系，實現(xiàn)從多個數(shù)據(jù)源中準(zhǔn)確解釋數(shù)據(jù)。b)查詢模型：在某些系統(tǒng)中，查詢是使用本體作為一種全局查詢模式來構(gòu)建的。查詢構(gòu)建是將用戶發(fā)出的原始關(guān)鍵字查詢轉(zhuǎn)換為搜索引擎使用的結(jié)構(gòu)化查詢表示的過程。通常使用SPARQL[13]查詢信息。c)驗證：本體能用于驗證用來集成來自多個源的數(shù)據(jù)的映射。這些映射關(guān)系既能人工指定，也能由系統(tǒng)（例如本體匹配工具）生成?；诒倔w的數(shù)據(jù)集成方法主要有以下三種：1)單一本體方法：單一本體在系統(tǒng)中被用作全局參考模型。2)多本體方法：結(jié)合使用多個本體來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，且每個本體建模一個單獨的數(shù)據(jù)源。雖然此方法比單一本體方法更靈活，但它需要在多個本體之間創(chuàng)建映射關(guān)系。這種映射關(guān)系可能是上下文敏感的，即依賴于數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。3)混合方法：使用了與通用頂級詞匯表鏈接的多個本體。頂級詞匯表定義了領(lǐng)域內(nèi)的基本術(shù)語。因此，存在通用詞匯時，混合方法更容易使用多個本體進(jìn)行集成。本體協(xié)調(diào).1概述通過利用本體作為內(nèi)容解釋的集成模式，以及作為檢測和解決內(nèi)容不一致的工具，可以實現(xiàn)有效的語義互操作。由于本體是共享規(guī)范，因此本體的使用應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的語義互操作（例如，如果兩個系統(tǒng)是由共享同一本體的兩個不同實體設(shè)計的，則可以確保語義互操作）。但由于本體是反映不同設(shè)計師的不同觀點和要求的主觀表示，因此不能保證完全的語義互操作。本體之間的這種不匹配可能發(fā)生在語言級別或本體級別。語言層面的不匹配來自于本體語言的表達(dá)性或語義上的差異（例如，橙可以是水果，也可以是顏色）。本體層面的不匹配來自于本體語義結(jié)構(gòu)的差異（例如，蘋果可以被表示為一個概念，因此我們可以描述不同品種的蘋果，另外蘋果也可以是水果概念的一個實例）。本體協(xié)調(diào)是一個通過執(zhí)行對齊、映射、合并和其他必要操作來協(xié)調(diào)不同本體之間的差異，從而實現(xiàn)語義互操作的過程。本體匹配是尋找來自不同本體的資源對的過程，這些資源對在含義上是相等的。通常將[0,1]范圍內(nèi)的相似度值用作本體協(xié)調(diào)的不同方法的輸入。.2本體映射GB/T41782.3—XXXX本體映射是使用等價關(guān)系或順序關(guān)系將兩個或多個信息源的相似概念或關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)的過程。圖9展示了本體映射的示例。圖9本體映射示例.3本體對齊本體對齊是將兩個或多個本體相互達(dá)成一致，并使它們保持一致和連貫的過程。本體對齊與本體映射相似，但它利用了“屬于”和“包含”等本體概念間更具表現(xiàn)力的關(guān)系。圖10展示了本體對齊的示例。圖10本體對齊示例.4本體合并本體合并是從兩個或多個重疊概念或定義的源本體中創(chuàng)建一個本體的過程。在合并過程中，從零開始創(chuàng)建合并的本體，統(tǒng)一所有源本體。圖11展示了本體合并的示例。GB/T41782.3—XXXX圖11本體合并示例.5本體集成本體集成類似于本體合并，但是集成的本體是重用部分源本體來創(chuàng)建的。圖12展示了本體集成的示例。圖12本體集成示例6物聯(lián)網(wǎng)語義互操作生存周期GB/T41782.3—XXXX6.1生存周期要求開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組織者應(yīng)開展以下活動：——管理語義互操作的范圍，即所需的知識范圍；——管理語義互操作的設(shè)計；——管理語義互操作的產(chǎn)出，即語義互操作過程的輸出。各活動的要求見表2，每一項需求中包括了基本原理和可以作為一致性證據(jù)的產(chǎn)出。表2生存周期要求活動要求基本原理產(chǎn)出管理語義互操作的范圍定義知識范圍語義互操作的實踐需要對知識范圍的明確定義，即在語義互操作規(guī)范中使用的一組概念和關(guān)系。如果選擇的知識范圍過大，則本體中定義的許多概念可能不會被使用。這也可能適得其反。例如，當(dāng)使用跨領(lǐng)域本體時，重要的是不要訪問整個領(lǐng)域本體，而是訪問有用于構(gòu)建跨領(lǐng)域本體的子集。如果所選知識范圍太小，會造成知識概念的丟失，導(dǎo)致規(guī)范不完整。規(guī)范知識范圍的方法描述。本體知識范圍的規(guī)管理語義互操作的設(shè)計使用關(guān)注點分離原則協(xié)同創(chuàng)造本體協(xié)同創(chuàng)造是指將具有不同專業(yè)知識和觀點的人聚集在一起進(jìn)行設(shè)計的方法。例如，領(lǐng)域?qū)＜液捅倔w專家共同合作，產(chǎn)生相互認(rèn)同的結(jié)果。創(chuàng)建用于互操作本體的要求:——領(lǐng)域工程和語義互操作專家之間應(yīng)協(xié)同創(chuàng)造。根——領(lǐng)域?qū)＜液驼Z義互操作專家之間應(yīng)側(cè)重不同的關(guān)例如，醫(yī)療保健語義互操作規(guī)范的開發(fā)可能包括健康信息和通信技術(shù)專家、語義互操作專家、安全和隱私專家以及用戶（患者，護(hù)理人員）。確保關(guān)注點分離和模塊化設(shè)計的本體協(xié)同創(chuàng)造方法描述。協(xié)同創(chuàng)造和模塊化設(shè)計中產(chǎn)生的本體。應(yīng)用本體的模塊化設(shè)計模塊化設(shè)計的實踐側(cè)重于將一個更廣泛的概念構(gòu)造成多個可以單獨處理的更簡單的子概念。在本體中，子概念由子本體描述?！ㄟ^定義良好的關(guān)系實現(xiàn)松耦合，從而保留更廣——能源和電動汽車本體被分為子本體（非共享和共）；GB/T41782.3—XXXX活動要求基本原理產(chǎn)出——最終的語義互操作規(guī)范使用了兩個現(xiàn)有模塊和一管理語義互操作的產(chǎn)出評估本體成熟度評估規(guī)范成熟度包括兩個方面：規(guī)范的成熟度評估見圖14。它從本體低完成度和規(guī)范低完成度開始。隨著子本體的重用，本體完成度可能會迅速上升，而規(guī)范完成度可能會保持較低水平，因為規(guī)范需進(jìn)行多域共識討論。用于本體成熟度方法的描述。本體成熟度演化歷記錄和維護(hù)本體使用和維護(hù)互操作規(guī)范有更進(jìn)一步的要求：——提供配置文件和服務(wù)發(fā)現(xiàn)。配置文件是一種服務(wù)——支持版本管理。語義互操作規(guī)范應(yīng)該考慮規(guī)范演）；——提供本體共享和重用。語義互操作規(guī)范可以使用配置文件、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和支持版本管理的概念可通過特定的本體進(jìn)行描述。維護(hù)方法文檔說明。維護(hù)本體的存儲庫。圖13模塊化設(shè)計示例GB/T41782.3—XXXX圖14互操作成熟度評估結(jié)果示例6.2生存周期模型集成本體生存周期所生成的生存周期模型見圖15。該生存周期模型展示了各種生存周期之間的關(guān)系。下面是有關(guān)生存周期模型的一個示例：——本體工程師開發(fā)能源物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)本體、能源管理能力本體和能源信息本體；——物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師使用能源信息本體來制定能源數(shù)據(jù)交換語義互操作規(guī)范，使用能源數(shù)據(jù)交換語義互操作規(guī)范來開發(fā)涉及組件之間數(shù)據(jù)交換的能源應(yīng)用程序。圖15語義互操作生存周期模型6.3生存周期實施指南6.3.1本體生存周期指南本體工程學(xué)是一種擁有自己獨立生存周期的實踐工程。圖16所示是由以下階段組成的一個本體生存周期示例：——本體需求定義階段：應(yīng)定義要創(chuàng)建的本體需求?！倔w協(xié)同創(chuàng)造階段：應(yīng)共同創(chuàng)建本體，過程中包括一個特定領(lǐng)域?qū)＜液捅倔w專家?！倔w一致性驗證階段：應(yīng)驗證本體格式正確且一致?！倔w共識階段：應(yīng)確保領(lǐng)域?qū)＜彝獗倔w捕獲的概念和關(guān)系。GB/T41782.3—XXXX——本體發(fā)布階段：應(yīng)發(fā)布、使用和維護(hù)本體。圖16本體生存周期模型示例6.3.2語義互操作生存周期指南語義互操作工程是一種在互操作規(guī)范的生存周期過程中集成語義描述的實踐工程。圖17所示是由以下階段組成的互操作生存周期示例：——要求階段：定義互操作規(guī)范的要求?！?guī)范階段：提供規(guī)范。——一致性驗證：就規(guī)范達(dá)成一致?！l(fā)布：發(fā)布互操作規(guī)范。圖17互操作規(guī)范化生存周期示例語義互操作規(guī)范中語義描述集成基于本體：a)語義描述可使用現(xiàn)有的本體或創(chuàng)建新的本體；b)語義描述可側(cè)重于不同的語義項：1)信息本體（例如，協(xié)議數(shù)據(jù)單元中包含的語義信息）；2)交互本體（例如，協(xié)議的語義）；3)功能本體（例如，配置文件的語義描述）；4)模式本體（例如，發(fā)布訂閱范例的語義描述，服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制的語義描述5)體系結(jié)構(gòu)本體（例如，體系結(jié)構(gòu)特征的語義描述）。本體生存周期和語義互操作生存周期之間的區(qū)別可以在下面的示例中解釋：針對健康傳感器制定的語義互操作的規(guī)范中，使用了體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議和健康本體。該健康本體涉及以下生存周期：——互操作生存周期?！w系結(jié)構(gòu)本體生存周期?！獏f(xié)議本體生存周期。——健康本體生存周期。6.3.3可互操作的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生存周期可互操作的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程是一種在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的生存周期過程中集成互操作的實踐工程。GB/T22032-2021[3]將系統(tǒng)生存周期定義為“抽象功能模型”，表示對系統(tǒng)的需求、實現(xiàn)、利用、演變和處置的概念化。系統(tǒng)生存周期被描述為一組過程，過程根據(jù)其目的、結(jié)果及其活動來描述。GB/T22032-2021將三十個過程分為四類：a）協(xié)議過程：聚焦與供應(yīng)商協(xié)議有關(guān)的活動。GB/T41782.3—XXXXb）支持組織項目的過程：聚焦與改善組織業(yè)務(wù)或事業(yè)有關(guān)的活動。c）技術(shù)管理過程：聚焦管理分配給系統(tǒng)工程的資源和資產(chǎn)。d）技術(shù)過程：聚焦整個生存周期中的技術(shù)活動?；ゲ僮鞯募扇Q于上下文：a)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以基于現(xiàn)有的互操作規(guī)范或者創(chuàng)建新的互操作規(guī)范。b)規(guī)范可以是句法層面的，也可以是語義層面的。c)支持元素（如參考實現(xiàn)或測試工具）是否可用。語義互操作生存周期與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生存周期之間的區(qū)別可使用以下示例進(jìn)行說明：遠(yuǎn)程控制家用電器的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)涉及以下生存周期：——遠(yuǎn)程控制物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生存周期；——家用電器語義互操作生存周期。GB/T41782.3—XXXX（資料性）物聯(lián)網(wǎng)語義互操作性的指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)語義互操作需要特定的能力，這種能力不是可直接獲取的。表A.1提供了指導(dǎo)人員向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師教授物聯(lián)網(wǎng)語義互操作的一個教學(xué)大綱的示例。表A.1物聯(lián)網(wǎng)語義互操作實踐的教學(xué)案例本課程提供了對如何使用本體來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)語義互操作的理解，涵蓋內(nèi)容包括本體工程（原則，本體表示，本體使用）和推理能力。學(xué)習(xí)成果在完成該課程后，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師應(yīng)能夠：）；——用本體來表示物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)互操作概念（例）；）；形式提供兩種學(xué)習(xí)形式：——物聯(lián)網(wǎng)工程師在本體工程師的支持下開——物聯(lián)網(wǎng)工程師獲得本體工程的能力。前提物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師應(yīng)當(dāng)熟悉物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程。例如，工程師能熟練使用ISO/IEC20924:2018[23]、ISO/IEC30141[1]、GB/T22032-2021[22]進(jìn)行工程實踐。表A.2提供了一個基于教學(xué)大綱的課程內(nèi)容范本。表A.2語義互操作實際的課程內(nèi)容選擇一個開發(fā)了互操作能力的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)用例（GB/T41782.3—XXXX在協(xié)同開發(fā)實踐中，指導(dǎo)人員介紹本體明確規(guī)定在開發(fā)實踐中，解釋本體規(guī)范環(huán)境，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在協(xié)同開發(fā)實踐中，指導(dǎo)人員介紹基于規(guī)則的開在開發(fā)實踐中，解釋基于規(guī)則的開發(fā)環(huán)境，物聯(lián)在協(xié)同開發(fā)實踐中，指導(dǎo)人員介紹推理能力開發(fā)在開發(fā)實踐中，解釋推理能力開發(fā)環(huán)境，物聯(lián)網(wǎng)ApacheJena推理引擎[31解釋在異構(gòu)設(shè)備產(chǎn)生的本體和數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建動態(tài)在協(xié)同開發(fā)實踐中，指導(dǎo)人員介紹在推理能力開在開發(fā)實踐中，解釋映射接口，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程解釋本體生存周期、互操作生存周期和物聯(lián)網(wǎng)系GB/T41782.3—XXXXApacheJena是Apache軟件公司一個產(chǎn)品的商品名稱。給出這些信息是為了方便本文件的使用，并不意GB/T41782.3—XXXX（資料性）關(guān)于如何開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)語義互操作性的指導(dǎo)B.1開發(fā)語義互操作性能力如果某個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不具備必要的語義互操作能力，那就需要進(jìn)行開發(fā)。這一開發(fā)是由希望實現(xiàn)互操作的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師驅(qū)動的，通常與本體工程師合作完成，并且可使用本體工程支持工具。在開發(fā)互操作能力時，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師可以處于不同的位置，這取決于他/她是為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商那里工作（作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)者還是作為一個希望通過使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備成品構(gòu)建和部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組織中的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成人員。二者都有意愿創(chuàng)建可互操作的系統(tǒng)。作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)者的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師有更多的自主權(quán)來影響設(shè)備的工作方式。因此，有可能通過改變設(shè)備的屬性以匹配公共本體，或者開發(fā)一個開發(fā)者特有的本體（或本體中的缺失部分）以匹配設(shè)備的能力。作為系統(tǒng)集成人員的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師最關(guān)注的是為他/她構(gòu)建的系統(tǒng)選擇合適的設(shè)備。這些設(shè)備往往來自多個供應(yīng)商，物聯(lián)網(wǎng)工程師依賴于語義互操作能力來提供互操作性。如果物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商提供語義互操作能力（例如，本體那它們可以被所有使用這些設(shè)備的不同物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成人員（客戶）使用。然而，如果某個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的語義互操作能力不能從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商那里獲得，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成人員仍然希望通過與本體工程師合作去開發(fā)缺失的本體（或者缺失的本體條目），以使用本體方法去實現(xiàn)語義互操作。在這一場景下，除非開發(fā)的本體條目被貢獻(xiàn)給一個公共本體，否則開發(fā)工作將由每個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成人員單獨進(jìn)行。B.2創(chuàng)建步驟表B.1提供了一個例子，可供主要利益相關(guān)者（物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師）用以構(gòu)建語義互操作。它也適用于次要利益相關(guān)者；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成方，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)者，系統(tǒng)集成方。表B.1中的步驟可以被看作是在開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)語義互操作時如何使用本文件的指南。表B.1物聯(lián)網(wǎng)語義互操作性的構(gòu)建步驟）？）？）？開始測試。階段一檢查雙方的合法身份（例如，使GB/T41782.3—XXXXGB/T41782.3—XXXX（資料性）物聯(lián)網(wǎng)語義互操作生存周期管理指南C.1支持本體的互操作規(guī)范化生存周期表C.1描述了一個基于本體的互操作規(guī)范化生存周期。表C.1互操作規(guī)范化生存周期示例——如果需要，使用諸如[28]、[29]等教程熟悉本體）；——確定現(xiàn)有的本體能否被復(fù)用或者擴(kuò)展?？梢允褂弥T如LOV4I）；——建立領(lǐng)域和本體專家的合作方案以構(gòu)建本體的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容系）；C.2支持互操作的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生存周期表C.2描述了一個支持互操作的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生存周期。GB/T41782.3—XXXX表C.2物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生存周期示例GB/T41782.3—XXXX（資料性）物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)的本體規(guī)范D.1普遍性ISO/IEC30141標(biāo)準(zhǔn)[1]以定義物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)特性及架構(gòu)視圖的方式指定了通用的物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)。附錄D提供了參考架構(gòu)的本體規(guī)范。本體規(guī)范用Web本體語言（OWL）編寫[12],并在OWL本體（VOWL）的可視化表示法中進(jìn)行了描述[36]。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)交換包括物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)件參考的信息時需要ISO/IEC30141本體，例如在傳感器和應(yīng)用程序發(fā)現(xiàn)階段。ISO/IEC30141標(biāo)準(zhǔn)確保了本體使用標(biāo)準(zhǔn)化的概念。這一點很重要，因為不同的本體可以使用同名的概念。例如，SSN本體論[16]定義了“設(shè)備”的概念。同樣，OWL-S本體論[20]定義了“服務(wù)”的概念。如果這些本體與物聯(lián)網(wǎng)RA（IoTRA）本體同時使用，那么應(yīng)該確定這些概念是否具有相同的含義。D.2服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)服務(wù)是一個抽象的概念。服務(wù)由一個或多個組件實現(xiàn)。同一個服務(wù)可以有多個備選實現(xiàn)。通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互的實體通過在網(wǎng)絡(luò)上公開一個或多個端點來實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)連接端點。服務(wù)公開一個或多個端點，通過這些端點可以調(diào)用服務(wù)。端點具有一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口。端點可以通過通信網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)接口訪問位于遠(yuǎn)程的服務(wù)。端點存在于一個或多個網(wǎng)絡(luò)上。與服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可以保存在由一個或多個實體使用的數(shù)據(jù)存儲中。圖D.1和圖D.2描述了與服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)相關(guān)的整體物聯(lián)網(wǎng)實體。圖D.1物聯(lián)網(wǎng)實體GB/T41782.3—XXXX圖D.2服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)D.3物聯(lián)網(wǎng)用戶物聯(lián)網(wǎng)用戶可以是人類（人類用戶）或數(shù)字（數(shù)字用戶）。數(shù)字用戶包括代表人類用戶的自動化服務(wù)，例如機(jī)器對機(jī)器交互。數(shù)字用戶通過服務(wù)端點直接或間接地與一個或多個服務(wù)交互。人類用戶通過一個或多個應(yīng)用程序進(jìn)行交互。圖D.3將物聯(lián)網(wǎng)用戶描述為人類用戶和數(shù)字用戶的超類。圖D.3物聯(lián)網(wǎng)用戶D.4虛擬實體、物理實體和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備執(zhí)行器和傳感器是與物理實體有直接或間接接觸的物聯(lián)網(wǎng)裝置。執(zhí)行器對接收到的數(shù)字信息進(jìn)行操作以作用于（改變）物理實體的某些屬性。傳感器感知物理實體的某些特性，并將其轉(zhuǎn)換為可通信的數(shù)字表示。一個物理實體可以有一個或多個標(biāo)簽，傳感器可以監(jiān)視標(biāo)簽，而不是物理實體本身。執(zhí)行器和傳感器是兩種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，它們將一個物理量的變化定量地轉(zhuǎn)換為另一個物理量的變化。單個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以在單個設(shè)備中容納多個傳感器。圖D.4說明了虛擬實體、物理實體和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的關(guān)系。GB/T41782.3—XXXX圖D.4虛擬實體、物理實體和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備D.5基于域的參考模型通過允許邏輯（有時是物理）細(xì)分，域幫助設(shè)計人員專注于需要執(zhí)行的各種任務(wù)。域主要用于對責(zé)任領(lǐng)域中的功能進(jìn)行排序，這些領(lǐng)域（功能領(lǐng)域）通常被部署在單獨的子系統(tǒng)中。確定的域是:用戶域、運營和管理領(lǐng)域、應(yīng)用和服務(wù)域、資源訪問和交換域、感知和控制域以及物理實體域。每個確定的域與所有其他域互斥。圖D.5給出了基于實體的參考模型和基于域的參考模型之間的關(guān)系。從不同的視角來看，每個領(lǐng)域都有不同種類的實體。圖D.5基于域的參考模型GB/T41782.3—XXXX（資料性）相關(guān)的現(xiàn)有本體論E.1W3C語義傳感器網(wǎng)絡(luò)本體論萬維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)工作組（WG）開發(fā)了SSN本體論[16]，它為描述傳感器及其觀測結(jié)果、所涉及的程序、所研究的感興趣的特征、涉及的樣本和所觀測的屬性，以及執(zhí)行器提供了高級模式。SSN通過為其基本類和屬性包括一個輕量級但獨立的被稱為SOSA（傳感器、觀測、樣本和執(zhí)行器）的核心本體遵循水平和垂直的模塊化架構(gòu)。SSN本體論圍繞系統(tǒng)、過程和觀測的概念。它支持對傳感器的物理和處理結(jié)構(gòu)的描述。傳感器并不局限于物理傳感設(shè)備：：更準(zhǔn)確地說，傳感器可以是任何可以估計或計算一個現(xiàn)象的值的對象。因此一個設(shè)備或計算過程或其組合亦可以扮演傳感器的角色。傳感器在本體中的表示方法將其測量的對象（環(huán)境域現(xiàn)象），物理傳感器（設(shè)備）和其功能與處理過程（模型）連接在一起。SSN本體論圍繞著“刺激-傳感器-觀測”模式。在這里，刺激是物理世界中可探測的變化。傳感器是執(zhí)行觀測操作的物理對象。此外，觀測操作作為傳入的刺激物、傳感器和傳感器的輸出之間的紐帶。SSN本體有多個根據(jù)上述模式建立的以覆蓋關(guān)鍵的傳感器概念的概念模塊。E.2IoT-LiteIoT-Lite本體論[37]可以代表物聯(lián)網(wǎng)（IoT）資源、實體和服務(wù)。此外，IoT-Lite本體,作為SSN本體的一個輕量級的實例，可以描述關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)概念，使異構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的互操作和發(fā)現(xiàn)。IoT-Lite本體論將物聯(lián)網(wǎng)概念描述為三類：系統(tǒng)、資源和服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可分為三類：傳感設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備和標(biāo)簽設(shè)備，雖然不僅限于此。IoT-Lite本體論主要集中在傳感方面，盡管它有一個關(guān)于執(zhí)行的高級概念，允許未來在這一領(lǐng)域進(jìn)行任何擴(kuò)展。服務(wù)被描述為一個覆蓋范圍。這個覆蓋范圍表示物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所覆蓋的二維空間[37]。E.3開放連接基礎(chǔ)（OCF）本體論OCF架構(gòu)[38]描述了一個客戶端-服務(wù)器架構(gòu)，如圖E.1所述。架構(gòu)的服務(wù)器端由物理傳感器和執(zhí)行器組成。OCF建立在RESTful概念之上，即其使用以下一組通用操作來驅(qū)動：新增（CREATE）、檢索（RETRIEVE）、更新（UPDATE）、刪除（DELETE）以及通知（NOTIFY），即CRUDN。GB/T41782.3—XXXX圖E.1架構(gòu)-概念該架構(gòu)概念上被分為三個主要方面對關(guān)鍵點進(jìn)行了整體分類：資源模型、RESTful操作，以及抽象。當(dāng)兩個設(shè)備相互通信時，設(shè)備中的每個功能模塊都與對方設(shè)備中對應(yīng)的功能塊進(jìn)行交互，如圖E.2所示。圖E.2通信層模型垂直域由資源模型描述。資源模型由RESTfulAPI設(shè)計語言O(shè)penAPI2.0（swagger）描述。資源建模建立在一個OCF設(shè)備承載資源這一架構(gòu)的概念上。每個OCF設(shè)備都有一個設(shè)備類型（例如，冰箱，oic.d.冰箱）。與每個設(shè)備類型都關(guān)聯(lián)一個由該設(shè)備類型來實現(xiàn)的最小的強(qiáng)制資源集，。額外的資源可以有選擇地被實現(xiàn)。以下是一些已有的不同類型的資源：——描述OCF架構(gòu)所需的資源，包括安全所需的資源；——描述傳感器的資源；——描述執(zhí)行器的資源；GB/T41782.3—XXXX——描述傳感器和執(zhí)行器的配置相關(guān)的資源；——描述服務(wù)使能概念的資源，如集合（Collection）、場景（Scenes）和規(guī)則（Rules）。傳遞值的資源描述的表述方式是與資源是否被建模為傳感器或執(zhí)行器無關(guān)的。資源是對設(shè)備上的物理實現(xiàn)的虛擬描述。在此意義上，該架構(gòu)遵循圖E.1。資源建模和OCF框架的分離也意味著資源模型的開發(fā)與架構(gòu)的解耦。為了幫助數(shù)據(jù)模型的開發(fā)，開放互聯(lián)基金會創(chuàng)建了一個名為oneIoTa（www.oneIoT）的工具，如圖E.3所示。oneIoTa工具是一個集成開發(fā)環(huán)境（IDE），支持?jǐn)?shù)據(jù)模型的開發(fā)，并有一個數(shù)據(jù)模型的接受和發(fā)布的集成過程。oneIoTa工具亦支持衍生模型。衍生模型是一種描述OCF模型和其他生態(tài)系統(tǒng)的模型之間的轉(zhuǎn)譯的機(jī)制。這種衍生模型的一個例子是OCF和ZigbeeTM1模型之間的轉(zhuǎn)譯。圖E.4描述了OCF本體論。所有的OCF服務(wù)器和客戶端都是OCFDevic的實例。本體還描述了簡單和復(fù)雜的資源，即那些包括CollectionInterface和OCFLink的實例。CRUDN操作在方法定義中表示，由OCFResource暴露，并由OCFInterfaceType定義。設(shè)備的表示由OCFProperty值提供。GB/T41782.3—XXXX——C:一個UML類，代表由資源實現(xiàn)的實體；——E:一個UML枚舉，代表一個類型或方法可能采用的一組值。圖E.4OCF本體論GB/T41782.3—XXXXE.4ETSI智能應(yīng)用參考本體智能應(yīng)用參考本體（SmartApplicationREFerenceontology,SAREF）[40]是由ETSISmartM2MTC開發(fā)的，旨在實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）不同提供商和各種活動領(lǐng)域解決方案之間的互操作性，從而促進(jìn)全球數(shù)字市場的發(fā)展。SAREF是智能應(yīng)用的參考本體，包含在多個領(lǐng)域中重復(fù)使用的概念。為了能夠處理這些附加概念并為不同領(lǐng)域提供反映該領(lǐng)域特定需求的適當(dāng)本體，SAREF的擴(kuò)展被創(chuàng)建。圖E.5顯示了SAREF核心模型為基礎(chǔ)，在不同領(lǐng)域創(chuàng)建的擴(kuò)展。包括：能源、環(huán)境、建筑、農(nóng)業(yè)、工業(yè)與制造、智慧城市、汽車、電子健康和老年人健康、可穿戴設(shè)備和水域。SAREF本體托管在SAREF本體門戶網(wǎng)站[41]中，這是一個公共門戶網(wǎng)站，使用戶可以瀏覽SAREF本體和其擴(kuò)展的不同版本，并與之交互，為本體的持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。圖E.5SAREF及其擴(kuò)展SAREF聚焦設(shè)備的概念和設(shè)備所進(jìn)行的測量。這些測量可以與關(guān)注的不同屬性或特征相關(guān)聯(lián)。本體提供了一個可以視為構(gòu)建塊的基本功能列表，以便在單個設(shè)備中組合更復(fù)雜的功能。當(dāng)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)時，將提供一個用于表示一個或多個功能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使它們能夠被網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備發(fā)現(xiàn)、注冊和遠(yuǎn)程控制。圖E.6概述了SAREF的主要類及其關(guān)系。saref：hasstatesaref:servicesaref:commandsaref：actsuponGB/T41782.3—XXXXsaref：hasstatesaref:servicesaref:commandsaref：actsuponsaref:isAboutsarefhaspropertysaref:proiesaref:propertysaref:proiesaref:propertysaref：issaref：ispropertyofsaref:relatesTMeasurementsaref:relatesTMeasurementsaref:commoditysaref:iscontrolledsaref:commoditysaref:hasMeasurementBYDevicesaref:hasMeasurementsaref:measurespropertysaref:haspriIesaref:isusedForsaref:haspriIesaref:isusedForsaref:relatesTsaref:DeviceMadBYsarefamplshessarefmeaurementprpertysaref:DeviceMadBYsaref:Tasksaref:MeasurementAccompishedBYSarefmakesMeasurementsarefisMeasurementfsaref:offerssaref:isMeasuredlnsaref:unitofMeasuresarefisofferedBYsaref:hasFunctionsaref:Functionsaref:hascommandsaref:iscommandofsaref:state圖E.6SAREF本體論總覽E.5oneM2M基礎(chǔ)本體在oneM2M中，本體及其OWL表示用于提供oneM2M系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的語法和語義互操作性。這些外部系統(tǒng)將由本體進(jìn)行描述。如[42]所述，oneM2M中指定的唯一本體是oneM2M基礎(chǔ)本體。oneM2M基礎(chǔ)本體是最小的本體（即要求的約定數(shù)量最少），以便其他本體可以映射到oneM2M中。語法互操作性允許與非oneM2M設(shè)備進(jìn)行交互，例如在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中。在這種情況下，一個包含區(qū)域網(wǎng)絡(luò)特定類型的通信參數(shù)（操作名稱、輸入/輸出參數(shù)、類型和結(jié)構(gòu)等）的本體（表示為OWL文件）被用于將互通代理實體配置到oneM2M的解決方案中。外部組織和公司將貢獻(xiàn)自己的本體，這些本體可以映射到oneM2M基礎(chǔ)本體（例如通過子類、等價等方式）。然后，他們使用其數(shù)據(jù)的含義或目的信息來補充oneM2M數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^將來自外部組織的本體映射到oneM2M基礎(chǔ)本體（可能在協(xié)調(diào)本體的幫助下可以實現(xiàn)語義互操作。E.6傳感器模型語言（SensorML）傳感器模型語言（SensorModelLanguage，SensorML）[43]的主要關(guān)注點是提供一種強(qiáng)大且語義相關(guān)的方法，用于定義與觀測值的測量和后處理轉(zhuǎn)換相關(guān)的過程和處理組件。這包括傳感器和執(zhí)行器以及應(yīng)用于測量前和測量后的計算過程。主要目標(biāo)是實現(xiàn)互操作性，首先是在語法層面，然后是在語義層面（通過使用本體和語義協(xié)調(diào)這樣傳感器和過程可以被機(jī)器更好地理解，在復(fù)雜的工作流程中自動利用，并在智能傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間輕松共享。傳感器語言模型標(biāo)準(zhǔn)是在OGC的傳感器網(wǎng)絡(luò)啟用（SensorWebEnablement，SWE）活動下產(chǎn)生的幾個實施標(biāo)準(zhǔn)之一。GB/T41782.3—XXXXIoT-O[44]是一個核心領(lǐng)域的模塊化物聯(lián)網(wǎng)本體，提供了描述連接設(shè)備及其與環(huán)境的關(guān)系的詞匯表。IoT-O可以語義化地描述設(shè)備和數(shù)據(jù)，以使系統(tǒng)了解其環(huán)境、演變以及可能給環(huán)境帶來的變化。這樣的描述允許智能代理通過連接的傳感器感知其環(huán)境，并基于此通過連接的執(zhí)行器轉(zhuǎn)換其環(huán)境。IoT-O由多個模塊組成。為了在廣泛的領(lǐng)域中重復(fù)使用，IoT-O包含一組關(guān)鍵概念，以便于合并不同領(lǐng)域收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行水平應(yīng)用，并允許本體成為可擴(kuò)展的核心領(lǐng)域本體。IoT-O的關(guān)鍵概念如下：——感知模塊描述輸入數(shù)據(jù)。該模塊的主要類來自SSN:ssn：Sensor和ssn：Observation。ssn：Device及其特征（ssn：OperatingRange、ssn：Deployment等）提供了通用的設(shè)備描述?！獔?zhí)行模塊描述系統(tǒng)如何與物理世界交互。其主要類來自SAN：san：Actuator和san：Actuation。它還重用了不僅限于感知的SSN類，例如ssn：Device?！嬷芷谀K對用來指定系統(tǒng)生存周期和設(shè)備使用的狀態(tài)機(jī)進(jìn)行了建模。該模塊的主要類是lifecyle:State和lifecycle:Transition?！?wù)模塊表示W(wǎng)eb服務(wù)接口。其主要類來自MSM：msm:Service和msm:Operation。服務(wù)生成和消耗msm:Messages，并且可以用hRest描述RESTful服務(wù)?！茉茨K：IoT-O的能源模塊由PowerOnt定義。它提供了poweront:PowerConsumption和一組屬性，以表示電器的功耗特性?！鳛楹诵念I(lǐng)域本體，IoT-O旨在根據(jù)特定的應(yīng)用需求和實際設(shè)備和服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展。受SSN啟發(fā)，這種設(shè)計使IoT-O獨立于應(yīng)用程序。IoT-O既是本體的名稱，也是頂級模塊的名稱。它獨立于應(yīng)用程序提供了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的概念化，這提供了類和關(guān)系以連接底層模塊。由于許多概念已在模塊中定義，因此IoT-O的核心本體僅限于14個類、18個對象屬性和4個數(shù)據(jù)屬性。IoT-O的關(guān)鍵類是iot-o:IoT_Thing，它可以是ssn:Device或iot-o:SoftwareAgent。Ssn:Devices的功耗與lifecycle:State和poweront:PowerConsumption相關(guān)聯(lián)。iot-o:IoT_Thing是msm:Service的提供者，msm:Operation可以在ssn:Property上具有opt-o:ImpactOnProperty，通過設(shè)備將抽象服務(wù)與物理世界聯(lián)系起來。E.8IoT本體的統(tǒng)一方法FIESTA-IoT本體[45]，[46]是一個物聯(lián)網(wǎng)本體網(wǎng)絡(luò)，提供了一個遵循最佳實踐的統(tǒng)一語義模型。FIESTA-IoT本體合并了來自各種本體的概念，例如IoT-Lite、M3-lite分類法、W3CSSN?！獧C(jī)器間測量(machine-to-machinemeasurement，M3)本體[47]已經(jīng)在M3-lite（http:liotlvocab/m3-lite#）內(nèi)得到完善，并與其他物聯(lián)網(wǎng)本體（例如W3CSSN）集成。M3本體引用了30多個傳感器、測量值、單位和約10個領(lǐng)域。M3本體聚焦于W3CSSN本體中描述傳感器和觀測值以及相關(guān)概念的ssn:ObservationValue概念。M3-lite分類法是M3本體的精簡版本。M3-lite包含各種數(shù)量種類（通常稱為物理和環(huán)境現(xiàn)象）的分類、測量單位、不同類型的傳感器和不同類型的興趣領(lǐng)域。——IoT-Lite在E.2中介紹?！猈3CSSN也在E.1中進(jìn)行了介紹。FIESTA-IoT本體被分為兩個部分：資源描述和產(chǎn)生的觀測。所有概念都與資源描述和觀測相關(guān)聯(lián)。使用這些信息，測試平臺可以將其數(shù)據(jù)注釋為符合FIESTA-IoT的要求，而開發(fā)的注釋器可以實現(xiàn)FIESTA-IoT認(rèn)證。文檔提供了資源圖和觀測圖的注釋示例作為教程。M3-lite已經(jīng)形成五個試驗平臺，這些試驗臺希望成為FlESTAloT提供的聯(lián)盟的一部分。有關(guān)上述測試平臺以及已加入FIESTA-IoT的測試平臺的更多信息，請訪問：http：//fiesta-iot.eu/index.php/fiesta-testbeds。GB/T41782.3—XXXX此外，以上的本體需盡可能遵循語義網(wǎng)絡(luò)的最佳實踐（例如，在本體目錄上被引用，復(fù)用現(xiàn)有GB/T41782.3—XXXX參考文獻(xiàn)[1]ISO/IEC30141，InternetofThings(loT)-ReferenceArchitecture[2]MartinBaueretal.TowardssemanticinteroperabilitystandardsbasedonontologiesAlOTIwhitepaper.June2019[3]ETSITS103264V2.1.1,SmartM2M;Smartappliances;ReferenceontologyandOneM2Mmapping.2017./deliver/etsits/103200103299/103264/02.01.0160/ts103264v020101p.pdf[4]ISO/IEC29100:2011,Informationtechnology-Securitytechniques-Privacyframework[5]MatthiasWeise,MariaPoveda-Villalon,MariCarmenSuarez-Figueroa,RaulGarciaCastro,JeromeEuzenat,LuzPriego,BrunoFies,AndreaCavalaro,janPeters-Anders<leopatraTsagkari.Ontologiesanddatasetsforenergymanagementsysteminteroperability(2014).Researchgate[6]ETSITS103410-4V1.1.1,SmartM2M:ExtensiontoSAREF:Part4:SmartCitiesDomain.2019./deliver/etsits/103400103499/10341004/01.01.0160/ts10341004v010101p.pdf[7]ETSITS103410-5V1.11,SmartM2M:ExtensiontoSAREF:Part5:IndustryandManufacturingDomains.2019./deliver/etsits/103400103499/10341005/01.01.0160/ts10341005v010101p.pdf[8]ETSITS103410-6V1.1.1,SmartM2M;ExtensiontoSAREF;Part6:SmartAgricultureandFoodChainDomain.2019.https://www.etsiorg/deliver/etsits/103400103499/10341006/01.01.0160/ts10341006v010101p.pdf[9]LinkedOpenVocabulariesforlnternetofThings(LOV4loT)./[10]RDFPrimer.W3CRecommendation./TR/rdf-primer/[11]RDFSchema.W3CRecommendation./TR/rdf-schemal[12]WebOntologyLanguage(OWL).W3C./oWL/[13]SPARQL1.1QueryLanguage.W3CRecommendation/TR/spargl11-query/[14]SemanticWeb-XML2000,slide10.W3C./2000/Talks/1206-xml2k.tbl/slide10-0.html[15]JSON-LD11.AJSON-basedSerializationforLinkedData.W3CRecommendation16July2020./TR/ison-ld/[16]SemanticSensorNetwor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