Taxonomy and Software Architecture for Real-Time Context-Aware Collaborative Smart Environments

Abstract

The widespread of Internet of Things (IoT) and the price reduction and ubiquity of telecommunications has led to the emergence of smart environments where devices are becoming increasingly smarter and everything is connected and from which society aims to benefit. The data obtained from IoT is rapidly processed in various domains for the achievement of smart cities and societies. However, in many cases, applications are not contextualized by using data from outside the domain but are only contextualized using data from the domain itself, missing the opportunity for further contextualization. The lack of common criteria for the integration of data from different application domains is one of the main reasons that significantly hinders the integration of third-party data into real-time processing and decision-making systems and thus, the context awareness of developed applications. Although the use of several taxonomies and ontologies for context awareness in various application domains have been proposed, in many cases they are highly domain specific and/or difficult to integrate with other systems, which makes it challenging to facilitate data sharing between different systems and their processing to achieve enhanced context awareness. We aim to contribute to the addressing of these limitations through a reusable and extensible multi-domain taxonomy targeted to collaborative IoT and smart environments, which is also automatically integrated into a software architecture with real-time complex event processing technologies. The proposed solution has been illustrated through a case study and performance tests have been carried out in different computing capacity scenarios, showing its feasibility and usefulness.

La generalización del Internet de las Cosas (IoT) y la reducción de precios y ubicuidad de las telecomunicaciones ha llevado a la aparición de entornos inteligentes donde los dispositivos se están volviendo cada vez más inteligentes y todo está conectado, y de lo cual la sociedad espera beneficiarse. Los datos obtenidos de IoT se procesan rápidamente en varios dominios para el logro de ciudades y sociedades inteligentes. Sin embargo, en muchos casos, las aplicaciones no se contextualizan utilizando datos de fuera del dominio, sino que solo se contextualizan utilizando datos del propio dominio, perdiendo la oportunidad de una mayor contextualización. La falta de criterios comunes para la integración de datos de diferentes dominios de aplicación es una de las principales razones que dificulta significativamente la integración de datos de terceros en sistemas de procesamiento y toma de decisiones en tiempo real y, por lo tanto, la conciencia de contexto de las aplicaciones desarrolladas. Aunque se han propuesto varias taxonomías y ontologías para la conciencia de contexto en varios dominios de aplicación, en muchos casos son altamente específicas del dominio y/o difíciles de integrar con otros sistemas, lo que dificulta la compartición de datos entre diferentes sistemas y su procesamiento para lograr una mayor conciencia de contexto. Nuestro objetivo es contribuir a abordar estas limitaciones a través de una taxonomía multidominio reutilizable y extensible dirigida a IoT colaborativo y entornos inteligentes, que también se integra automáticamente en una arquitectura de software con tecnologías de procesamiento de eventos complejos en tiempo real. La solución propuesta ha sido ilustrada a través de un estudio de caso y se han realizado pruebas de rendimiento en diferentes escenarios de capacidad de cómputo, mostrando su viabilidad y utilidad.