La Web de sensores semánticos ( SSW ) es una combinación de las tecnologías de la Web de sensores y la Web semántica . La codificación de las descripciones de los sensores y de los datos de observación de los sensores con lenguajes de la Web semántica permite una representación más expresiva, un acceso avanzado y un análisis formal de los recursos de los sensores. La SSW anota los datos de los sensores con metadatos semánticos espaciales, temporales y temáticos. Esta técnica se basa en los esfuerzos de estandarización actuales dentro de la Habilitación de la Web de sensores (SWE) del Consorcio Geoespacial Abierto [1] [2] y los amplía con tecnologías de la Web semántica para proporcionar descripciones mejoradas y acceso a los datos de los sensores. [3]
Las ontologías y otras tecnologías semánticas pueden ser tecnologías habilitadoras clave para las redes de sensores porque mejorarán la interoperabilidad y la integración semánticas, así como facilitarán el razonamiento, la clasificación y otros tipos de garantía y automatización no incluidos en los estándares del Open Geospatial Consortium (OGC). Una red de sensores semánticos permitirá que la red, sus sensores y los datos resultantes se organicen, instalen y gestionen, consulten, comprendan y controlen a través de especificaciones de alto nivel. Las ontologías para sensores proporcionan un marco para describir sensores. Estas ontologías permiten la clasificación y el razonamiento sobre las capacidades y mediciones de los sensores, la procedencia de las mediciones y pueden permitir el razonamiento sobre sensores individuales, así como el razonamiento sobre la conexión de una serie de sensores como un macroinstrumento. Las ontologías de sensores, hasta cierto punto, reflejan los estándares OGC y, dadas las ontologías que pueden codificar descripciones de sensores, comprender cómo mapear entre las ontologías y los modelos OGC es una consideración importante. La anotación semántica de las descripciones de sensores y los servicios que respaldan el intercambio de datos de sensores y la gestión de redes de sensores cumplirá una finalidad similar a la que persigue la anotación semántica de los servicios web. Esta investigación se lleva a cabo a través de la actividad del Grupo de incubación de redes de sensores semánticos (SSN-XG) del W3C.
El Consorcio de la World Wide Web (W3C) inició el Grupo de Incubación de Redes de Sensores Semánticos (SSN-XG) para desarrollar la ontología de Redes de Sensores Semánticos (SSN), destinada a modelar dispositivos, sistemas, procesos y observaciones de sensores. El Grupo de Incubación luego pasó a ser el Grupo Comunitario de Redes de Sensores Semánticos. Luego fue retomado en el Grupo de Trabajo de Datos Espaciales en la Web conjunto de OGC y W3C y publicado como una Recomendación de W3C. [4]
La ontología de la red semántica de sensores (SSN) permite la representación expresiva de las observaciones, el muestreo y la actuación de los sensores. La ontología SSN está codificada en el lenguaje de ontología web (OWL2). Varios proyectos la han utilizado para mejorar la gestión de los datos de los sensores en la Web, lo que implica anotaciones, integración, publicación y búsqueda. [5]
Los sensores de todo el mundo recopilan actualmente avalanchas de datos sobre el mundo. El rápido desarrollo y despliegue de la tecnología de sensores está intensificando el problema existente de demasiados datos y poco conocimiento [1]. Con el fin de aliviar este exceso, los datos de los sensores se pueden anotar con metadatos semánticos para aumentar la interoperabilidad entre redes de sensores heterogéneas, así como para proporcionar información contextual esencial para el conocimiento de la situación . Las técnicas de la web semántica pueden ayudar en gran medida con el problema de la integración y el descubrimiento de datos, ya que ayudan a mapear entre diferentes esquemas de metadatos de una manera estructurada.
Las tecnologías de la Web de sensores semánticos (SSW) se utilizan en campos como la agricultura , la gestión de desastres , [6] la gestión de edificios y la gestión de laboratorios .
El monitoreo de diversos atributos ambientales es fundamental para el crecimiento de las plantas . Los atributos ambientales que son críticos para los cultivadores son principalmente la temperatura , la humedad, el pH , la conductividad eléctrica (CE) y más. El monitoreo en tiempo real además de la configuración de alertas para los sensores mencionados nunca fue posible. Con la creación de SSW, los cultivadores ahora pueden rastrear las condiciones de crecimiento de sus plantas en tiempo real. [7]
Un ejemplo de este avance en la agricultura mediante la utilización de SSW es la investigación realizada en 2008 en granjas australianas donde se monitorizaron la temperatura, la humedad, la presión barométrica , la velocidad del viento, la dirección del viento y las precipitaciones utilizando la metodología SSW. La arquitectura de este proyecto de investigación consta de necesidades de integración personal, web semántica y más, además de la integración de datos semánticos , es decir, donde los datos se centralizan para hacer que las tecnologías de la web semántica de sensores sean significativas y útiles. [8]
La gestión de edificios puede ser bastante sofisticada, ya que el coste de reparar los daños es significativamente mayor que el de contar con herramientas de control adecuadas para evitar que se produzcan daños. SSW permite recibir notificaciones sobre fugas de agua, controlar la temperatura del apartamento a través de un teléfono inteligente y mucho más.
La gestión de pruebas de laboratorio puede ser todo un reto, especialmente si las pruebas se llevan a cabo durante un largo periodo de tiempo, en múltiples ubicaciones o en infraestructuras donde se realizan muchas pruebas. Estas pruebas incluyen pruebas de fluencia para un material, pruebas de reacción de una determinada sustancia química o pruebas de transmisión inalámbrica de un circuito. Los avances en SSW permiten el seguimiento en tiempo real de las variables de laboratorio a través de sensores. Estos sensores pueden tener en cuenta más de un factor antes de emitir una alerta. [9] Por ejemplo, una alerta puede activarse cuando tanto la presión como la temperatura superan un determinado límite, o una alerta puede activarse cuando la presión en un edificio baja, pero la presión en otro edificio permanece igual.
La estandarización es un proceso largo y difícil, ya que los actores en un campo que tienen soluciones existentes verían cualquier estandarización como un costo adicional a sus actividades. Open Geospatial Consortium (OGC), una organización internacional de estándares de consenso voluntario que se fundó en 1994, está haciendo esfuerzos para mejorar y acelerar el crecimiento de la comunidad SSW y estandarizar la información de los sensores en la web. [10] La mayoría de los estándares OGC dependen de una arquitectura generalizada que se captura colectivamente en un conjunto de documentos . El objetivo de OGC es proporcionar mejoras en la descripción y el significado de los datos de los sensores. Además, OGC ha habilitado la comunicación Sensor Web. OGC está a cargo de crear estándares geoespaciales abiertos . Además, OCG cuenta con el apoyo de socios de la industria , el gobierno y el mundo académico para permitir la fácil creación de tecnologías de geoprocesamiento conocidas como "plug and play".
Los desafíos actuales en el campo de SSW incluyen una falta de estandarización, que ralentiza la tasa de crecimiento de los sensores creados para medir cosas. Para que la red semántica de sensores sea significativa, los lenguajes, las etiquetas y los rótulos en las distintas aplicaciones, desarrollados por distintos desarrolladores, deben ser los mismos. Lamentablemente, debido al desarrollo disperso de distintas arquitecturas, dicha estandarización no es posible. Este problema se denomina vastedad.
También existe el problema de la inconsistencia, de modo que al cambiar la arquitectura de una solución existente, la lógica del sistema ya no se mantiene. Para resolver este problema, se necesita una gran cantidad de recursos (dependiendo del tamaño y la complejidad del sistema). Por ejemplo, muchos sistemas existentes utilizan doce bits para transferir datos de temperatura a una computadora local . Sin embargo, en un SSW 16 bits de datos son aceptables. Esta inconsistencia da como resultado un mayor tráfico de datos sin una mejora adicional en la precisión. Para que el sistema antiguo mejore, es necesario asignar bits adicionales y cambiar los requisitos del búfer, lo que es costoso. Suponiendo que los recursos necesarios para cumplir con el requisito de etiqueta estén disponibles, aún existe la existencia de datos innecesarios que requieren espacio de almacenamiento adicional además de crear confusión para otros miembros del SSW. La única solución restante es cambiar los requisitos de hardware , lo que requiere una gran cantidad de recursos.