A semantic implementation for data management in an open building automation platform

• Autores: Jie Song
• Directores de la Tesis: Asunción Santamaría Galdón (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel de Hermenegildo Salinas (presid.), Guillermo del Campo Jiménez (secret.), Carles Gómez Montenegro (voc.), Jesús Contreras Cino (voc.), Matthias Kovatsch (voc.)
• Materias:
  • Matemáticas
    • Ciencia de los ordenadores
      • Inteligencia artificial
      • Logicales de ordenadores
  • Lingüística
    • Lingüística sincrónica
      • Semántica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • We are living in a world full of embedded systems, which have formed an essential part of our daily lives. With the development of the Internet of Things, more and more Things such as sensors, actuators and smart devices are connected to collect and exchange data. However, the use of different communication protocols leads to high cost and long development time for the integration of different technologies in the same system. As a possible solution, the concept "Web of Things" (WoT) emerges with the idea of using Web as the application-layer for the IoT, drawing the attention of several researchers.

    One of the issues that the IoT is facing is "data silos", i.e the isolation of data. This issue appears because the meaning of the data is not clear explained. The Web of Things dedicates to improve the semantic interoperability of the IoT, which requires the simultaneous transmission of the meaning with the data, i.e. semantics.

    This thesis focus on the implementation of a semantic data management system for an open IoT platform. The platform dedicates to solve the integration problem among different communication technologies: capillary networks and traditional home automation protocols. Besides, the platform defines a common vocabulary for providing semantic description to Things, including the functionalities, representation of the generated data and related concepts such as location or user authorization. In addition, the platform implements a Web API, which allows users or software programs to interact with Things through a standard Web-based interface.

    On the other hand, the involvement with real devices into the Web requires higher level of security and privacy protection, and the "multi-client, multi-user" paradigm demands more precise approach for deciding the authority of each user. To face this challenge, a new concept "Private Knowledge Graph" (PKG) has been proposed which represents a knowledge graph generated for the use of a specific agent. Besides, a fine-grained access control mechanism is designed on the basis Web Services and PKGs.

    Finally, a theoretical case study is presented to explain the working process of the semantic data management system. Furthermore, a practical case is provided to validate the performance of the designed system, verifying that it facilitates the integration of Things and applications.

    Vivimos en un mundo lleno de sistemas embebidos que forman una parte esencial de nuestra vida diaria. Con el desarrollo del Internet de las Cosas (IoT), cada vez más "Cosas" como sensores, actuadores y dispositivos inteligentes están conectados para recopilar e intercambiar datos. Sin embargo, la utilización de diferentes protocolos de comunicaciones conlleva un alto coste y elevados tiempos de desarrollo para la integración de diferentes tecnologías en un mismo sistema. Como posible solución, surge el concepto de "Web de las Cosas" (WoT), con la idea de utilizar la Web como una capa de aplicación para los sistemas IoT, conviertiendose en un relevante campo de investigación.

    Uno de los problemas a los que se enfrenta el IoT son los "data silos", es decir, el aislamiento de los datos. Este problema aparece porque el significado de los datos no se encentra explicado de forma clara. La Web de las Cosas busca mejorar la interoperabilidad semántica del IoT, lo que requiere la transmisión simulatánea de los datos y sus significado, es decir, su semántica.

    El objetivo de esta tesis es la implementación de un sistema de gestión semántica de datos en una plataforma IoT abierta. La plataforma se dedica a solucionar el problema de integración entre diferentes tecnologías de comunicación: redes capilares y protocolos domóticos tradicionales. Además, la plataforma define un vocabulario común para proveer de una descripción semántica a las Cosas, incluyendo sus funcionalidades, la representación de los datos generados y conceptos asociados como localización o autorización del usuario. Aparte, la plataforma implementa una API Web que permite a los usuarios o programas software interactuar con las Cosas a través de un interfaz Web estándar.

    Por otro lado, la implicación de dispositivos reales con la Web requiere altos niveles de seguridad y de protección de la privacidad, y el paradigma "multi-cliente, multi-usuario" hace necesaria una estrategia más precisa para decidir la autorización de cada usuario. Para resolver este problema, se ha propuesto un nuevo concepto, llamado "Grafo de Conocimiento Privado" (PKG), que representa un grafo de los conocimientos generados por el uso de un agente específico. Además, se ha diseñado un mecanismo de control de acceso con alta resolución basado en los servicios Web y PKG.

    Finalmente, para explicar el funcionamiento del sistema de gestión semántica de datos se describe un caso de estudio teórico. Además, para su validación, se presenta un caso práctico de la implementación del sistema diseñado, demostrando que facilita la integración de Cosas y aplicaciones.