La interoperabilidad semántica es la capacidad de los sistemas informáticos de intercambiar datos con un significado compartido e inequívoco. La interoperabilidad semántica es un requisito para permitir la lógica computable por máquina , la inferencia, el descubrimiento de conocimiento y la federación de datos entre sistemas de información . [1]
Por lo tanto, la interoperabilidad semántica no solo se ocupa del empaquetamiento de los datos ( sintaxis ), sino también de la transmisión simultánea del significado con los datos ( semántica ). Esto se logra añadiendo datos sobre los datos ( metadatos ), vinculando cada elemento de datos a un vocabulario compartido y controlado . El significado de los datos se transmite con los datos mismos, en un " paquete de información " autodescriptivo que es independiente de cualquier sistema de información. Es este vocabulario compartido, y sus vínculos asociados a una ontología , lo que proporciona la base y la capacidad de interpretación, inferencia y lógica de las máquinas.
La interoperabilidad sintáctica (ver más abajo) es un requisito previo para la interoperabilidad semántica. La interoperabilidad sintáctica se refiere a los mecanismos de empaquetado y transmisión de datos. En el ámbito de la atención sanitaria, HL7 se ha utilizado durante más de treinta años (antes de Internet y la tecnología web) y utiliza el carácter de barra vertical (|) como delimitador de datos. El estándar actual de Internet para el marcado de documentos es XML , que utiliza "< >" como delimitador de datos. Los delimitadores de datos no transmiten ningún significado a los datos, excepto para estructurarlos. Sin un diccionario de datos que traduzca el contenido de los delimitadores, los datos siguen sin tener sentido. Si bien existen muchos intentos de crear diccionarios de datos y modelos de información para asociarlos con estos mecanismos de empaquetado de datos, ninguno ha sido práctico de implementar. Esto solo ha perpetuado la "babelización" en curso de los datos y la incapacidad de intercambiar datos con significado.
Desde la introducción del concepto de Web Semántica por Tim Berners-Lee en 1999, [2] ha habido un creciente interés y aplicación de los estándares del W3C (Consorcio World Wide Web) para proporcionar capacidades de intercambio, federación e inferencia de datos semánticos a escala web.
La interoperabilidad sintáctica, proporcionada por ejemplo por los estándares XML o SQL , es un prerrequisito para la semántica. Implica un formato de datos común y un protocolo común para estructurar cualquier dato de modo que la manera de procesar la información sea interpretable a partir de la estructura. También permite la detección de errores sintácticos, lo que permite a los sistemas receptores solicitar el reenvío de cualquier mensaje que parezca confuso o incompleto. No es posible la comunicación semántica si la sintaxis es confusa o no puede representar los datos. Sin embargo, la información representada en una sintaxis puede, en algunos casos, traducirse con precisión a una sintaxis diferente. Cuando es posible la traducción precisa de sintaxis, los sistemas que utilizan sintaxis diferentes también pueden interoperar con precisión. En algunos casos, la capacidad de traducir con precisión la información entre sistemas que utilizan sintaxis diferentes puede estar limitada a una dirección, cuando los formalismos utilizados tienen diferentes niveles de expresividad (capacidad de expresar información).
En general, se considera imposible crear una única ontología que contenga representaciones de todos los términos utilizados en todas las aplicaciones, debido a la rápida creación de nuevos términos o la asignación de nuevos significados a términos antiguos. Sin embargo, aunque es imposible anticipar todos los conceptos que un usuario puede desear representar en una computadora, existe la posibilidad de encontrar un conjunto finito de representaciones de conceptos "primitivos" que se puedan combinar para crear cualquiera de los conceptos más específicos que los usuarios puedan necesitar para cualquier conjunto de aplicaciones u ontologías. Tener una ontología de base (también llamada ontología superior ) que contenga todos esos elementos primitivos proporcionaría una base sólida para la interoperabilidad semántica general y permitiría a los usuarios definir cualquier término nuevo que necesiten utilizando el inventario básico de elementos de ontología, y aún así hacer que esos términos recién definidos sean interpretados correctamente por cualquier otro sistema informático que pueda interpretar la ontología de base básica. Si el número de tales representaciones de conceptos primitivos es de hecho finito o se expandirá indefinidamente es una cuestión que se encuentra bajo investigación activa. Si es finito, entonces puede desarrollarse una ontología de base estable adecuada para soportar una interoperabilidad semántica precisa y general después de que una amplia variedad de usuarios haya probado y utilizado alguna ontología de base inicial. En la actualidad, ninguna ontología de base ha sido adoptada por una amplia comunidad, por lo que una ontología de base estable de este tipo todavía está en el futuro.
Un malentendido persistente que se repite en las discusiones sobre semántica es "la confusión de palabras y significados". Los significados de las palabras cambian, a veces rápidamente. Pero un lenguaje formal como el que se usa en una ontología puede codificar los significados (semántica) de los conceptos en una forma que no cambia. Para determinar cuál es el significado de una palabra en particular (o término en una base de datos , por ejemplo), es necesario etiquetar cada representación fija de concepto en una ontología con la(s) palabra(s) o término(s) que pueden referirse a ese concepto. Cuando varias palabras se refieren al mismo concepto (fijo) en el lenguaje, esto se llama sinonimia ; cuando una palabra se usa para referirse a más de un concepto, eso se llama ambigüedad .
La ambigüedad y la sinonimia son algunos de los factores que dificultan enormemente la comprensión del lenguaje por parte de las computadoras. El uso de palabras para referirse a conceptos (los significados de las palabras utilizadas) es muy sensible al contexto y al propósito de cualquier uso de muchos términos legibles por humanos. El uso de ontologías para respaldar la interoperabilidad semántica consiste en proporcionar un conjunto fijo de conceptos cuyos significados y relaciones sean estables y puedan ser aceptados por los usuarios. La tarea de determinar qué términos en qué contextos (cada base de datos es un contexto diferente) se separa entonces de la tarea de crear la ontología y debe ser asumida por el diseñador de una base de datos, o el diseñador de un formulario para la entrada de datos , o el desarrollador de un programa para la comprensión del lenguaje. Cuando se cambia el significado de una palabra utilizada en algún contexto interoperable, entonces, para preservar la interoperabilidad, es necesario cambiar el puntero al elemento o elementos de la ontología que especifican el significado de esa palabra.
Un lenguaje de representación del conocimiento puede ser lo suficientemente expresivo como para describir matices de significado en campos bien comprendidos. Existen al menos cinco niveles de complejidad de estos [ especificar ] .
Para datos semiestructurados generales se puede utilizar un lenguaje de propósito general como XML. [3]
Es posible que se requieran lenguajes con todo el poder de la lógica de predicados de primer orden para muchas tareas.
Los lenguajes humanos son muy expresivos, pero se consideran demasiado ambiguos para permitir la interpretación precisa deseada, dado el nivel actual de la tecnología del lenguaje humano. Los sistemas de atención médica con interoperabilidad semántica aprovechan los datos de una manera estandarizada a medida que descomponen y comparten información. Por ejemplo, dos sistemas ahora pueden reconocer terminología y símbolos de medicamentos. Los sistemas de atención médica con interoperabilidad semántica aprovechan los datos de una manera estandarizada a medida que descomponen y comparten información. Por ejemplo, dos sistemas ahora pueden reconocer terminología, símbolos de medicamentos y otros matices mientras intercambian datos automáticamente, sin intervención humana.
La interoperabilidad semántica puede distinguirse de otras formas de interoperabilidad considerando si la información transferida tiene, en su forma comunicada, todo el significado requerido para que el sistema receptor la interprete correctamente, incluso cuando los algoritmos utilizados por el sistema receptor son desconocidos para el sistema emisor. Consideremos el envío de un número:
Si esa cifra se entiende como la suma de dinero que una empresa debe a otra, implica alguna acción o falta de acción tanto por parte de quien la envía como de quien la recibe.
Puede interpretarse correctamente si se envía en respuesta a una solicitud específica y se recibe en el momento y en la forma esperados. Esta interpretación correcta no depende solo del número en sí, que podría representar casi cualquiera de los millones de tipos de medición cuantitativa, sino que depende estrictamente de las circunstancias de transmisión. Es decir, la interpretación depende de que ambos sistemas esperen que los algoritmos del otro sistema utilicen el número exactamente en el mismo sentido, y depende además de todo el conjunto de transmisiones que precedieron a la transmisión real del número desnudo.
Por el contrario, si el sistema transmisor no sabe cómo otros sistemas utilizarán la información, es necesario que haya un acuerdo compartido sobre cómo aparecerá en una comunicación la información con un significado específico (de entre muchos significados posibles). Para una tarea particular, una solución es estandarizar un formato, como una solicitud de pago; esa solicitud tendría que codificar, de manera estandarizada, toda la información necesaria para evaluarla, como: el agente que debe el dinero, el agente al que se le debe el dinero, la naturaleza de la acción que da lugar a la deuda, los agentes, los bienes, los servicios y otros participantes en esa acción; el momento de la acción; la cantidad adeudada y la moneda en la que se calcula la deuda; el tiempo permitido para el pago; la forma de pago exigida; y otra información. Cuando dos o más sistemas han acordado cómo interpretar la información en una solicitud de este tipo, pueden lograr la interoperabilidad semántica para ese tipo específico de transacción . Para la interoperabilidad semántica en general, es necesario proporcionar formas estandarizadas de describir los significados de muchas más cosas que sólo transacciones comerciales, y el número de conceptos cuya representación necesita ser acordada es como mínimo de varios miles.
En la actualidad, se está investigando y debatiendo cómo lograr la interoperabilidad semántica para más de unos pocos escenarios restringidos. Para el problema de la interoperabilidad semántica general, se requiere alguna forma de ontología de base (" ontología superior ") que sea lo suficientemente completa como para proporcionar la definición de conceptos para ontologías más especializadas en múltiples dominios. Durante la última década, se han desarrollado más de diez ontologías de base, pero ninguna ha sido adoptada por una amplia base de usuarios.
La necesidad de una única ontología integral que incluya todo lo necesario para respaldar la interoperabilidad semántica se puede evitar diseñando la ontología de base común como un conjunto de conceptos básicos ("primitivos") que se pueden combinar para crear descripciones lógicas de los significados de los términos utilizados en ontologías de dominio local o bases de datos locales. Esta táctica se basa en el principio de que:
Si:
(1) se acuerdan los significados y el uso de los elementos de la ontología primitiva en la ontología fundamental, y(2) los elementos de ontología en las ontologías de dominio se construyen como combinaciones lógicas de los elementos de la ontología de base,
Entonces:
Los significados previstos de los elementos de la ontología del dominio se pueden calcular automáticamente utilizando un razonador FOL (lógica de primer orden), por cualquier sistema que acepte los significados de los elementos en la ontología fundamental y tenga tanto la ontología fundamental como las especificaciones lógicas de los elementos en la ontología del dominio.
Por lo tanto:
Cualquier sistema que desee interoperar con precisión con otro sistema necesita transmitir únicamente los datos que se van a comunicar, más cualquier descripción lógica de los términos utilizados en esos datos que se crearon localmente y que no estén ya en la ontología de base común.
Esta táctica limita entonces la necesidad de un acuerdo previo sobre los significados a aquellos elementos de ontología en la Ontología Fundacional (FO) común. En base a varias consideraciones, esto puede requerir menos de 10,000 elementos (tipos y relaciones). Sin embargo, para facilitar la comprensión y el uso, más elementos de ontología con detalles y especificaciones adicionales pueden ayudar a encontrar la ubicación exacta en la FO donde se pueden encontrar o agregar conceptos de dominio específicos.
En la práctica, junto con el FO centrado en las representaciones de los conceptos primitivos, es probable que también se utilice un conjunto de ontologías de extensión de dominio para el FO con elementos especificados utilizando los elementos del FO. Estas extensiones preexistentes aliviarán el costo de creación de ontologías de dominio al proporcionar a los elementos existentes el significado deseado y reducirán la posibilidad de error al utilizar elementos que ya se han probado. Las ontologías de extensión de dominio pueden ser lógicamente inconsistentes entre sí, y eso debe determinarse si se utilizan diferentes extensiones de dominio en cualquier comunicación.
También se está investigando si el uso de una ontología de base única puede evitarse mediante técnicas de mapeo sofisticadas entre ontologías desarrolladas independientemente.
La importancia práctica de la interoperabilidad semántica ha sido medida por varios estudios que estiman el costo (en eficiencia perdida) debido a la falta de interoperabilidad semántica. Un estudio, [4] centrado en la eficiencia perdida en la comunicación de información de salud, estimó que podrían ahorrarse US$77.8 mil millones por año implementando un estándar de interoperabilidad efectivo en esa área. Otros estudios, de la industria de la construcción [5] y de la cadena de suministro de fabricación de automóviles [6] , estiman costos de más de US$10 mil millones por año debido a la falta de interoperabilidad semántica en esas industrias. En total, estas cifras pueden extrapolarse para indicar que se pierden más de US$100 mil millones por año debido a la falta de un estándar de interoperabilidad semántica ampliamente utilizado solo en los EE. UU.
Todavía no se ha realizado ningún estudio sobre cada uno de los campos de políticas que podrían ofrecer grandes ahorros de costes aplicando estándares de interoperabilidad semántica. Pero para ver qué campos de políticas pueden beneficiarse de la interoperabilidad semántica, véase " Interoperabilidad " en general. Estos campos de políticas son la administración electrónica , la salud, la seguridad y muchos más. La UE también creó el Centro Europeo de Interoperabilidad Semántica en junio de 2007.
La transformación digital ofrece enormes beneficios, ya que permite a las organizaciones ser más eficientes, más flexibles y más ágiles a la hora de responder a los cambios en las condiciones comerciales y operativas. Esto implica la necesidad de integrar datos y servicios heterogéneos en todas las organizaciones. La interoperabilidad semántica aborda la necesidad de una comprensión compartida del significado y el contexto.
Para respaldar esta iniciativa, un grupo de expertos interorganizacional en el que participan ISO/IEC JTC1, ETSI, oneM2M y W3C está colaborando con AIOTI para acelerar la adopción de tecnologías semánticas en la IoT. El grupo ha publicado recientemente dos libros blancos conjuntos sobre interoperabilidad semántica, denominados respectivamente “Soluciones IoT semánticas: una perspectiva para desarrolladores” y “Hacia estándares de interoperabilidad semántica basados en ontologías”. Estos libros blancos se suman al éxito del libro blanco anterior sobre “Interoperabilidad semántica para la Web de las cosas”.
Fuente:
“Soluciones IoT semánticas: la perspectiva de un desarrollador”
“Hacia estándares de interoperabilidad semántica basados en ontologías”.
Esto es consecuencia del éxito del informe técnico anterior sobre “Interoperabilidad semántica para la Web de las cosas”.
https://www.w3.org/blog/2019/10/aioti-iso-iec-jtc1-etsi-onem2m-and-w3c-collaborate-on-two-joint-white-papers-on-semantic-interoperability- Dirigido-a-desarrolladores-e-ingenieros-de-estandarización/
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )