Standardizacija

Standardi in specifikacije

Standardi in specifikacije podatkovnih modelov
Context Information Management (CIM); Use Cases (UC)

V letu 2018 je delovna skupina Industry Specification Group (ISG, celotno ime ETSI ISG CIM), ki deluje v okviru ETSI izdala dokument »Context Information Management (CIM); Use Cases (UC)«, ki se nanaša na tri področja:

  • pametna mesta in skupnosti (Smart Cities)
  • pametno kmetijstvo (Smart Agrifood)
  • pametne tovarne (Smart Industry)

Dokument obravnava koncepte, ki so značilni oz. osnovni za t.i. Cross-Cutting Context Information Management (C3IM) in uporabo v različnih primerih uporabe na zgoraj naštetih področjih.

C3IM je dejansko niz storitev t.i. C3IM platforme, ki so predvsem podatkovni register in storitve iskanja, objave, modificiranja ali naznanitve podatkov med viri podatkov in uporabniki podatkov. C3IM platforma tipično zbira podatke od IoT naprav, od drugih nizko-nivojskih platform, od crowdsourcing naprav, iz podatkovnih baz ter drugih virov in posreduje konsolidirane podatkovne nize preko t.i. NGDI-LD APIjev.

Dokument obravnava različne primere uporabe (use cases) v obliki entitetnih diagramov (Entities Instances Graph), opredelitve ključnih akterjev (Stakeholders), virov podatkov (Agents and Data Source), podvariant primerov uporabe in diagramov podatkovnih tokov (Information Flow Diagram). Podrobni podatkovni modeli v dokumentu niso prikazani.

Obravnavani so primeri uporabe s področja pametnih mest in skupnosti:

  • Primer uporabe 1: Izmenjava podatkov med sistemom za upravljanjem parkirišč in aplikacijami za upravljanje prometa.
  • Primer uporabe 2: Pametna javna razsvetljava
  • Primer uporabe 3: Upravljanje prometa v povezavi z zaračunavanjem taks zaradi kakovosti zraka, gneče in drugih KPI
  • Primer uporabe 4: Sistemi javljanja in ukrepanje v sili
  • Primer uporabe 5: Upravljanje optičnih kabelskih omrežij


Spletna stran: https://www.etsi.org/deliver/etsi_gr/CIM/001_099/0...


SAREF

SAREF (angl. kratica za Smart Appliances REFerence) je referenčna ontologija oz. skupni model, ki omogoča povezovanje različnih komponent (standardi, protokoli, podatkovni modeli) na področju pametnih rešitev. SAREF ontologija temelji na konceptu “naprave” (npr. stikalo), kjer so naprave otipljivi elementi namenjeni opravljanju ene ali več funkcij npr. v gospodinjstvu, javnih zgradbah, industrijskih stavbah itd. Ontologija SAREF opredeljuje osnovne funkcije, ki jih je mogoče kombinirati v bolj zapletene funkcije. SAREF ontologijo je iniicirala Evropska Komisija v sodelovanju z ETSI.

V okviru razširitev SAREF so bile v letu 2019 v okviru programa STF 534 (cilj ustvariti tri razširitve SAREF) dodane tudi razširitve ontologije za različne poslovne domene (npr. SAREF4CITY razširja ontologijo SAREF za domeno Pametna mesta).

Spletna stran: http://ontology.tno.nl/saref


SAREF4CITY specifikacija

V mesecu junij 2019 je ETSI tehnični komite ETSI SmartM2M izdal tri nove specifikacije na osnovi SAREF ontologije in sicer za področje pametnih mest (SAREF4CITY), za področje industrije in proizvodnje (SAREF4INMA ter za področje pametnega kmetijstva (SAREF4AGRI).

Spletna stran: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news...

Specifikacija SAREF4CITY (označena kot ETSI TS 103 410-4) je bila razvita ob sodelovanju različnih deležnikov, kot so druga standardizacijska telesa, iniciative, IoT platforme, Evropski projekti (SynchroniCity, ESPRESSO, Smart City Lighthouse projekti). Primeri uporabe vključujejo področja oziroma primere uporabe:

  • Primer uporabe 1: eZdravje in pametna parkirišča
  • Primer uporabe 2: kontrola onesnaženosti zraka in mobilnost
  • Primer uporabe 3: javna razsvetljava, kontrola onesnaženosti zraka in mobilnost

Spletna stran dokumenta:

https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/103400_103499...

Osnovni namen specifikacije SAREF4CITY je zagotoviti temeljne koncepte za podatke IoT v pametnih mestih in skupnostih. SARE4CITIY je t.i. OWL-DL (Web Ontology Language - Descriptic Logic) ontologija, ki razširja osnovno SAREF ontologijo ob uporabi drugih ontologij. Vključuje 31 razredov, pri čemer jih je 18 uporabljenih iz SAREF, 13 pa je na novo definiranih.

Ključne zahteve, ki so jih izrazili posamezni deležniki, so bile obravnavane v več skupinah:

  • Topologija (model prezentacije prostorskih objektov)
  • Administrativna območja (model opredeljevanja administrativnih območij znotraj mesta, povezan z modelom topologije)
  • Mestni objekt (model opredelitve različnih “mestnih objektov”, povezano z modelom topologije in modelom administrativnih območij)
  • Dogodek (model opredelitve dogodkov v pametnih mestih)
  • Meritev (model opredelitve različnih meritev)
  • KPI (model opredelitve ključnih kazalnikov uspešnosti)
  • Javna storitev (model opredelitve javnih storitev znotraj pametnega mesta )


FIWARE katalog podatkovnih modelov

FIWARE podatkovni modeli so izdelani pod okriljem ETSI ISG CIM iniciative z namenom lažje uporabe konceptov linked data. Temeljijo na JSON-LD sintaksi in so poimenovani NGSI-LD (Next Generation Service Interfaces – Linked Data). Osnovni gradniki modela so: entitete, lastnosti entitet in relacije med entitetami.

Primarno so bili izdelani (vendar ne omejeni samo na) za uporabo na področju pametnih mest. Njihova uporaba je povezana s specifikacijo FIWARE NGSI 2.

FIWARE podatkovni modeli so dostopni na spletni strani https://www.fiware.org/developers/data-models/.

Podatkovni modeli so prikazani po skupinah:

  • Alerts
  • Parks & gardens
  • Environment
  • Point of interest
  • Civic issue tracking
  • Street lighting
  • Device
  • Transportation
  • Indicators
  • Waste management
  • Parking
  • Weather


IoT Big Data Harmonised Data Model (GSMA)

Trenutno zadnja verzija dokumenta z naslovom »IoT Big Data Harmonised Data Model« je bila izdana 19.junija 2018 in je označena z verzijo 5.0. Dokument je nastal pod okriljem svetovne asociacije mobilnih operaterjev GSMA (Global System for Mobile Communications). V dokumentu so opredeljeni podatkovni modeli s področja IoT Big Data. Izdelano so bili ob sodelovanju mobilnih operaterjev in so kolikor je to mogoče usklajeni z drugimi podobnimi industrijskimi standardi oz. specifikacijami, npr. oneM2M, Smart Home 2, OASC for Smart Cities 3, schema.org4.

Dokument »IoT Big Data Harmonised Data Model« predstavlja skupaj z dokumentom »IoT Big Data NGSIv2 Profile« enega od ključnih okvirov, kako naj mobilni operaterji pristopajo k izgradnji rešitev s področja IoT.

Dokument govori o »harmoniziranih« podatkovnih modelih, ki so usklajeni med udeleženci projekta imenovanega »IoT Big Data Ecosystem Project«. Harmonizirane definicije entitet naj bi bile objavljene in dostopne preko GSMA IoT Big Data API imenika.

Harmonizirani podatkovni modeli so izdelani za različna področja: kmetijstvo, avto-mobilnost, okolje, industrija, pametna mesta in pametni dom.

Podatkovni modeli uporabljajo JSON specifikacijo, specifikacijo NGSIv2 6 in schema.org specifikacijo. Dokument v začetnem delu opredeljuje generični entitetni podatkovni model, ki omogoča enoten način določitve vseh obravnavanih entitet.
SynchroniCity podatkovni modeli

Podatkovni modeli, ki se razvijajo v okviru projekta SynchroniCity so osrednja točka t.i. SynchroniCity medopravilnostnega okvira in so dejansko konkretizacija minimalnih interoperabilnostnih mehanizmov (angl. Minimal Interoperability Mechanisms) iniciative OASC. Ti mehanizmi so poznani pod kratico MIMs in jih OASC promovira kot enostavne in transparentne mehanizme, ki jih lahko vsako mesto (večje ali manjše) hitro uporabi in s tem doseže hitrost in odprtost pri uvajanju inovacij, pri čemer se manjšajo stroški in neučinkovitost. V praksi se MIMs realizirajo kot niz APIjev za dostop do podatkov, vsebinska opredelitev podatkov, lahko tudi skupna platforma za shranjevanje in posredovanje podatkov.

Podatkovni modeli SynchroniCitiy so objavljeni v okviru GitLab repozitorija (POVEZAVA). Vsi podatkovni modeli so objavljeni pod CCA 4.0 licenco.

Repozitorij vsebuje JSON sheme in dokumentacijo podatkovnih modelov za pametna mesta, ki so bili razviti v sodelovanju z OASC (zato se imenujejo tudi OASC SynchroniCitiy podatkovni modeli). Podatkovni nizi so objavljeni preko t.i. SynchroniCity Context Management API, ki sicer temeljijo na standardu FIWARE NGSI v2.

Osnova za oblikovanje OASC SynchroniCity podatkovnih modelov je katalog podatkovnih modelov FIWARE, ki ga je razvila FIWARE skupnost.

Razvita so tudi priporočila za oblikovanje novih podatkovnih modelov v okviru GitLab repozitorija (POVEZAVA).



Standardi in specifikacije aplikativnih vmesnikov
FIWARE NGSIv2 API

Pametna mesta izmenjujejo informacije o dogajanju na ulicah (npr. Stanje prometa, kakovost podatkov o zraku, razpoložljiva parkirišča ali lokacijo). Te informacije, ki opisujejo trenutno dogajanje, se imenujejo "kontekstne informacije".

API FIWARE NGSI v2 je RESTful API, ki aplikacijam omogoča posodobitve in dostop do kontekstnih informacij. Namenjen je upravljanju celotnega življenjskega cikla informacij o kontekstnih informacij, vključno s posodobitvami, poizvedbami, registracijami in naročninami.

NGSI v2 je v resnici podatkovni model, vendar je hkrati uporabljen tudi kot definicija REST API programskega vmesnika, zato je obravnavan pod razdelkom aplikativnih vmesnikov.

NGSI v2 je v resnici podatkovni model, vendar je hkrati uporabljen tudi kot definicija REST API programskega vmesnika, zato je obravnavan pod razdelkom aplikativnih vmesnikov.

NGSI-LD API

NGSI-LD je evolucijsko izboljšavo informacijskega modela NGSI v2, ki je bil spremenjen za izboljšanje podpore povezanih podatkov (odnosi entitet), grafov lastnosti in semantike (izkoriščanje zmogljivosti, ki jih ponuja JSON-LD). Razvoj je potekal v okviru pobude ETSI ISG CIM, posodobljena specifikacija pa je bila označena pod imenom NGSI-LD. Glavni konstrukti NGSI-LD so: entiteta (ang. entity), lastnost (ang. property) in razmerje (ang. relationship). Subjekti NGSI-LD (primerki) so lahko obravnavani bodisi kot lastnost bodisi kot razmerje.

V smislu tradicionalnega podatkovnega modela NGSI v2 lahko lastnosti entitete obravnavamo kot kombinacijo atributa in njegove vrednosti. Razmerja omogočajo vzpostavitev povezav med primerki z uporabo povezanih podatkov.

NGSI-LD je v resnici podatkovni model, vendar je hkrati uporabljen tudi kot definicija REST API programskega vmesnika, zato je obravnavan pod razdelkom aplikativnih vmesnikov.

TM Forum Business API Ecosystem

Nabor TM Forum Open API-jev je bil razvit v sodelovanju, da bi dramatično izboljšal poslovno in informacijsko sposobnost ter interoperabilnost. Odklepa številne priložnosti za rast ponudnikov komunikacijskih storitev (CSP) ter njihovih partnerjev in dobaviteljev ekosistema z omogočanjem partnerstva in spodbujanja inovacij. Omogoča tržno izpostavljanje in unovčevanje novih izdelkov in storitev, hkrati pa zmanjšuje zapletenost in stroške poslovanja ter krajša čas prihoda novih storitev na trg.

Business API Ecosystem je skupna komponenta, sestavljena iz FIWARE Business Framework in niza API-jev (in njegovih referenčnih izvedb), ki jih ponuja TMForum. Komponenta omogoča monetizacijo različnih vrst sredstev (digitalnih in fizičnih) v celotnem življenjskem ciklu storitve, od ponudbe do ustvarjanja, obračunavanja in poravnave prihodkov ter delitve. Business API Ecosystem izpostavlja celotno funkcionalnost preko standardnih API-jev TMForum; konkretno vključuje upravljanje kataloga, upravljanje naročil, upravljanje zalog, upravljanje uporabe, obračuni, stranke in API-ji strank.



Podatkovne specifikacije EU direktive INSPIRE

Evropska direktiva INSPIRE (POVEZAVA), ki je bil sprejeta leta 2007, predstavlja osnovni okvir za medopravilnost prostorskih podatkov na področju Evropske unije. Direktiva je usmerjena v vsebine, ki so povezane z okoljskimi problematikami in vključuje 34 tematik.

Tematike EU INSPIRE direktive:
I. skupina:
1. referenčni koordinatni sistemi
2. geografska koordinatna mreža
3. zemljepisna imena
4. prostorske enote
5. naslovi
6. katastrske parcele
7. prometno omrežje
8. hidrografija
9. zavarovana območja

II. skupina:
1. digitalni model reliefa
2. pokrivnost tal
3. ortofoto
4. geologija

III. skupina:
1. statistične enote
2. stavbe
3. tla
4. dejanska in namenska raba prostora
5. zdravje in varnost prebivalstva
6. komunalne in javne storitve
7. naprave in objekti za spremljanje okolja
8. proizvodni in industrijski objekti in naprave
9. objekti in naprave za kmetijstvo in ribogojstvo
10. porazdelitev prebivalstva – demografski podatki
11. območja upravljanja/zaprta območja/regulirana območja in poročevalske enote
12. območja nevarnosti naravnih nesreč
13. ozračje
14. meteorološke značilnosti
15. oceanografske značilnosti
16. morske regije
17. biogeografske regije
18. habitati in biotopi
19. porazdelitev vrst
20. energetski viri
21. mineralni viri

Glavni namen direktive je vzpostavitev »skupne« infrastrukture za prostorske podatke, kjer vsaka država članica obvezno zagotovi svoj del infrastrukture, ki je povezana v skupno Evropsko infrastrukturo – EU INSPIRE geoportal (POVEZAVA). INSPIRE infrastruktura je tudi tehnična osnova za vse več obveznih poročanj držav članic EU v različne poročevalske sisteme EU (predvsem s področja okolja).

INSPIRE infrastruktura vključuje še nekaj komponent, ki zagotavljajo interoperabilnost prostorskih podatkov, predvsem je potrebno omeniti več-jezikovni register (POVEZAVA), ki vsebuje register aplikacijskih shem, register šifrantov, register objektnih tipov itd.

Tehnično temelji INSPIRE na omrežnih storitvah za iskanje (search), pregled (view) in prenos (download) prostorskih podatkov. Te storitve temeljijo na mednarodnih standardih W3C, ISO in OGC (POVEZAVA). Posamezne OGC storitve tipa CSW (Catalogue Service for the Web), WMS (Web Map Service) in WFS (Web Feature Service) so podrobno opredeljene v tehničnih specifikacijah.
Zaradi obširnega pravnega okvira in zelo podrobnih tehničnih specifikacij, je spreminjanje pravil in prilagajanje novejšim tehnološkim konceptom relativno počasno, kar je ena od glavnih pomanjkljivosti direktive. Trenutno so v pripravi dopolnitve INSPIRE tehnične infrastrukture, kjer se predvideva uporaba nove družine OGC standardov - OGC API (POVEZAVA), kar bo omogočalo izvedbo storitev prenosa s sodobnimi REST API vmesniki.

V slovenski pravni red je direktiva INSPIRE prenesena z Zakonom o infrastrukturi za prostorske informacije – ZIPI (POVEZAVA).

Zbirke podatkov in povezane storitve za področje države so dostopne v Slovenskem INSPIRE (SI) metapodatkovnem sistemu (POVEZAVA). Zbirke podatkov, ki sodijo v INSPIRE okvir so na voljo na tej POVEZAVI. Omrežne storitve povezane s temi zbirkami pa so na voljo na tej POVEZAVI.

Te zbirke in storitve so preko sistema »harvesting« prenesene tudi v EU INSPIRE geoportal (POVEZAVA), kjer so zbrane zbirke in storitve vseh držav članic EU. Omenjeni metapodatkovni sistem je povezan tudi s portalom Portal odprtih podatkov Slovenije – OPSI (POVEZAVA).

Praktična vrednost INSPIRE infrastrukture je predvsem pri izvajanju čezmejnih projektov, kjer je to zelo dobra osnova za osnova za harmonizacijo zbirk podatkov. Na osnovi prostorskih podatkov, ki so dostopni v harmonizirani INSPIRE obliki, je mogoče zagotoviti storitve in aplikacije, katerih uvedba je mogoča na širšem področju EU.