Semantic interoperability layer for oBIX

Abstract

Die Integration verschiedener Building Automation Systems (BAS) Technologien ermöglicht es, die Gebäudeenergieeffizienz zu steigern und gleichzeitig den Bewohnerkomfort zu erhöhen. Web Services (WS) erlauben einen technologieunabhänigen Datenaustausch und gelten als vielversprechendes Vehikel um die Integration heterogener Systeme in das Internet of Things (IoT) voranzutreiben. Das Zusammenspiel von BASs und Smart Grids eröffnet großes Potential, um die Energieeffizienz zu steigern. Um dieses Potential zu realisieren, sollte der Großteil der Energie dann konsumiert werden, wenn genügend erneuerbare Energie produziert wird. Dafür bedarf es aber einer bidirektionalen Verbindung zwischen den Abnehmern und den Stromerzeugern, die aber durch eine Vielzahl heterogener Geräte, Protokolle und Technologien erschwert wird. open Building Information eXchange (oBIX) ist ein offener Standard, der einen technologieunabhängigen Zugang zu BASs bietet. Die Semantik der ausgetauschten Daten ist dennoch nicht explizit formalisiert und ist Gegenstand weiterer Interpretationen. Eine vollumfassende Integration verschiedener BASs kann aber nur unter der Voraussetzung gelingen, dass die ausgetauschten Daten semantisch konsistent sind. Semantische Interoperabilität erlaubt den Datenaustausch eindeutig bestimmter Daten innerhalb des IoT und erleichtert die Kommunikation zwischen den Dingen(things). Das Ziel dieser Arbeit ist es einen semantischen Interoperabilitätslayer für oBIX zu definieren. Ausgehend von typischen Anwendungsfällen aus der Gebäude- und Heimautomatisierung soll eine Web Ontology Languagy (OWL) Ontologie erstellt werden, die den Austausch semantisch konsistenter Daten unterstützt. In einem weiteren Schritt sollen die ausgetauschten Daten semantisch, mittels des Vokabulars der Ontologie, angereichert werden, damit eine Transformation vom oBIX Modell zu OWL möglich wird. Hierfür ist der Einsatz von XSLT angedacht. Nicht nur statische Daten, sondern auch Laufzeitdaten, wie aktuelle Sensorenwerte, sollen während der Transformation berücksichtigt werden. Um die Evaluierung zu erleichtern, soll ein Prototyp im Zuge dieser Arbeit erstellt werden.

The integration of different Building Automation System (BAS) technologies in cooperation with smart grids shows great potential for enhancing the energy efficiency of buildings and inhabitant comfort. In order to realize this potential, smart buildings should consume most of their energy when there is enough of renewable energy available and postpone or reduce their consumption otherwise. The communication between devices on the demand side the whole way up to power distributors is aggravated by a great diversification of BASs, which is caused by a variety of devices, protocols and technologies. Web Services (WS) provide a technology independent way of accessing data. Therefore, they represent a viable path to ease integration of various systems and technologies into an Internet of Things (IoT). The open Building Information eXchange (oBIX) is an open standard which offers a technology independent access to BASs and allows integration on a syntactical level by abstracting from different control protocols and network technologies. Still, the data exchanged does not necessarily bear the same semantics and thus requires further interpretation. In order to reach the goal of a comprehensive integration of different BAS technologies, this semantic incompatibility has to be resolved by enabling the distribution of semantically consistent data by various diversified devices. Semantic interoperability allows different interconnected agents to interpret the exchanged data without ambiguity and further empowers automated communication between things. The aim of this work is to provide a Semantic Interoperability Layer for the oBIX standard. Starting from a set of use cases describing typical home and building automation scenarios, an ontology shall be designed which will allow to exchange semantically consistent data across various BASs. The intention is to use the Web Ontology Languagy (OWL) for this task. An extension or integration of existing ontologies from the building automation sector should be considered. In a second step, the oBIX standard shall be enriched with meta-data annotations, whereby the semantic of these annotations should be taken from the created ontology in order to ensure consistent data across various devices. Further, a transformation from oBIX to OWL needs to be performed. Not only static data like e.g. the location of a sensor should be considered for the transformation but also runtime data, such as current sensor values. In order to ease the evaluation of the project, a working prototype shall be developed as part of this work.