GB-T 44283-2024物联网 语义互操作实现框架.docx

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1、ICS35.110CCS1.79中华人民共和国家标准GB/T442832024物联网语义互操作实现框架Internetofthings-Frameworkforsemanticinteroperationimp1.ementation2024-08-23发布2025-03-01实就国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会前宫I莅围I2规他性引用文件13术语和定义I4缩略语I5物联网系统语义互操作实现框架26谐义模型26.1 概述26.2 语义标注36.3 讲义管理36.4 诺义推理46.5 语义查询47语义模型部詈47.1 应用部署47.2 拓展部部48语义互操作信息记录59谓义互操作维护51

2、0语义互操作协商510.1 连接参数苏商510.2 数据交互协商610.3 诺又表示协商6耐录A（资料性）本体开发7参考文献10本文件按照GB,T1.1-2020标准化工作导则第I部分：标准化文件的结构和起草规则，的规定起草，请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别。利的贲任。本文件由全国信息技术标准化技术委员会（SACTC28）提出弁归口.本文件起草单位IIft庆加电大学、中国电子技术标准化研究院、重庆邮电大学工业互联网研究院、深圳赛西信息技术有限公司、江苏霭西科技发展有限公司、山东省计算中心（国.家超级计算济南中心）、工因特（Jft庆）科技仃限公司、无锄物联网产业研究

3、院、江苏中天科技股份有限公司、北京东土科技股份有限公司、京庆市短址和标掂化研究院、北京邮电大学、中国石油天然气股份行限公司长庆油田分公司、中国南方电网有限费任公司超高压输电公司、中移（杭州）伯息技术有限公司、成都秦川物联网科技股份有限公司、江苏思行达信息技术有限公司、上海天臣似纳米科技股份有限公司广东省I：业边缘智能创新中心仃限公司、浙江鼎日科技股份有限公司、无搐物联网创新中心有限公司、安徽电信规划设计有限责任公司、西安电子科技大学.本文件主要起草人：取道梁、王晓春、杨宏、就旻、i新波、苏静茹、卓兰、陈志刚、乔楠、张爱、汪晶晶、李刚、黄庆卿、加雄、吴明娟、张祖、葛永新、孙旭、张程、余能超、高伟

4、东、赵松、刘汝超、王宁、施超、梁永增.树永强,张旭、周立雄，王博、黄少婕、章军辉、庄宝森、刘琼、王柚柚.陟破民.物联网语义互操作实现框架本文件给出了物联网系统语义互操作实现框架，描述了实现语义互操作的语义模型和语义模型部署、语义互操作信息记录、语义互操作维护、语义互操作协商等基本操作，本文件适用于物联网系统语义互操作的设计与实施。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。下列术语和定义适用于本文件.语义信息semanticinformation数据所携带的具有明确含义和上下文关系的信息.语MantiCi11terc)erticn在特定额域背景中,物联刈实体对交互数据的含义进行解析并响应的过程.

5、物联网实体IoTnti(y参与到物联网系统中的物理实体。注；包括!如设备、网关、应JR系统等,来源：GB/T41782.12022,3.8,有修改J语义模S1.MMnantkr11km1cI面向知识共享的具备领域知识表达和交互机制的模型.本体Onto1.Ogy使用计算机能处理的语言对特定知识泳域内的实体及其相互关系的具体描述.来源：1S0/1EC19763-3:2020.3.3.1.1.(下列缩略语适用于本文件.JSONJavaScript对象表示法(JaaScripObjectNotation)ORSD本体局求规格说明书(Onto1.CgyRequirementsSpecificationD

6、ocument)OW1.网络本体语工；(WebOnto1.ogy1.anguage)RDF资源描述梃架(ResourceDescrixionFramework)SPARQ1.SPARQ1.协议和RDF自询语言(SPARQ1.Protoco1.jukIRDFQuery1.anguage)XM1.可扩展过标语1(Extensib1.eMarkup1.anguage)本文件根据GB/T41782一2022对语义亚操作的描述，构建语义互操作实现框架,见图I.其中：语义模型包含谙义互操作所需的功能模块，足实现物联N语义互操作的核心：-谙义模型部署是将谙义模夔部署到物联同系统的操作,使系统具备语义表示和语

7、义处理能力：-义互操作信息记录是物联网系统对语义”操作过程中的相关信息进行记录的操作,为后续的语义互操作雄护提供信息支掠；语义互操作维护是对语义关系、推理规则等进行维护的操作，为语义模型的更新提供支推：-语义互操作协商是物联网系统之间通过协商在连接参数、数据交互、语义表示等方面达成一致的操作，使各物联网系统具备与其他系统语义互操作的能力.物IKM系统Mi义.慢作语文回押作将减粉联M语义U.提作QSt律及的Kc或*恭探作：比现液方向.m甯义互掾作实珊改语义互操作包括物联网系统内语义互操作和物联网系统间语义互操作：一物联网系统内语义互操作涉及语义模型部誉、语义互操作信息记录、语义互操作维护等范本操

8、作，使系统能范于语义模型以一致的方式解析和处理来自内部不同实体之间的交互数据，并将机器可理解的语义信息反馈给相应实体，进而使系统具备内部实体之间语义互操作的能力：-物联网系统间语义互操作涉及交互的物联网系统内的语义模型部署、语义互操作信息记录、语义互操作维护等基本操作，以及交互的物联网系统间的语义互操作协商。交互方之间通过语义互操作协商,在连接参数、数据交叮.、语义表示等方面达成一致，使交互方能将趋于各自的语义模型解析和处理来自其他系统的实体的交互数据.并将机潺可理解的谱义信息反馈给本系统的相应实体，进而使各系统具备与其他系统语义互操作的能力.6语义布6.1 皿语义模型的功能模块包括语义标注、

9、语义管理、语义推理、谱义查询等,功能描述如下.a)语义标注：用于对初联网系统及其相关期域信息进行描述、祖织和解作，b）语义管理：用于存储、合并、索引物联网系统及其相关领域的语义伯恩.c）语义推理：用于对已有的知识进行逻辑推埋或推断,如到新的知识或结论.d）语义置闻：用于识别杳询请求，并在知识诉中执行相应的含询捺作，将衣询结果反馈给用户。6.2 语义标注&2.1标注对象包括但不限于：a）实体信息，包活实体的类型（传感器、智能设卷等）、属性、功能等信息：b）数据信息，包活数据的类型（数值、文本、图形等）、单位、范明等信息：O事件信息.包活事件的类型（状态或位置变化等）、触发条件、发生时间等信息：d

10、）关系信息，包活实体之间的依赖关系、事件之间的因果关系等信息.6.22语义标注通过本体为标注前象献于明确的语义含义，使其转化为语义信息，本体开发相关内容见附SftA,标注方法包括但不限于如下内容，G手动标注方法.b）自动标注方法：D基于规则的标注方法：2）基于机器学习的标注方法.6.3 语义anraa管理对象包括但不明T；a）本体：b）实例化数据：O推理现则：d）语义映射表（图）,&12X梃管埋操作及我方法包括但不限于如下内容.a）语义信息存储，基于图数据库以三元组（主体一请词-客体）的形式存储物联同系统及其相关领域的语义信息。b）语义伯.且合并.目的是对来自不同源的语义信息诳行整合，包括：D

11、通过计舞不同语义信息之间的语义相似度，确定需要合并的知识；2）通过择优或删除等方式对重左、不一致或矛盾的语义信息进行消歧：3）通过融合、对齐、交叉等策略.对多个语义信息进行集成C）谙义信息索引将知识库中概念、关系等的谙义信息提取出来.并建立索引以支持治义级别的检索.&4甯义撷I6.41MM*推理对象包括但不限于:a）概念；b）屈性,包括对象M性和数据屈性：c）关系包括等价关系、父子关系和实例关系等.&42推理方法包括但不限于：a）符号逻辑推理，通过逻卷规则和符号计算i行推理；b）关联规则推理，通过核掘数据中的关联关系进行推理；C）本体推理，通过本体的概念、属性、关系的定义进行推理：统计推理，通

12、过统计模型（猱率推理、概率推埋）和机器学习算法进行推理.6.5语义如&1实体信息，包括实体关联信息、实体属性信息、实体功能信息等；b）数据信息包括静态数据信息动态数据信息等.6.5.2Mi!tSX傩查询过程及其方法包括但不限于：a）指令解析，将用户查询请求解析为系统可执行的查询指令：b）谙义理艇,识别用户意图中的概念、随性及其关系.并转化为特定的谱义查询谙吉,包括RDF查询语言（如SPARQD或具他自定义的语义交询语言：c）谱义关联.招用户查询意图映射到底层知识库中对附的概念、关系或属性：僮询优化，通过森闻优化筋法和分布式杏血处理等技术手段提高杳询性能（如响应时间、准确性、完整性等）；O结果反

13、馈,将查询结果以易于理解和可视化（图形、表格等）的方式呈现给用户.7语义SffiM7.1语义模型中关键功能软件（如语义标注、语义推理等）Ur部署在相应的设饴上。当语义互操作各参与方的数据更新收为骄繁时,为提升互操作访问速发,关键功能软件可部署在云上.7.2 拓JRNV在现有的语义模型中拓展部署新的弁构物联网实体，包括如下四个步骤：幻异构物联网实体的语义注册：b）异构物联网实体概念的一,致性表述：O界构物联网实体所交互的实例化数据之间的对齐：d）部若完成和验证确认8语义互AfHIJB记录物联网系统可对语义互操作过程中的相关佰息进行记录，为后续分析、验证、审计和维护等提供依据.谙义互操作信息记录包

14、括但不限干以下内容.a）交互信息记录：1）交互标识记录：为跟踪和区分不同系统或设备的谱义交互记录交互过程分配的唯一标也符；2）交互类型记录：记录交互的类型，包括数据交换、信息传递和请求访问等：3）交互对象记求：i1.RN，发,是系统和接收系统的标识：4）交互数据记录：记录交互过程中涉及的具体数据内容.包括数据的名称、值和单位等：5）交互日志记录：以日志的形式描述交互过程，包括交汇的时间、标识、类型、数据和状态等.b）服务信息记录:D极务标识记录：为确认不同服务的名称和身份，记荥服务过程分配的唯一标识符：2）IM务类型记录：记录IM务的类型.包括设备控制、决策推理和知识查询等：3）服务内容记录：

15、记录服务的具体流程及结果,包括眼务发现、服务调用、服务响应和异常处理等：4）服务日志记录：以日志的形式描述极务过程,包括服务的时间、标识、类型、内容、状态和接口现愆等.9语义皿作纷为适应不断变化的环境和应用需求，可对语义及操作所涉及的语义模型、数据和协议等进行持续更新和维护，语义互操作维护的内容包括但不限于：a）程序维护,包活语义功能模块程序代码的错误修正、性能提升等：b）关系维护，包活由设法或知识库变动导致的语义关系更新、语义描述修改等；C）规则维护,包活推理规则的迭代更新和推理过程的调整优化等：d）数据维护,包活原始数楙和谙义实例化数据的笛份与恢红、清洗与校验等：c）协议维护，包活互操作过

16、程中各协议的优化、拓展和兼容性处理等.ioffxa三MV物联系统间语义互操作的连接参数协商内容包括但不限r：a）连接参数的值大小写敏感连接参数大小写不敬学：b）请求参数没有顺序要求,可任何次序给出：C）布尔参数用YES、YsON.TRUE、T或I衣示打开，用NO、N、OFF、FA1.SEF或。表示关闭：d）每个连接参数均有一个默认也.弁有明确的使用环境，在必要时使用命令或指定的程序选项来留战它。10.2 MSM物联网系统间谱义互操作的数据交互协商内容包括但不限干：a）数据交互过程所采用的通俗协议：b）数据交互模式（批量传输、实时流式传输或请求一响应模式）：c）交互数据的编码格式数据结构和字段定

17、义等：d）数据交互过程的参数,包括传/速率、数据包大小、压桶和加密等.10.3 语义表示协H物联网系统间谱义互操作的谱义表示协商包括但不限于以下内容.a）语义互操作参与方对语义表示方式（如本体）的一致性进行协商，b）语义互操作参与方根据对系统或设备谙义描述的差异情况构建语义映射衣（图），过程如下:D确定源i普义描述和目标语义描述时应的柢念和属性：2）确定映射关系类型,包括等价关系、父子关系和实例关系等：按照映射关系类型将概念或权性以表格、图形等形式呈现.附录A（资料性）水体开发A.1本体开发的其木JKJNA.I.1本体使清晰有效地改达所定义术语的预期含义.A.1.2CJRttMM本体术语的定义

18、是客观的、形式化的,且与背景独立.并能用自然语有说明.A.1.3ttt三M本体能支持与其定义一致的推理,其定义的公理及用自然语=说明的文档具有一致性.A.1.4最小本体制如M采用定义妁束最弱公理以及仅定义通讯所需词汇的方式来满足特定的知识扶字需求.A.1.5wr三三三M本体能为预期任务提供概念基刑，并支持在己行概念基础上定义新的术语，而不必修改已有概念的定义.A.1.6M中立性JM本体编码保持中立，旦假念的描述不依较某一种特殊符号层的表示方法。A.2本体开发去程A.2.1AE迷本体开发包括本体需求分析、本体构建、本体实例化、本体评估、本体序列化等步骤,本体开发流程如图A.I所示.BBA本体开发

19、充国A.2.2本体It来分析A.X2.1文相共享本体开发团队收集来自物岷网领域专家或用户的共享文档。文档包括但不限于手册、数据集、标准、AP1.规范和数据格式等.A.22.2用例R格说明本体开发团队收集本体开发可能使用的对物联网应用或流程的一般描述，这也描述通常由领域专家和软件开发人员用自然语言编写。A.2.2.3目的和范国识别本体开发团队与物联网检域专家或用户进行协作为每个需求用例定义本体或本体模块的目的和范闱.K2.2.4本体衢求建议由本体开发团队以共享文档作为输入，以需求问答的形式编写木体需求提案。收集需求的方法采用但不限于表格法，其中可包括以下字段：需求标识符、需求问答、出处信息（霰求

20、来源）、注择、与其他需求的关系、优先级和状态（建议，接受，拒绝.A.2.2.5本体开发团队与物联网领域专家或用户协作照证上一步定义的本体需求建议是否正确和完整.A.2.2.6ORSD的格式化ORSD由本体开发团队娟写，并就本体涌盅哪些需求与物联网领域专家或用户达成一致.其中ORSD包含以下方面：a待开发本体的目的、范围和详细程度；b）待开发本体的预期用途和用户。A23本体构A.2.3.1MM本体构建通常采用模块化的设F原则，根据知识范困的定义自顶向下把本体划分成若干模块，包括通用本体、跨域本体、领域本体,具体描述如下：a）通用本体涵装独立于特定问题或领域的一般概念：b）跨域本体与多个领域中的共

21、享任务或活动相关：c）领域本体描述了物联网领域应用功能：d）在保证各本体模块完整性的同时，维护本体模块之间的依梭处接.A23.2构步本体构建步骤如下：a）确定本体的领域和莅阳：b）确定己有本体庭用的可能性：c）列举本体中的重要术语：d）定义概念及概念之间的层次关系：e）确定各极会的M性：f）定义由性间的相互关系.A.2.4本体实例化本体实例化的内容包括：a）被细化并达到的小可行状态的本体可实例化成为用例或解决方案的一部分，口此本体通常采用实际环境中部弱的谀备来填充；b）从不同的传感器或网关本地收集原始数据.并通过谱义标注将其转换为对应本体的实例.A.2.5本体序为化为集成序列化的数据集，实例化的本体可被建模为特定数据格式，包括RDF/OW1.、JSON.XM1.或任何其他格式。A.2.6本体评估本体评估内容包括本体及其内在的旗城特征。评估标准包括准确性、完整性、简活性、适用性、清嘛度、计算效率和诙性等.为确保本体的有效性和适应性，评估结果可为本体构建提供4K导和反馈.考文RGBT41782.12022物联网系统互操作性第I部分：框架21SO!EC1976-3:2020InformationICChnO1.ogyMc1.amode1.frameworkforinteroperabi1.ity(MH)Part3:Mctamcxic1.foronto1.ogyregistration