Integrazione del Web Semantico nei Sistemi Cyber-Fisici

alla metafora che ne viene rappresentata: ogni CPS infatti pu`o essere inter- pretato come l’ambiente in cui `e immerso l’agente (la nostra entit`a attiva), il quale dispone di opportune strumenti di percezione ed attuazione, il cui compito `e il controllo globale o locale del sistema.

3.2.1

Integrazione del Web Semantico nei Sistemi Cyber-

Fisici

Per realizzare appieno il potenziale dei Cyber Physical Systems le astrazio- ni di base dell’informatica in generale devono essere ripensate, chiaramente tramite miglioramenti incrementali. Perch`e vi sia una orchestrazione efficace dei processi software e fisici `e necessario ricorrere a modelli semantici che riflettano le propriet`a di interesse per entrambi.

Allo stato dell’arte, i dispositivi elettronici ed informatici a disposizione dell’uomo sono limitati nelle funzioni proprie di un sistema Cyber Fisico. In realt`a, la complessit`a nella progettazione di sistemi di questo tipo, cio`e context-aware, riguarda settori di ricerca che coinvolgono differenti domini. Infatti questi sistemi richiedono una conoscenza di elementi eterogenei che vanno dai sensori alle architetture hardware, dai sistemi di comunicazione ai modelli di rappresentazione dei dati.

Per arrivare ad ottenere sistemi del genere dobbiamo prima introdurre un altro concetto che `e quello di Smart Space. Ed `e altrettanto importante sot- tolineare che il concetto chiave che abilita l’esistenza di sistemi cos`ı complessi `

e il concetto di interoperabilit`a. La definizione proposta da Brownsword [43] si avvicina bene all’uso del concetto di interoperabilit`a trattata in questa tesi. Brownsword definisce l’interoperabilit`a come l’abilit`a di un insieme di entit`a in grado di comunicare di condividere specifiche informazioni e operare su queste informazioni in accordo con una determinata semantica. Questa definizione combacia con il nostro scopo dove le entit`a in grado di comuni- care sono dispositivi elettronici e persone e non `e specificato un determinato tipo di comunicazione. Un altro punto chiave di questa definizione che sar`a

fondamentale in questa tesi `e l’utilizzo di una semantica, cio`e il significato dell’informazione.

In questo lavoro sar`a considerata una netta distinzione tra i seguenti livelli concettuali di interoperabilit`a:

• Information level - per information (o semantic) interoperability si intende la condivisa comprensione del significato dell’informazione; • Service level - la service interoperability `e l’abilit`a di pi`u sistemi di

condividere, scoprire e comporre servizi;

• Communication level - la communication level `e intesa come l’intero- perabilit`a a livello OSI 1,2,3 e 4.

Questa tesi si focalizzer`a principalmente sul’interoperabilit`a semantica. Un ramo dell’intelligenza artificiale chiamato rappresentazione dell’informa- zione studia questa problematica da anni. Una parte dell’informazione chia- mata ontologia `e l’elemento pi`u all’avanguardia dell’ultimo decennio in questo campo. Nei prossimi capitoli si mostrer`a come le ontologie e le altre tecnolo- gie del web semantico (quali RDF) abilitano i sistemi cyber-fisici e gli smart spaces.

3.3

Smart Spaces

Prima di definire uno Smart Space (SS) `e necessario definire uno Smart Environment. Cook [44] definisce uno Smart Environment

Un sistema in grado di acquisire e applicare conoscenza su un ambiente e capace di adattarsi ai propri abitanti in modo tale da migliorare la loro esperienza in quell’ambiente.

Lo Smart Space `e una porzione fondamentale dello Smart Environment. Per SS intendiamo una rappresentazione digitale dell’informazione rappresentan- te il modo fisico e tale da offrire un’estensione per la ricerca dell’informazione

3.3.3 Smart Spaces 45

attraverso un Semantic Information Broker (SIB). La SIB `e un’entit`a (posta sull’information level) per la memorizzazione, la condivisione e la gestione dell’informazione dello SS.

L’informazione `e rappresentata nella SIB mediante un grafo che pu`o essere scritto e/o letto; l’informazione del grafo `e rappresentata mediante un’onto- logia per fornire univocamente significato all’informazione.

Gli Smart Spaces sono utilizzati per raccogliere dinamicamente dati lo- cali che portano informazione sul mondo reale (come la temperatura di una stanza, le condizione fisiologiche di un individuo, il traffico di una strada) e mettono a disposizione tali dati per applicazione che possono beneficiar- ne. Uno SS `e una parte di uno Smart Environment poich´e `e il componente centrale usato per condividere e memorizzare l’informazione che necessita di essere distribuita in un ambiente. Diversi progetti di ricerca su Smart En- vironment sono presenti in letteratura. Lo schema di Cook `e mostrato in Figura 3.2.

Figura 3.2: Schema di Smart Environment secondo Cook [44]

Alla base di uno SE `e presente un ambiente “connesso” che permette ai di- spositivi di comunicare facilmente. Sopra il livello di comunicazione, sensori

e attuatori permettono al sistema di comprendere ci`o che sta accadendo nel- l’ambiente per agire di conseguenza. Al centro di tutto si trovano dispositivi intelligenti, apparecchiature e, elemento pi`u importante di tutti, la persona che interagisce e vive nell’ambiente.

Come gi`a citato, diverse soluzioni sono gi`a presenti e consentono di costruire ambienti che rilevano l’utente mediante diverse tecnologie (video, audio,..) e forniscono vari servizi; il problema principale `e la mancanza di interopera- bilit`a avendo ogni realizzazione un proprio protocollo e modello di database per la rappresentazione dei dati.

Il potenziale offerto da questi device ha accresciuto l’interesse nel rendere questi dispositivi interoperabili. Allo stato dell’arte tuttavia, ogni device do- vrebbe implementare molteplici protocolli per comunicare con l’ambiente e con dispositivi diversi in domini diversi.

Un tentativo per definire e implementare un framework per l’interopera- bilit`a `e proprio il Semantic Web. La piattaforma Smart M3 che verr`a ora introdotta ne `e una possibile implementazione, e come vedremo consente a di- spositivi diversi di condividere ed accedere ad informazioni semantiche locali e remote.