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Libro de Arquitectura
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Fecha Versión Descripción Autor
12/08/2014 4.0 Se ha ajustado la arquitectura con un servidor de objetos general y con las observaciones hechas por realimentación en su desarrollo.
Miguel Ángel Niño Zambrano
Tabla de contenido
1. Propósito 1
2. Objetivos de la Arquitectura y Filosofía 1
3. Dependencias y Asunciones 2
4. Capas o Marco de Trabajo de la arquitectura 2
5. Vistas Arquitectónicas 3
5.1 Vista Lógica de la Arquitectura 3
5.2 Vista de Caso de Uso General 4
1. Propósito
El presente documento resume la arquitectura definida para crear el índice semántico en la IoT. Del estado del arte se han definido servicios específicos que se van a utilizar para la creación del índice. Por ello la arquitectura aquí presentada define los servicios a utilizar. Sin embargo, el servidor de objetos IoT no se ha seleccionado, por lo tanto aquí se asumen algunas características que debería tener dicho servidor y que serán tenidas en cuenta al momento de hacer el estudio del servidor a seleccionar.
2. Objetivos de la Arquitectura y Filosofía
Debido a que esta arquitectura se deriva de la propuesta realizada en el método para crear índices semánticos en la IoT, los referentes de su filosofía son los mismos expuestos en esta parte. Se adaptan al desarrollo específico los objetivos así:
• Eficacia en la extracción: Consiste en obtener la mayor cantidad de semántica posible de los objetos. Los
datos se obtendrán de los metadatos provistos por el Servidor IoT seleccionado. Para el caso el servidor provee dos tipos de información a indexar:
o Información Estructurada: Esta información viene en formatos XML o JSON con campos a
que sean incluidos al momento de ser indexados. Para que sean tenidos en cuenta, se realiza una anotación semántica de dichos conceptos en el archivo después de eliminar las palabras vacias.
o Información No estructurada: Los formatos XML y JSON del servidor, proveen información no
estructurada en palabras clave, descripciones y demás campos abiertos en los cuales el usuario incorpora información de acuerdo a sus percepciones. Son convertidos en una bolsa de palabras que se agregan a las anotaciones anteriores y posteriormente es indexada semánticamente.
• Mecanismo eficiente de captura de datos: El servicio del API del servidor IoT tiene ya una forma eficiente de captura y reutilización de datos, por tanto se utilizan los metadatos que aporta en XML u otro formato estándar de cada uno de los sensores que almacena. Estos datos son adquiridos s través del API que ofrece el servidor IoT.
• Correcto uso de estándares: Se utilizará como principal ontología la SSN-XG. Por otro lado, el formato en
los cuales se transmite la información es XML o JSON.
• Selección adecuada del Modelo Semántico: Este reto se refiere al correcto análisis de los datos obtenidos
de los dispositivos para su estudio de representatividad (inferencia de conceptos) y adecuado almacenamiento en una estructura de información que sea eficiente para su recuperación y actualización (estructura de datos y algoritmos). Adicionalmente, establecer un manejo adecuado para la información en tiempo real y la información que se puede consultar posteriormente. Este modelo se presenta en detalle en la solución propuesta más adelante.
• Exposición de servicios: Se utilizarán Servicios web semánticos que expondrán los datos del índice
semántico desarrollado y las consultar a realizar.
3. Dependencias y Asunciones
Se listan lo que se asume en la arquitectura:
• Se utilizará un servidor IoT que será seleccionado en tareas posteriores, del cual se implementará a partir de sus API, la funcionalidad necesaria para consultar y extraer los archivos de metadatos en XML.
• Se utilizará la ontología SSN-XG, WordNet y una ontología de Objeto Semántico propuesta por la tesis de doctorado del Magister Miguel Ángel Niño, con el fin de almacenar el conocimiento necesario para indexar los objetos relacionados en la consulta.
• Se utilizará la Herramienta CMAPS – COE que permite crear modelos conceptuales y después convertirlos en ontologías OWL, las cuales serán refinadas posteriormente con otra herramienta.
• Se utilizará Protege como herramienta de ontologías para alinear las ontologías seleccionadas.
• Se utilizará infraestructura de terceros para los procesos de indexación de la información de los objetos del servidor IoT. La infraestructura es: Lucene, , APIs de Xively y APIs de WordNet.
• Se realizará un enriquecimiento de los archivos de metadatos e información de los objetos provistos por el servidor IoT de acuerdo a las ontologías utilizadas y luego se indexará utilizando el cálculo de TF –IDF (frecuencia de términos – frecuencia inversa del documento), donde se mide la frecuencia de los conceptos candidatos en los documentos que fueron recuperados, estos resultados son posteriormente guardados en una matriz.
• Para el cálculo de la similitud en el índice se hará la asignación de pesos a los conceptos de la ontología, teniendo en cuenta la jerarquía de la misma. Los pesos fueron asignados consecutivamente dando más peso a los hijos que los padres esperando tener mejores resultados en las búsquedas.
4. Capas o Marco de Trabajo de la arquitectura
El marco de trabajo es de capas bien definidas, tal como se presentó en el método propuesto. Pero se detallan ya los artefactos específicos a utilizar y desarrollar. Se espera implementar los siguientes patrones:
• Patrón fachada: trata de simplificar la interface entre dos sistemas o componentes software ocultando un sistema complejo detrás de una clase que hace las veces de pantalla o fachada. En este aspecto los servicios Web semántico implementados tendrán una fachada apara todos los servicios.
• Patrón Code Behind: el patrón utilizado en la plataforma .NET es el patrón Code- Behind el cual separa la
interfaz gráfica de la lógica, dividiendo en compilación el tiempo de ejecución y compilación previa. Este patrón permite dividir la interfaz del usuario con la definición de los objetos, además tiene una clase que desarrolla la lógica de negocio de cada control o formulario.
5. Vistas Arquitectónicas
En este punto se presenta la vista lógica del sistema, como una personalización de la arquitectura general propuesta en el método definido y una vista de casos de uso generales, los cuales definen los requisitos específicos de la aplicación de búsqueda semántica a desarrollar.
5.1 Vista Lógica de la Arquitectura
Esta vista describe la estructura y el comportamiento de las partes componentes del sistema. Se reutiliza la arquitectura propuesta en el método y se personaliza a las decisiones tomadas. En la Figura 1 se puede apreciar en azul las capas que se han personalizado con respecto de la arquitectura general propuesta en el método.
Las herramientas software y servicios que son ajenos al sistema se han colocado por fuera de las capas. Se pueden apreciar los herramientas específicas y en que etapas de proceso son utilizadas en incluidas en el sistema.
En la capa de servicios está el servidor IoT, el cuál será seleccionado en el estudio de evaluación de servidores. Este servidor debe ofrecer un API de desarrollo que permite acceder a todos los objetos de la IoT que tenga conectados a su base de datos centralizada. Dado que el servidor IoT no permite la interacción hacia los objetos el modelo está realizado sólo para obtener datos de los mismos.
La capa de indexación es igual a la propuesta en el modelo general, sin embargo cuando se realice la implementación de cada una de ellas se podrá ver las decisiones específicas de indexación semántica que se reúnen en el documento del modelo semántico, el cual afecta cada uno de los productos de la indexación que se encuentran en la capa de conocimiento.
La capa de conocimiento, los productos más importantes son el índice semántico y la personalización de la ontología. Aunque la ontología se utiliza del estudio del proyecto de doctorado de Niño, esta debe personalizarse de acuerdo al modelo semántico desarrollado, cambiando pesos y elaborando procesos de razonamiento sobre la misma.
Finalmente, la capa de servicios, exponen servicios web semánticos para ser utilizados en la capa de aplicaciones. Estos servicios pueden acceder directamente al índice, a la ontología y al servicio creado sobre el API del servidor de IoT seleccionado. Con el fin de obtener la información necesaria de primera mano.
5.2 Vista de Caso de Uso General
En esta grafica se pueden ver los casos de uso generales del sistema. El usuario puede realizar en general tres acciones cuando ve la página web por primera vez: Registro, Buscar Objetos o Iniciar Sesión.
por defecto el usuario es iniciado como anónimo y se le permite también calificar y consultar objetos.
