Diversas pesquisas têm sido realizadas na área de ontologia e Web Semântica, mas pouca atenção tem sido dada para representação semântica dos dados provenientes de RSSF. A ideia de se utilizar um sistema orientado a ontologia em RSSF surgiu com o trabalho de
AVANCHA; PATEL; JOSHI(2004). Com este trabalho, os autores mapearam em uma ontologia características importantes de um nó sensor, que descrevem suas funcionalidades e seu estado atual, a fim de apresentar uma forma de compreender as mais importantes características dos nós sensores.
O trabalho proposto porAVANCHA; PATEL; JOSHI(2004) serviu de base para diversos
trabalhos mesclando RSSF e semântica, mas muitos desses trabalhos usaram ontologias apenas para prover dados com semântica, construir uma base de dados e melhorar as respostas das consultas, mas sem uma preocupação em reutilizar esses dados para melhorias na rede.
As próximas seções apresentam alguns trabalhos desenvolvidos a partir do uso de ontologias em RSSF.
7.2. ONTOLOGIA EM REDES DE SENSORES SEM FIO 103
7.2.1
SWASN
O trabalho desenvolvido em (HUANG; JAVED,2008) apresentou o Semantic Web Archi-
tecture for Sensor Networks(SWASN), que propõe o enriquecimento semântico das informações
provenientes de uma RSSF, a fim de que aplicações e serviços possam ser desenvolvidos de forma independente de uma RSSF em particular. Essa arquitetura, orientada à informação, permite que os dados sejam entendidos e processados da melhor forma possível por uma variedade de aplicações com diferentes propósitos.
A arquitetura SWASN é dividida em quatro camadas:
a) Camada de dados da RSSF. Essa primeira camada corresponde aos dados proveni- entes de RSSF heterogêneas, com nós sensores e formatos de mensagens diferentes umas das outras.
b) Camada da Ontologia. A segunda camada corresponde à ontologia para nós senso- res. Por essa arquitetura, cada RSSF tem sua própria ontologia, usando termos que definem as classes da RSSF de forma global. Essa abordagem permite uma maior flexibilidade e extensibilidade para outras redes se conectarem a essa arquitetura, sem a necessidade de modificação das ontologias locais ou do vocabulário compartilhado. c) Camada de processamento Web Semântico. A terceira camada interage direta- mente com a camada de ontologia, a partir do framework Jena. Com a utilização desse framework, os dados mapeados são colocados em memória ou persistidos em uma base de dados, onde são construídos grafos RDF da ontologia, para criação de modelos OWL e manipulação de queries a partir desses dados.
d) Camada de Aplicação. A quarta e última camada dessa arquitetura consiste de diferentes aplicações que se utilizam dos dados da rede. Esses dados processados podem estar disponíveis através de um Web Service, onde a interação da aplicação é via HTTP.
Essa arquitetura é centrada na descrição de informação para nós sensores, e para dar suporte ao desenvolvimento da arquitetura, várias tecnologias de Web Semântica são utilizadas.
7.2.2
Ontologia Universal para RSSF
No trabalho desenvolvido porEID; LISCANO; EL SADDIK(2007), são apresentados
o desenvolvimento e a avaliação de uma ontologia para buscas distribuídas e heterogêneas em dados de RSSFs.
Eles propuseram um protótipo de ontologia em duas camadas, que utiliza o IEEE
Suggested Upper Merged Ontology(SUMO) (NILES; PEASE,2001) como base de definição de
que irá prover a interoperabilidade, busca e recuperação de informação, inferência automática e extensibilidade. Diferentes domínios de RSSFs podem definir suas próprias ontologias e associá-las a ontologia SUMO.
A ontologia proposta nesse trabalho é composta por quatro elementos: A ontologia SUMO, a Sensor Hierarchy Ontology (SHO), a Sensor Data Ontology (SDO) e a Extension
Plugins Ontologies (EPO). As ontologias SHO e SDO referenciam e estendem a ontologia
SUMO com o objetivo de facilitar a fusão automática de dados e inferência em ambientes de sensoriamento distribuídos e heterogêneos.
A ontologia SUMO foi criada pela utilização de conteúdo ontológico em uma estrutura única, coesa e geral. O uso de uma ontologia padrão implica em menos ciclos de desenvol- vimento e uma integração mais fácil e rápida com outros conteúdos. A SHO inclui modelos de conhecimento para elementos dos nós sensores, aquisição, processamento e transmissão de dados. A SDO é uma ontologia que tem por objetivo descrever as propriedades dinâmicas e ob- servacionais dos dados dos nós sensores. Esse modelo descreve o contexto de um nó sensor, com consideração a observações temporais e espaciais. O último elemento é o EPO, um plugin que permite a integração de ontologias de domínio com ontologias universais. Toda essa abordagem permite uma melhor precisão nas buscas realizadas na RSSF, evitando com isso falsos positivos e falsos negativos.
7.2.3
Aplicações de Monitoramento
Dentre as aplicações de monitoramento, uma arquitetura multi-agente para gerenciamento
de RSSF foi proposta porGATANI; LO RE; ORTOLANI(2005), onde ontologias são utilizadas
para representar modelos de entidade de software e hardware, que formam a infraestrutura de comunicação, eventos e tráfego de rede. Essa arquitetura tem o objetivo de explorar as características intrínsecas das linguagens de programação lógica e metodologias de inteligência artificial.
Com o objetivo de produzir um modelo de rede capaz de captar as relações de causa e efeito e eventos dinâmicos, ontologias são utilizadas para incorporar conhecimento detalhado sobre o domínio específico considerado. Com o objetivo de capturar o comportamento dinâmico de rede, programas monitoram os nós sensores, a fim de determinar o estado da rede. Além disso, os nós sensores irão guardar esses valores, que serão acessados por demanda pelo raciocinador lógico, para se obter um panorama global da rede de resposta a estímulos externos.
Com a utilização de ontologia e lógica de raciocínio, o sistema proposto é capaz de realizar tarefas de gestão de alto nível e lidar com situações incomuns de rede melhor do que sistemas tradicionais de gestão.
Outra aplicação de monitoramento é sobre a utilização de RSSF na prevenção de incên- dios. Índices meteorológicos de fogo são um método amplamente adotada para medir o risco de incêndio e que desempenham um papel significativo na emissão de avisos de incêndios florestais
7.2. ONTOLOGIA EM REDES DE SENSORES SEM FIO 105 e na antecipação de demanda por recursos de gerenciamento de incêndios florestais.
Os sistemas existentes que calculam índices de tempo de incêndio são limitadas devido à baixa resolução espacial e temporal. Redes de Sensores Sem Fio, por outro lado, recolhem dados de medição contínua de variáveis como temperatura do ar, umidade relativa, precipitação e velocidade do vento em altas resoluções. No entanto, a utilização de RSSF para estimar índices de tempo de fogo é um desafio devido a problemas de qualidade de dados, falta de formatos de dados padrão e da falta de acordo sobre limites e métodos de cálculo dos índices meteorológicos fogo.
Na pesquisa desenvolvida porGAO; BRUENIG; HUNTER(2014), os dados provenientes
das RSSFs para monitoramento do ambiente são utilizados para a classificação de perigo de incêndio aplicando tecnologias de Web Semântica para o processamento de fluxos de dados, que permitem que especialistas de domínio especifiquem e adaptem as regras para o cálculo dos índices de incêndio.
Já emSAWANT; ADINARAYANA; DURBHA(2014), foi utilizada a Web Semântica
em RSSF para aplicações de agricultura de precisão. Com isso, ela permitiu a interoperabilidade entre diferentes sistemas de sensoriamento padronizados. Atualmente, os sistemas desenvolvidos de monitoramento tem heterogeneidade sintática e semântica, além de enfrentarem limitações subjacentes para assegurar a interoperabilidade entre os sistemas de sensoriamento distribuídos. Assim, foi desenvolvido o KrishiSense, um sistema de monitoramento ciente de semântica para aplicações de agricultura de precisão, possibilitando a interoperabilidade entre diversos sistemas de sensoriamento.
O KrishiSense age como a interligação entre vários usuários (pesquisadores, agricultores e a comunidade) através de vários protocolos e plataformas Web conectados de forma distribuída, promovendo assim a participação humana no monitoramento.
7.2.4
Discussão Sobre os Trabalhos
Os trabalhos que serviram de base para o desenvolvimento de um mecanismo semântico para trabalhar em conjunto com as Redes de Sensores Sem Fio, provendo reconfiguração em tempo de execução, estão sumarizados na Tabela 7.2.
Tabela 7.2: Sumário da Discussão sobre Ontologia em Rede de Sensores Sem Fio
Representação
Semântica dos Dados Interoperabilidade
Melhorias nas Consultas Reaproveitamento do dados para a RSSF Preocupação com o Consumo de Energia SITRUS * * * * * SWASN * * SUMO * * *
Gatani et. al. * *
Gao et. al. * * *
KrishiSense * * *
Assim como a SITRUS, o SWASN trabalha com o enriquecimento semântico dos dados provenientes da RSSF, mapeando esses dados em uma ontologia com classes que as definem.
A diferença entre eles está na forma como esses dados são processados. Na SITRUS, os dados transmitidos das RSSFs até o Módulo de Processamento Semântico da Informação (SIP) servem como base para a tomada de decisões da reconfiguração paramétrica da própria RSSF, enquanto que no SWASN, os dados das RSSFs são trabalhados em um nível mais alto, onde aplicações cliente se utilizam desses dados para obter informações das RSSFs, sendo que essa possibilidade também existe na SITRUS a partir da Camada de Aplicação proposto na arquitetura.
EID; LISCANO; EL SADDIK(2007) também trabalha com o enriquecimento semântico dos dados, de forma similar à SITRUS, trabalhando com redes diferentes e dados oriundos de fontes distribuídas. Além disso, em ambos os trabalhos existe uma preocupação com uma
maior precisão nas buscas. A diferença entre as duas abordagens é que EID; LISCANO;
EL SADDIK(2007) trabalham com duas ontologias de domínio, que estendem uma ontologia universal, enquanto que na SITRUS apenas uma ontologia de aplicação é utilizada, facilitando a implementação mas limitando o seu uso, mas com um objetivo maior, que é a reconfiguração paramétrica das RSSFs.
JáGATANI; LO RE; ORTOLANI(2005) trata os dados da RSSF em uma ontologia com o objetivo de realizar tarefas de gestão, relações de causa e efeito e eventos dinâmicos na rede, mas sem o intuito de utilizar esses dados como base para uma possível economia de energia da RSSF, como acontece na SITRUS.
Por fim, os trabalhos de GAO; BRUENIG; HUNTER (2014) e SAWANT; ADINA-
RAYANA; DURBHA(2014) apresentam formas de como as ontologias em conjunto com as RSSFs podem trabalhar em conjunto de forma efetiva, eliminando problemas de interoperabili- dade e realizando processamento semântico dos dados coletados.