L’any 1999, Kevin Ashton va encunyar el terme ‘Internet de les Coses’ (Internet of Things – IoT). Ho va fer parlant sobre el RFID (Radio-Frequency IDentification) com a exemple. I ho va definir tal que així:
– “Una ‘Cosa’ és, en aquest context, un objecte físic que té com a objectiu connectar i intercanviar informació amb altres dispositius via Internet.”
En l’actualitat, hi ha més de 10 bilions de dispositius IoT comunicant dades de forma periòdica, heterogènia i globalitzada [1]. De fet, segons [2] es tracta a l’IoT com a un dels esdeveniments més importants del segle XXI.
En gran part, un dispositiu IoT és un sensor intel·ligent connectat a Internet. Aquests s’utilitzen, en part, com a dispositius personals, portàtils o rastrejadors de salut, però també són clau per a l’èxit d’aplicacions industrials com ‘Industry 4.0′ o ‘Smart Industry’, ‘Connected Cars’, ‘Smart Cities’, ‘Smart Energy’ o ‘Healthcare’ [3]. En aquests temps, gairebé tots els entorns industrials depenen, en algun punt, de l’IoT.
Els dispositius i sistemes IoT estan pensats per recollir i processar dades fins i tot dels llocs menys esperats. La seva expansió està permetent operar sensors en una àmplia gamma d’aplicacions: gestió energètica, mobilitat, fabricació, ciutats intel·ligents, dispositius intel·ligents a la llar o inclús d’assistència sanitària. En aquest últim, on hi ha necessitat de serveis capaços de controlar l’estat mèdic d’un pacient; o a l’anterior, en l’ús privat a casa, per exemple, per controlar la seguretat de la llar.
L’objectiu d’un dispositiu IoT és el d’obtenir informació sobre un element del món físic. Aquest dispositiu té l’habilitat de comunicar-se amb el seu entorn pel qual ha estat dissenyat, com a mínim. Però què passa quan l’objectiu és interconnectar diferents dispositius de diferents empreses en un mateix entorn?
A la Figura 1 s’observa com hi ha tres companyies diferents. Cadascuna de les quals utilitza un format diferent de dades per enviar informació. Transmetent informació al núvol, de forma periòdica, però sense tenir una mateixa periodicitat. Aquest escenari és molt comú: es tracta d’un escenari totalment heterogeni quant a format i periodicitat de les dades. I per al cas d’ús indicat en aquesta mateixa fotografia, funciona.
En aquest mateix context, com s’observa a la Figura 2, apareix una ‘Companyia 4’. Aquesta vol connectar-se alhora als tres núvols IoT de les companyies anteriors. Es trobarà amb 3 formats diferents de dades, ja que cada companyia empra un format en concret, diferent de qualsevol altre. És a dir, aquesta companyia, per al seu cas d’ús, haurà de compatibilitzar el sistema amb els 3 formats de dades de les altres, sumat amb el seu propi. Tot això dificulta el fet de compartir informació entre diferents entorns, generant més treball a fer que el del mateix cas d’ús a realitzar.
La problemàtica amb la qual ens trobem, és la de proveir informació d’una forma genèrica i que alhora pugui aplicar a diferents dominis. Així llavors, una de les possibles solucions és l’homogeneïtzació de les dades i formats d’informació, en altres paraules, generar un vocabulari comú.
Per homogeneïtzar el màxim possible el contingut de les dades i la forma en les que aquests s’estan comunicant s’ha d’abstraure la sintaxi particular i el format de dades utilitzats als diferents dispositius. També proveir un vocabulari comú per al domini en el qual s’està desenvolupant. Aquest concepte de vocabulari, s’anomena semàntica.
Fent ús de semàntiques o ontologies s’aconsegueix, entre d’altres [4]:
- Compartir una comprensió comuna de l’estructura de la informació entre els agents software.
- Permet la reutilització del coneixement del domini.
- Els supòsits de domini es fan explícits.
Existeixen diverses ontologies, semàntiques o estàndards en l’actualitat, que es poden apropar a les necessitats de cada cas d’ús o domini. Però si ens enfoquem a l’Internet de les Coses, el que trobem són un ventall més reduït. A continuació s’enumeren algunes de les més conegudes:
Estàndards:
- Observations and Measurements (O&M): Defineix un XML Schema i models per a observacions i propietats extrets a partir de lectures de sensors.
- Sensor Model Language (SensorML): Proporciona una semàntica per a definir les característiques i les propietats de sensors i actuadors.
- Sensor Observation Service (SOS): Proporciona un servei web per a consultar i manipular observacions i sensors.
Semàntiques/Ontologies:
- SSN/SOSA Ontology [5]: Ontologia per a utilitzar quan hi ha la necessitat d’ajuntar vocabularis de IoT amb la Semantic Web i Linked Data. Desenvolupada per Semantic Sensor Network Incubator Group (SSN-XG). Reconeguda des del 2017 pel World Wide Web Consortium (W3C). A la Figura 3 s’observa la vista general de les classes des de la perspectiva de l’observació.
- M3 Ontology: Desenvolupada a partir de l’ontologia SSN. Extensió que afegeix raonament cross-domain Machine-To-Machine.
- IoT-Lite: Extensió de SSN. Com a objectiu té el de definir més conceptes a afegir al vocabulari.
- FIESTA-IoT: Té com a base les 3 anteriors, entre d’altres. I té com a objectiu millorar la interoperabilitat en general
Si s’està interessat en el tema i en saber més detalls, en el marc de la tesi doctoral i industrial que estic cursant, he realitzat (fins ara) dos papers que poden ser d’utilitat:
- Vila, M., Sancho, M.R., Teniente, E.: XYZ Monitor: IoT Monitoring of Infrastructures using Microservices. In: Service-Oriented Computing – ICSOC 2020 Workshops. pp. 472-484 (2021).
- Vila, M., Sancho, M.R., Teniente, E., Vilajosana, X.: Semantics for Connectivity Management in IoT Sensing. In: Conceptual Modeling – ER 2021. pp. 297-311 (2021).
I també podeu trobar més informació al meu perfil, en aquest mateix web de l’InLab: https://inlab.fib.upc.edu/ca/supervisio-basada-en-semantiques-de-les-infraestructures-iot-mitjancant-microserveis
Referències:
[1] Statista – IoT Connected Devices Worldwide: https://www.statista.com/statistics/1183457/iot-connected-devices-worldwide/
[2] SmartDataCollective – IoT Is The Most Important Development Of The 21st Century: https://www.smartdatacollective.com/iot-most-important-development-of-21st-century/
[3] Zanella, A., Bui, N., et al.: Internet of Things for Smart Cities. IEEE Internet of Things Journal 1(1), 22–32 (2014)
[4] Noy, N.F., McGuiness, D.L.: Ontology development 101: A guide to creating your first ontology. Tech. rep., Knowledge Systems – Stanford University (2001)
[5] Semantic Sensor Network Ontology – W3C Recommendation https://www.w3.org/TR/vocab-ssn/