Σημασιολογικό πλαίσιο για την αφαιρετικότητα αντικειμένων και εφαρμογών στο διαδίκτυο του μέλλοντος

Abstract

Η αλματώδης εξέλιξη των διαδικτυακών τεχνολογιών έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υποδομών που επιτρέπουν την διασύνδεση όλο και περισσότερων συσκευών και μηχανών στο διαδίκτυο. Ο θεαματικά αυξανόμενος αριθμός συσκευών και μηχανών με δυνατότητες διασύνδεσης στο διαδίκτυο έχει οδηγήσει στην εκκίνηση μιας νέας εποχής του διαδικτύου, που αναφέρεται ως το «Διαδίκτυο των Αντικειμένων» - “Internet of Things” (IoT), το οποίο και θα αποτελέσει κύριο κορμό του Μελλοντικού Διαδικτύου. Το μεγάλο πλήθος αντικειμένων, του πραγματικού κόσμου, που δύναται να γίνουν μέρος του IoT, η ποικιλία των δικτύων και των επικοινωνιών που θα πρέπει να υποστηρίζονται, καθώς και οι απαιτήσεις για την παροχή σύνθετων λειτουργικών δυνατοτήτων και IoT υπηρεσιών και εφαρμογών, απαιτούν τον σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την χρήση νέων τεχνολογιών που θα καταστήσουν δυνατή την αποτελεσματική διαχείριση ετερογενών IoT υποδομών. Η «αφαιρετικότητα» - “abstraction” αντικειμένων και εφαρμογών αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο για την αποτελεσματική υποστήριξη των απαιτήσεων στο IoT, πραγματοποιώντας την ιδέα κατά την οποία, κάθε αντικείμενο που είναι διαθέσιμο, προσβάσιμο και ελέγξιμο στον πραγματικό κόσμο, μπορεί να έχει μια σημασιολογικά εμπλουτισμένη «εικονική αναπαράσταση» – “virtual representation” στο IoT. Για την ανάπτυξη «εικονικών αναπαραστάσεων» - “virtual representations” απαιτείται ο συνδυασμός τεχνικών, μεθοδολογιών και τεχνολογιών από το πεδίο της «εικονικοποίηση» - “virtualization”, για την βασιζόμενη στο λογισμικό αφαιρετικότητα των αντικειμένων και των εφαρμογών, και της «Σημασιολογίας» - “Semantics”, για την ανάπτυξη σημασιολογικών περιγραφών των λειτουργικών δυνατοτήτων των εικονικοποιημένων οντοτήτων. Επιπλέον, η διαχείριση και αξιοποίηση των λειτουργικών δυνατοτήτων των εικονικών αντικειμένων, απαιτεί την εισαγωγή γνωσιακών τεχνολογιών διαχείρισης σε διαφορετικά επίπεδα λειτουργικότητας, κυμαινόμενα από το επίπεδο εικονικών οντοτήτων, στο επίπεδο υπηρεσιών και εφαρμογών. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, η παρούσα διατριβή εστιάζει στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη «Σημασιολογικού Πλαισίου για την αφαιρετικότητα αντικειμένων και εφαρμογών στο Διαδίκτυο του μέλλοντος». Ο αρχιτεκτονικός σχεδιασμός του προτεινόμενου πλαισίου συνδυάζει τεχνολογίες από το χώρο της «Σημασιολογίας» - “Semantics”, της «Γνωσιακής διαχείρισης» – “Cognitive Management”, καθώς και του πεδίου της «εικονικοποίησης»-“Virtualization” και κατ’ επέκταση από το χώρο του «Υπολογιστικού νέφους» - “Cloud Computing”. Τα παραπάνω τεχνολογικά πεδία συνθέτονται προκειμένου να δομήσουν μια καινοτόμο λύση που θα προκύψει ως αποτέλεσμα της παρούσας διατριβής. Στοχεύοντας στη επίτευξη αυτού του στόχου, το προτεινόμενο πλαίσιο εισάγει τις έννοιες της σημασιολογικής μοντελοποίησης και της εικονικοποίησης των αντικειμένων, ως τα στοιχεία που θα επιτρέψουν την αφαιρετικότητα και την ενοποίηση των λειτουργικών δυνατοτήτων των αντικειμένων του πραγματικού κόσμου, αναπτύσσοντας αφαιρετικές εικονικές αναπαραστάσεις που συμπληρώνονται από την σημασιολογική τους περιγραφή. Τα αρχιτεκτονικά δομικά τμήματα «Σημασιολογικής Αφαιρετικότητας και Εικονικοποίηση Αντικειμένων», και «Σημασιολογικού Συστήματος Αποθήκευσης», υποστηρίζουν την εικονικοποίηση και την διαχείριση των σημασιολογικών δεδομένων των σημασιολογικά εμπλουτισμένων εικονικών αναπαραστάσεων, αντιστοίχως. Η γνωσιακή διαχείριση των εικονικών αντικειμένων, υπό τις έννοιες της σύνθεσης και ανάπτυξης τους, καθώς και του ελέγχου τους, για την παροχή σύνθετων λειτουργικών δυνατοτήτων, επιτυγχάνεται από το δομικό τμήμα «Γνωσιακής Διαχείρισης και Σύνθεσης Εικονικών Αντικειμένων». Το τελευταίο δομικό τμήμα, σε συνδυασμό με αυτό της «Γνωσιακής Διαχείρισης Υπηρεσιών», επιτρέπουν την εισαγωγή δυνατοτήτων γνωσιακής διαχείρισης σύνθετων εικονικών οντοτήτων και υπηρεσιών από το προτεινόμενο πλαίσιο. Οι υπηρεσίες προκύπτουν ως αποτέλεσμα και βασίζουν τις λειτουργικές τους δυνατότητες στη σύνθεσης των εικονικών οντοτήτων, παρέχοντας σύνθετες λειτουργικές δυνατότητες που ικανοποιούν τις απαιτήσεις του IoT, υποστηρίζοντας επιπλέον την παροχή προηγμένων IoT εφαρμογών. Επιπροσθέτως, οι αρχές του «Υπολογιστικού Νέφους» υιοθετούνται στα πλαίσια του προτεινόμενου πλαισίου, επιτρέποντας την ανάπτυξη του ως Cloud-IoT υποδομή, εξασφαλίζοντας υψηλή διαθεσιμότητα, αποδοτικότητα και επεκτασιμότητα της υποδομής. Τέλος, βασικός στόχος αυτής της διατριβής είναι να επικυρώσει ότι το «Σημασιολογικό Πλαίσιο» είναι κατάλληλο για την αντιμετώπιση των προκλήσεων του «Μελλοντικού Διαδικτύου».