A ontologia desenvolvida para o SIP propõe um modelo de conhecimento para elementos dos nós sensores, aquisição de dados e energia, que são elementos importantes para representar uma RSSF.
Os conceitos que foram considerados relevantes para o desenvolvimento da SITRUS, em especial os mecanismos de reconfiguração e economia de energia, foram mapeados em classes, com propriedades e relacionamentos atribuídos a essas classes. A ontologia proposta contém uma hierarquia que define uma RSSF, descrevendo suas características.
O desenvolvimento da ontologia proposta foi baseado na utilização de uma taxonomia
de classes (VITAL; CAFÉ,2011) para RSSFs, como pode ser visto na Figura 5.2. A taxonomia
está relacionada às formas de organização da informação relativas às RSSFs, utilizadas neste trabalho, que auxiliaram na organização sistemática das informações primárias.
owl:Thing
PartialPower Device
LedPower
Measurement WSN Lifetime Power LogicalRegion SensorNode Neighbor
Sensing Hardware
SensorType
RadioPower
TotalPower
MCUPower
Figura 5.2: Taxonomia da Ontologia do SIP
5.3.1
Descrição das Classes e suas Propriedades
Em OWL, as propriedades são usadas para criar restrições, que são utilizadas para restringir os indivíduos de suas classes. Dessa forma, a descrição das classes utilizadas no SIP são baseadas em seus relacionamentos e suas restrições.
A classe SensorNode, apresentada na Figura 5.3, representa a identidade do nó sensor em uma determinada RSSF e inclui algumas informações básicas desses nós, por exemplo, o valor do NodeID, que representa o identificador de um nó sensor em uma determinada RSSF, e
5.3. ONTOLOGIA DO SIP 69 da forma que essa característica foi mapeada na ontologia, esse identificador é único para uma mesma RSSF.
Figura 5.3: A Classe SensorNode da Ontologia do SIP
Essa unicidade fica explícita na utilização de uma propriedade funcional para o valor do NodeID, que garante que nessa relação pode existir no máximo um indivíduo, ou seja, apenas um NodeID para uma determinada RSSF. Qualquer outro valor leva a uma inconsistência na ontologia. Dessa forma, podemos ter RSSFs diferentes com identificadores de nós iguais, sem causar ambiguidade.
Pela propriedade hasNeighbor da classe SensorNode, é realizado o mapeamento dos vizinhos diretos de um determinado nó sensor, bem como outros nós sensores alcançáveis por ele, calculados por uma regra a partir da propriedade isReachable, como apresentado na Figura 5.4. Por essa regra, se um indivíduo A tem um vizinho B e um indivíduo B tem um vizinho C, então A e C são alcançáveis, ou seja, compartilham um mesmo caminho na distribuição dos dados. Essa regra serve para definir uma rota entre dois nós sensores.
i s N e i g h b o r ( ? A , ?B ) ^ i s N e i g h b o r ( ? B , ?C ) −> i s R e a c h a b l e ( ? A , ?C )
Figura 5.4: Propriedade isReachable sendo utilizada a partir de regras para definir existência de rota entre dois nós sensores
A propriedade hasPowerConsumption realiza o relacionamento entre as classes Sensor-
Nodee Power. A classe Power serve para fazer o mapeamento da estimativa do consumo de
energia a partir dos componentes de Led, MCU e Radio, que compõe o hardware de um nó sensor e são os responsáveis pelo consumo de energia. A hierarquia da classe Power é apresentada na Figura 5.5.
Para realizar o cálculo da estimativa do consumo de energia, o relacionamento hasDevice da classe SensorNode com a classe Device, apresentado na Figura 5.6, determina qual o hardware
Figura 5.5: A Classe Power da Ontologia do SIP
e o tipo de sensoriamento de um determinado nó sensor. Na classe Device, os valores dos
datasheetsdos dispositivos fornecidos pelos fabricantes são preenchidos, e com isso, a estimativa
pode ser calculada a partir do tempo de uso de cada componente.
Figura 5.6: A Classe Device da Ontologia do SIP
A classe LogicalRegion, apresentada na Figura 5.7, relaciona-se com a classe SensorNode a partir de duas propriedades inversas, a contains e a insideOf. Essas propriedades são funcional e funcional inversa, respectivamente. Dessa forma, um nó sensor pode fazer parte de apenas uma região lógica e uma região lógica não pode ter mais de um nó sensor com um mesmo NodeID de uma mesma RSSF inserido nela.
Uma região lógica é uma região em que um grupo de nós da RSSF colaboram entre si para a coleta de informações, processamento e transmissão de dados para uma estação base, o que resulta em considerável economia de recursos (energia, processamento, por exemplo) e, consequentemente, um aumento no tempo de vida da rede. Nesse contexto, existe a possibilidade de definir quem são as regiões lógicas manualmente, a partir da instância dos nós sensores, ou de forma automática pela ontologia, já que os nós vizinhos e seus alcances são conhecidos por ela.
5.3. ONTOLOGIA DO SIP 71
Figura 5.7: A Classe LogicalRegion da Ontologia do SIP
sorType, apresentada na Figura 5.8, a partir da propriedade hasSensorType. A classe SensorType define alguns tipos de sensoriamento que podem ser instanciados (temperatura, luminosidade e umidade). Outros valores que não esses, geram uma inconsistência na ontologia. Assim, uma consulta referente a um determinado nó sensor, a partir dos seus relacionamentos, apresenta que tipo de sensoriamento está sendo usado no momento.
Figura 5.8: A Classe SensorType da Ontologia do SIP
A classe WSN, apresentada na Figura 5.9, mapeia as diversas RSSFs que fazem parte da SITRUS. Ela se relaciona com a classe SensorNode a partir de duas propriedades inversas, a hasSensorNode e isSensorNodeOf. Essas propriedades são funcionais e funcionais inversas, respectivamente, ou seja, um nó sensor pode fazer parte de uma única RSSF ao mesmo tempo.
Outro relacionamento existente da classe WSN é com a classe LogicalRegion, a partir da propriedade hasLogicalRegion. Com essa propriedade, que é funcional, garante-se que uma região lógica pode fazer parte de uma única RSSF.
A classe Measurement, apresentada na Figura 5.10, representa o mapeamento das medi- ções das RSSFs associadas com a SITRUS. Ela se relaciona com a classe SensorNode através de
Figura 5.9: A Classe WSN da Ontologia do SIP
duas propriedades inversas e funcionais, hasSensorNode e isSensorNodeOf.
Outra propriedade existente, a hasSensing, diz respeito ao tipo de sensoriamento que um determinado nó sensor está realizando no momento. Esse relacionamento é realizado com a classe Sensing.
Dessa forma, a classe Measurement mapeia os dados relativos aos nós sensores e seu tipo de sensoriamento de forma direta, mas de forma indireta, através dos seus relacionamentos com as outras classes, consegue mapear os dados relativos ao tipo de hardware, quem são os vizinhos, qual região lógica e RSSF faz parte um nó sensor e assim por diante.
Além disso, um informação importante é adicionada na classe Measurement, que é o campo Time, utilizado para identificar o momento em que uma instância foi criada. Com isso, uma consulta pode ser realizada, por exemplo, com os dados dos últimos 5 minutos de um determinado nó sensor. Quem define a relevância do tempo para uma determinada consulta é o usuário e não o próprio SIP.