現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常是通過組成子系統(tǒng)來構(gòu)建的。另外，這些系統(tǒng)可能需要與其他系統(tǒng)水平交互。這種組合為互操作性提出了新的挑戰(zhàn)。語義互操作性是使計算機系統(tǒng)能夠明確交互的一系列技術(shù)。這是降低子系統(tǒng)集成成本的重要方法，但展望未來，這也是在物聯(lián)網(wǎng)中創(chuàng)建自主操作的核心要求。此外，語義互操作性大大增強了構(gòu)建獨立物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)的能力。在這里，我們探索理解語義互操作性的價值以及由此帶來的機會。
物聯(lián)網(wǎng)中語義互操作性的重要性
語義互操作性包括建立交換數(shù)據(jù)的共享含義的能力，以及類似地解釋通信接口的能力。例如，這里的共有含義意味著兩個不同的計算機系統(tǒng)不僅可以在基本意義上傳遞數(shù)據(jù)（例如，值為42的整數(shù)），而且還可以為數(shù)據(jù)賦予明確的含義。例如，第五層會議室中的第三輻射器的溫度當前為42攝氏度。
在構(gòu)建大型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時，我們面臨著規(guī)模挑戰(zhàn)。其中的挑戰(zhàn)在于，使不同供應(yīng)商的設(shè)備和子系統(tǒng)能夠互操作，并在不同時間段內(nèi)按預(yù)期方式協(xié)同工作。就目前而言，Internet協(xié)議套件（IP，TCP / UDP，HTTP / CoAP等）在解決網(wǎng)絡(luò)級別的問題方面做得很好。但是，這些子系統(tǒng)通常帶有自己的信息模型，數(shù)據(jù)模型，語法風格和概念，這在集成來自多個供應(yīng)商的子系統(tǒng)時會帶來更高的問題。
這就是核心語義互操作性問題：在不需人工理解并確保正確翻譯的情況下，如何跨不同的域保留數(shù)據(jù)的固有含義？
子系統(tǒng)之間的語義互操作性級別越低，集成和維護這些系統(tǒng)的工作就越耗時，成本高且容易出錯。大部分工作將是手工操作，由于需要人工解釋所涉及數(shù)據(jù)的含義，因此很難實現(xiàn)自動化。
理想的情況在這里？這些子系統(tǒng)能夠自動解決此互操作性問題。
今天，可以通過某種形式的正式詞匯表中編碼的聲明性模型和邏輯語句（語義模型）來實現(xiàn)語義互操作性?；舅枷胧牵ㄟ^提供有關(guān)子系統(tǒng)的這些結(jié)構(gòu)化語義模型，其他具有相同機制的子系統(tǒng)可以對子系統(tǒng)有明確的了解。這種明確的理解是其他子系統(tǒng)自信地與給定子系統(tǒng)進行交互（換句話說，了解信息并向其發(fā)送命令）以實現(xiàn)某些預(yù)期效果的基石。
需要特別注意的是，互操作性不僅限于數(shù)據(jù)交換格式，甚至還包括生產(chǎn)者和消費者之間信息模型的明確轉(zhuǎn)換。它是關(guān)于無需特定編程即可自動進行此操作的機制。集成商無需查看詳細的手冊即可了解特定數(shù)據(jù)的真正含義。它應(yīng)該是完全可機加工的。
如今，業(yè)已存在可以大大減少工作量而大大提高互操作性的行業(yè)標準。他們通過標準化詞匯和概念來做到這一點。但是，此類標準主要適用于系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)的行業(yè)或技術(shù)領(lǐng)域。提供水平互操作性（不確定哪些其他系統(tǒng)可以與給定系統(tǒng)進行交互）是語義互操作性試圖解決的核心挑戰(zhàn)。這不是想象中的要求，而是IoT世界中的規(guī)范，在該世界中，新的應(yīng)用程序?qū)ⅹ毩㈤_發(fā)并出于自己目的開發(fā)的系統(tǒng)組合在一起。
圖1顯示了智能工廠中的互連事物，這些互連事物實現(xiàn)了數(shù)據(jù)含義的高層互操作性。
圖1：工廠中的互連事物
有趣的是，一份IEC報告指出，即使是在一個行業(yè)內(nèi)，行業(yè)標準如何并未真正幫助他們自己實現(xiàn)互操作性。造成這種情況的原因很多，其中包括不同的領(lǐng)域具有不同的詞匯和模型，而且隨著子系統(tǒng)的復(fù)雜性和子系統(tǒng)數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)模型上更廣泛的互操作性成為一個實質(zhì)性問題。
制造業(yè)中的語義互操作性
制造業(yè)是互操作性變得至關(guān)重要的領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)向工業(yè)4.0邁進的過程中，它著重于靈活的生產(chǎn)線并降低了引入新生產(chǎn)機器的集成成本。
假設(shè)一個生產(chǎn)車間中有幾臺設(shè)備，并將一臺新的鉆孔機集成到該過程中。迫在眉睫的問題是了解設(shè)備的控制以及了解其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。尤其是，樓層管理應(yīng)用需要了解設(shè)備的信息模型，因為它可以啟用并支持更好的決策，例如故障預(yù)測。它還可以幫助避免為每個新設(shè)備重復(fù)進行編程，因為可以引入語義層，從而將算法與設(shè)備的特定信息模型隔離開來。設(shè)備本身可能有自己的詞匯表，然后存在映射它們的問題。通常，這些概念不會一一對應(yīng)，因此存在一個重大的轉(zhuǎn)換問題。
語義互操作性和智慧城市應(yīng)用
智慧城市由一系列系統(tǒng)組成，例如不同模式的交通，建筑物，不同類型的公用事業(yè)，污水處理，水，廢物管理等。為了滿足未來的需求，例如城市的可持續(xù)性，宜居性和便利性，每個系統(tǒng)的運行都需要進行優(yōu)化，而物聯(lián)網(wǎng)在這里起著重要的作用。
此外，這些系統(tǒng)通常需要通過跨系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)來進行水平集成以提供新的應(yīng)用程序。但是，由于這些系統(tǒng)具有自己的信息模型和語義，并且由于每個系統(tǒng)都隨時間獨立發(fā)展，因此創(chuàng)建可以理解這些不同系統(tǒng)中的信息并隨著各個系統(tǒng)的發(fā)展而繼續(xù)工作的新應(yīng)用程序變得非常棘手。
解決此問題的一種方法是確保平臺導(dǎo)出帶有語義注釋的信息。這大大減輕了整合來自這些不同來源的信息并以一致的方式理解它們的負擔，從而加速了新增值應(yīng)用程序的開發(fā)。
物聯(lián)網(wǎng)的有目的貢獻和相關(guān)標準
我們堅信互操作性是釋放物聯(lián)網(wǎng)真正價值的關(guān)鍵推動力。2016年，我們主辦了有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)語義互操作性的互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)委員會（IAB）研討會。第二年，我們組織了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)語義/超媒體互操作性（WISHI）的首個互聯(lián)網(wǎng)研究任務(wù)組（IRTF）物聯(lián)網(wǎng)研究小組（T2TRG）研討會。T2TRG的WISHI活動仍在繼續(xù)進行。作為重點，在隨后的IETF黑客馬拉松中涵蓋了多個互操作性主題，例如LwM2M，IPSO，CoRAL，Web of Things（WoT）和One Data Model（OneDM）。
IPSO聯(lián)盟是應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備語義互操作性挑戰(zhàn)的早期組織之一。我們是IPSO聯(lián)盟的創(chuàng)始成員，是該小組的共同主席，該小組負責為一組通用傳感器和執(zhí)行器定義第一個IPSO對象定義。IPSO智能對象本質(zhì)上是通用的，而不是特定于任何行業(yè)垂直或特定應(yīng)用程序的。這意味著可以解決跨多個領(lǐng)域的各種用例。
后來，IPSO與OMA SpecWorks合并，今天，它繼續(xù)作為OMA SpecWorks工作組。大展科技的我們一直在OMA SpecWorks中繼續(xù)投資和參與IPSO工作，以推動并推廣新的，規(guī)格明確的IPSO數(shù)據(jù)模型。
W3C為“大網(wǎng)絡(luò)”定義了各種本體和其他語義互操作性支持者，最近，它還解決了物聯(lián)網(wǎng)（WoT）興趣和工作組中的物聯(lián)網(wǎng)用例。WoT事物描述（TD）格式使我們能夠以標準方式描述各種連接的設(shè)備和事物的交互功能，并使用外部詞匯為功能提供更多的語義。
盡管IETF傳統(tǒng)上一直專注于網(wǎng)絡(luò)和傳輸協(xié)議，但許多活動也解決了數(shù)據(jù)的互操作性。傳感器測量列表（SenML）是IETF標準，用于我們投入大量精力的IoT傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)模型。SenML的機制之一是使用SenML單元提供數(shù)據(jù)語義的可互操作提示。數(shù)據(jù)工程單位的標準化標識符。SenML單元已被各種標準開發(fā)組織（SDO）和其他組織采用，以通用表示單元標識符。
IETF中驅(qū)動的另一項物聯(lián)網(wǎng)活動是受約束的RESTful應(yīng)用語言（CoRAL），它定義了物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)和交互模型，并通過鏈接關(guān)系為超媒體控件提供了可擴展的語義描述。CoRAL目前正在開發(fā)中，但打算進一步豐富IoT數(shù)據(jù)和交互的表達能力，以改善大型系統(tǒng)的互操作性。
一段時間以來，我們一直在意識到語義互操作性是實現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的關(guān)鍵技術(shù)。特別是，它是構(gòu)建在IoT之上的自主智能系統(tǒng)的促成因素。我們還看到，互操作性問題非常具有挑戰(zhàn)性，并且需要一種技術(shù)來解決由此帶來的若干挑戰(zhàn)。解決語義互操作性的努力在不斷發(fā)展，最近，一個新的計劃已經(jīng)開始，該計劃著重于跨生態(tài)系統(tǒng)的互操作性。
