现代物联网系统通常是通过组成子系统来构建的。另外，这些系统可能需要与其他系统水平交互。这种组合为互操作性提出了新的挑战。语义互操作性是使计算机系统能够明确交互的一系列技术。这是降低子系统集成成本的重要方法，但展望未来，这也是在物联网中创建自主操作的核心要求。此外，语义互操作性大大增强了构建独立物联网系统的系统的能力。在这里，我们探索理解语义互操作性的价值以及由此带来的机会。
物联网中语义互操作性的重要性
语义互操作性包括建立交换数据的共享含义的能力，以及类似地解释通信接口的能力。例如，这里的共有含义意味着两个不同的计算机系统不仅可以在基本意义上传递数据（例如，值为42的整数），而且还可以为数据赋予明确的含义。例如，第五层会议室中的第三辐射器的温度当前为42摄氏度。
在构建大型物联网系统时，我们面临着规模挑战。其中的挑战在于，使不同供应商的设备和子系统能够互操作，并在不同时间段内按预期方式协同工作。就目前而言，Internet协议套件（IP，TCP / UDP，HTTP / CoAP等）在解决网络级别的问题方面做得很好。但是，这些子系统通常带有自己的信息模型，数据模型，语法风格和概念，这在集成来自多个供应商的子系统时会带来更高的问题。
这就是核心语义互操作性问题：在不需人工理解并确保正确翻译的情况下，如何跨不同的域保留数据的固有含义？
子系统之间的语义互操作性级别越低，集成和维护这些系统的工作就越耗时，成本高且容易出错。大部分工作将是手工操作，由于需要人工解释所涉及数据的含义，因此很难实现自动化。
理想的情况在这里？这些子系统能够自动解决此互操作性问题。
今天，可以通过某种形式的正式词汇表中编码的声明性模型和逻辑语句（语义模型）来实现语义互操作性。基本思想是，通过提供有关子系统的这些结构化语义模型，其他具有相同机制的子系统可以对子系统有明确的了解。这种明确的理解是其他子系统自信地与给定子系统进行交互（换句话说，了解信息并向其发送命令）以实现某些预期效果的基石。
需要特别注意的是，互操作性不仅限于数据交换格式，甚至还包括生产者和消费者之间信息模型的明确转换。它是关于无需特定编程即可自动进行此操作的机制。集成商无需查看详细的手册即可了解特定数据的真正含义。它应该是完全可机加工的。
如今，业已存在可以大大减少工作量而大大提高互操作性的行业标准。他们通过标准化词汇和概念来做到这一点。但是，此类标准主要适用于系统内子系统的行业或技术领域。提供水平互操作性（不确定哪些其他系统可以与给定系统进行交互）是语义互操作性试图解决的核心挑战。这不是想象中的要求，而是IoT世界中的规范，在该世界中，新的应用程序将独立开发并出于自己目的开发的系统组合在一起。
图1显示了智能工厂中的互连事物，这些互连事物实现了数据含义的高层互操作性。
图1：工厂中的互连事物
有趣的是，一份IEC报告指出，即使是在一个行业内，行业标准如何并未真正帮助他们自己实现互操作性。造成这种情况的原因很多，其中包括不同的领域具有不同的词汇和模型，而且随着子系统的复杂性和子系统数量的增加，数据模型上更广泛的互操作性成为一个实质性问题。
制造业中的语义互操作性
制造业是互操作性变得至关重要的领域，尤其是在工业向工业4.0迈进的过程中，它着重于灵活的生产线并降低了引入新生产机器的集成成本。
假设一个生产车间中有几台设备，并将一台新的钻孔机集成到该过程中。迫在眉睫的问题是了解设备的控制以及了解其产生的数据。尤其是，楼层管理应用需要了解设备的信息模型，因为它可以启用并支持更好的决策，例如故障预测。它还可以帮助避免为每个新设备重复进行编程，因为可以引入语义层，从而将算法与设备的特定信息模型隔离开来。设备本身可能有自己的词汇表，然后存在映射它们的问题。通常，这些概念不会一一对应，因此存在一个重大的转换问题。
语义互操作性和智慧城市应用
智慧城市由一系列系统组成，例如不同模式的交通，建筑物，不同类型的公用事业，污水处理，水，废物管理等。为了满足未来的需求，例如城市的可持续性，宜居性和便利性，每个系统的运行都需要进行优化，而物联网在这里起着重要的作用。
此外，这些系统通常需要通过跨系统分析数据来进行水平集成以提供新的应用程序。但是，由于这些系统具有自己的信息模型和语义，并且由于每个系统都随时间独立发展，因此创建可以理解这些不同系统中的信息并随着各个系统的发展而继续工作的新应用程序变得非常棘手。
解决此问题的一种方法是确保平台导出带有语义注释的信息。这大大减轻了整合来自这些不同来源的信息并以一致的方式理解它们的负担，从而加速了新增值应用程序的开发。
物联网的有目的贡献和相关标准
我们坚信互操作性是释放物联网真正价值的关键推动力。2016年，我们主办了有关物联网语义互操作性的互联网工程任务组（IETF）互联网架构委员会（IAB）研讨会。第二年，我们组织了关于物联网语义/超媒体互操作性（WISHI）的首个互联网研究任务组（IRTF）物联网研究小组（T2TRG）研讨会。T2TRG的WISHI活动仍在继续进行。作为重点，在随后的IETF黑客马拉松中涵盖了多个互操作性主题，例如LwM2M，IPSO，CoRAL，Web of Things（WoT）和One Data Model（OneDM）。
IPSO联盟是应对物联网设备语义互操作性挑战的早期组织之一。我们是IPSO联盟的创始成员，是该小组的共同主席，该小组负责为一组通用传感器和执行器定义第一个IPSO对象定义。IPSO智能对象本质上是通用的，而不是特定于任何行业垂直或特定应用程序的。这意味着可以解决跨多个领域的各种用例。
后来，IPSO与OMA SpecWorks合并，今天，它继续作为OMA SpecWorks工作组。大展科技的我们一直在OMA SpecWorks中继续投资和参与IPSO工作，以推动并推广新的，规格明确的IPSO数据模型。
W3C为“大网络”定义了各种本体和其他语义互操作性支持者，最近，它还解决了物联网（WoT）兴趣和工作组中的物联网用例。WoT事物描述（TD）格式使我们能够以标准方式描述各种连接的设备和事物的交互功能，并使用外部词汇为功能提供更多的语义。
尽管IETF传统上一直专注于网络和传输协议，但许多活动也解决了数据的互操作性。传感器测量列表（SenML）是IETF标准，用于我们投入大量精力的IoT传感器和执行器数据的简单数据模型。SenML的机制之一是使用SenML单元提供数据语义的可互操作提示。数据工程单位的标准化标识符。SenML单元已被各种标准开发组织（SDO）和其他组织采用，以通用表示单元标识符。
IETF中驱动的另一项物联网活动是受约束的RESTful应用语言（CoRAL），它定义了物联网的数据和交互模型，并通过链接关系为超媒体控件提供了可扩展的语义描述。CoRAL目前正在开发中，但打算进一步丰富IoT数据和交互的表达能力，以改善大型系统的互操作性。
一段时间以来，我们一直在意识到语义互操作性是实现大规模物联网部署的关键技术。特别是，它是构建在IoT之上的自主智能系统的促成因素。我们还看到，互操作性问题非常具有挑战性，并且需要一种技术来解决由此带来的若干挑战。解决语义互操作性的努力在不断发展，最近，一个新的计划已经开始，该计划着重于跨生态系统的互操作性。
