TIÊU CHUẨN QUỐC GIA
TCVN 13813-3:2025
ISO/IEC 21823-3:2021
INTERNET VẠN VẬT (IOT) - TÍNH LIÊN TÁC ĐỐI VỚI HỆ THỐNG IOT - PHẦN 3: TÍNH LIÊN TÁC
NGỮ NGHĨA
Internet of things (IoT) - Interoperability for IoT system - Part 3: Semantic interoperability
Lời nói đầu
TCVN 13813-3:2025 hoàn toàn tương đương với ISO/IEC 21823-3:2021.
TCVN 13813-3:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/JTC 1 “Công nghệ thông tin” biên
soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng quốc
gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
Lời giới thiệu
Việc sử dụng Internet vạn vật (IoT) đang tăng lên hàng năm, trong các lĩnh vực ứng dụng như sản
xuất, chăm sóc sức khỏe và các ứng dụng liên miền mới liên quan đến đô thị thông minh (ví dụ: nước,
năng lượng, giao thông hoặc y tế). Hầu hết các hệ thống IoT đều chia sẻ thông tin, điều này có thể
thực hiện được thông qua tính liên tác. Do đó, cần có các cơ chế về cách trao đổi thông tin và sử
dụng dữ liệu liên quan và mô tả dữ liệu.
Tính liên tác IoT được mô tả là tương tác thành công giữa các thực thể được quy định trong TCVN
13117 (ISO/IEC 30141) [1], ví dụ giữa các dịch vụ IoT do các nhà cung cấp dịch vụ IoT khác nhau
cung cấp. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng mô hình đa phương diện tính liên tác được
định nghĩa trong TCVN 13813-1 (ISO/IEC 21823-1), trong đó định nghĩa năm khía cạnh: tính liên tác
vận chuyển, cú pháp, ngữ nghĩa, hành vi và chính sách.
Tính liên tác ngữ nghĩa IoT là khía cạnh cho phép trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống IoT bằng cách sử
dụng các mô hình thông tin dữ liệu đã hiểu (hoặc ý nghĩa ngữ nghĩa). Theo một sách trắng mới được
công bố [2]:
"Tính liên tác ngữ nghĩa đạt được khi các hệ thống tương tác gán cùng một ý nghĩa cho một phần dữ
liệu được trao đổi, đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu trên các hệ thống bất kể định dạng dữ liệu
riêng lẻ. Tính nhất quán về ý nghĩa này có thể được bắt nguồn từ các tiêu chuẩn hoặc thỏa thuận có
sẵn về định dạng và ý nghĩa của dữ liệu hoặc có thể được bắt nguồn theo cách động bằng cách sử
dụng các từ vựng được chia sẻ dưới dạng sơ đồ và/hoặc theo cách tiếp cận dựa trên bản thể học."
Như thể hiện trong Hình 1,
- tính liên tác ngữ nghĩa có nghĩa là thông tin trong các mô hình thông tin dữ liệu khác nhau có thể
được dịch thành ý nghĩa dễ hiểu và trao đổi giữa các ứng dụng;
- tính liên tác ngữ nghĩa cung cấp khả năng cho các ứng dụng hiểu được thông tin được trao đổi;
- tính liên tác ngữ nghĩa cho IoT đạt được bằng cách sử dụng các dịch vụ và bằng cách sử dụng tri
thức và khái niệm cụ thể về IoT.
Hình 1 - Phương diện liên tác ngữ nghĩa cho IoT
Tính liên tác ngữ nghĩa đạt được thông qua việc sử dụng siêu dữ liệu hoặc mô tả dữ liệu. Phương
pháp cung cấp dữ liệu và mô tả đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống CNTT. Hai ví dụ là:
a) lược đồ khái niệm đã được sử dụng để mô tả nội dung cơ sở dữ liệu;
b) Bố cục bản ghi đã được sử dụng để hiển thị nội dung của bản ghi cơ sở dữ liệu.
Như thể hiện trong Hình 2, nhiều dịch vụ được gọi bởi tính liên tác ngữ nghĩa liên quan đến siêu dữ
liệu, do đó cho phép khám phá, hiểu và (tái) sử dụng.
Hình 2 - Sử dụng siêu dữ liệu trong tính liên tác ngữ nghĩa
Siêu dữ liệu cung cấp cho các hệ thống IoT sự hiểu biết chung về dữ liệu được trao đổi. Hình 3 cho
thấy cách ý nghĩa của dữ liệu được siêu dữ liệu xác định theo nhiệt độ phòng cụ thể (cột bên trái) và
cách dữ liệu được mô tả bằng siêu dữ liệu (cột bên phải).
Hình 3 - Ý nghĩa của dữ liệu, được mô tả bằng siêu dữ liệu
Tri thức mà siêu dữ liệu biểu diễn có thể được mô tả bằng cách sử dụng các thuật ngữ. Nói cách
khác, tính liên tác ngữ nghĩa cần có siêu dữ liệu được chia sẻ, rõ ràng, có thể hiểu được bằng máy,
để có thể thực hiện trao đổi thông tin bằng cách sử dụng siêu dữ liệu. Việc áp dụng ngữ nghĩa trong
IoT vẫn còn hạn chế vì hầu hết siêu dữ liệu được phát triển độc lập, khiến các thực thể hoặc ứng
dụng IoT khó có thể tương tác ngữ nghĩa. Trong tiêu chuẩn này, một cách tiếp cận dựa trên thuật ngữ
để tương tác ngữ nghĩa được quy định để thiết kế và chỉ định siêu dữ liệu, để các cảm biến, thiết bị,
hệ thống và dịch vụ có thể thể hiện thông tin và dữ liệu siêu dữ liệu bằng cách áp dụng các thuật ngữ
để đạt được tính liên tác ngữ nghĩa. Các bên liên quan mà tiêu chuẩn này hướng đến bao gồm các kỹ
sư bản thể học và kỹ sư hệ thống IoT đang xây dựng tính liên tác ngữ nghĩa cho các hệ thống IoT.
Tiêu chuẩn này cũng chỉ định các phương pháp và kỹ thuật để xây dựng tính liên tác ngữ nghĩa cho
các hệ thống IoT. Điều khoản 5 tập trung vào quy trình tương tác ngữ nghĩa IoT. Điều khoản 6 tập
trung vào quản lý vòng đời tương tác ngữ nghĩa IoT.
INTERNET VẠN VẬT (IOT) - TÍNH LIÊN TÁC ĐỐI VỚI HỆ THỐNG IOT - PHẦN 3: TÍNH LIÊN TÁC
NGỮ NGHĨA
Internet of things (IoT) - Interoperability for IoT system - Part 3: Semantic interoperability
1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này đưa ra các khái niệm cơ bản về tính liên tác ngữ nghĩa của hệ thống IoT, như được
mô tả trong mô hình đa diện của TCVN 13813-1(ISO/IEC 21823-1), bao gồm:
- yêu cầu của các thuật ngữ cốt lõi về tính liên tác ngữ nghĩa;
- các thực hành tốt nhất và hướng dẫn về cách sử dụng các bản thể học và phát triển các ứng dụng
dành riêng cho từng miền, bao gồm nhu cầu cho phép mở rộng và kết nối với các thuật ngữ bên
ngoài;
- xác định và chính thức hóa liên miền các thuật ngữ học để cung cấp khả năng sử dụng hài hòa các
thuật ngữ học hiện có;
- các thuật ngữ về IoT có liên quan cùng với nghiên cứu so sánh các đặc tính và phương pháp tiếp
cận về mặt tính mô-đun, khả năng mở rộng, khả năng tái sử dụng, khả năng mở rộng, tính liên tác với
các thuật ngữ cấp cao hơn, v.v.;
- các trường hợp sử dụng và kịch bản dịch vụ thể hiện sự cần thiết và yêu cầu về tính liên tác ngữ
nghĩa.
2. Tài liệu viện dẫn
Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu ghi
năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố thì áp dụng
phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
TCVN 13812 (ISO/IEC 20924), Internet vạn vật (IoT) - Từ vựng.
3. Thuật ngữ và định nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau đây.
3.1
Tính liên tác ngữ nghĩa (semantic interoperability)
Tính liên tác mà ý nghĩa của mô hình dữ liệu trong bối cảnh của một lĩnh vực chủ đề được các hệ
thống tham gia hiểu được.
[NGUỒN: 3.1.5, TCVN 13055:2020 (ISO/IEC 19941:2017), đã sửa đổi - Trong thuật ngữ, đã xóa “dữ
liệu”.]
3.2
Siêu dữ liệu (metadata)
Dữ liệu xác định và mô tả dữ liệu khác.
[NGUỒN: 3.2.74, ISO/IEC 11179-3:2013](1)(1)
3.3
Bản thể học (ontology)
Đặc tả những vật cụ thể hoặc căn bản, và mối quan hệ giữa các vật đó, trong một miền tri thức được
quy định.
CHÚ THÍCH 1: Đặc tả này có thể xử lý bằng máy tính.
[NGUỒN: 3.1.1.1, ISO/IEC 19763-3:2020]
4. Thuật ngữ viết tắt
ICT information and communication technology Công nghệ thông tin và truyền thông
IoT Internet of Things Internet vạn vật
PKI public key infrastructure Hạ tầng khóa công khai
5. Quá trình tính liên tác ngữ nghĩa IoT
5.1 Tổng quan
Tính liên tác ngữ nghĩa IoT cho phép trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống IoT bằng cách sử dụng các
mô hình thông tin dữ liệu đã hiểu (hoặc ý nghĩa ngữ nghĩa). Các mô hình như vậy dựa trên các bản
thể học, là các đặc tả có thể xử lý của các khái niệm và mối quan hệ liên quan đến các hệ thống IoT.
Lợi ích của tính liên tác ngữ nghĩa IoT là góp phần đáp ứng các thuộc tính của tính liên tác, khả năng
tái sử dụng, khả năng mở rộng hoặc độ tin cậy. Tính liên tác ngữ nghĩa IoT có các bên liên quan và
quan tâm sau:
a) kỹ sư bản thể học, những người tập trung vào phát triển bản thể học trong một bên quan tâm;
b) Kỹ sư hệ thống IoT, những người tập trung vào phát triển hệ thống IoT và tích hợp các khả năng
tính liên tác ngữ nghĩa trong một mối quan tâm.
(1)(1) Đã công bố TCVN 7789-3:2007 (ISO/IEC 11179-3:2003)
Như thể hiện trong Hình 4, tiêu chuẩn này cung cấp cho các kỹ sư bản thể học và kỹ sư hệ thống IoT
các yêu cầu và đặc tả về phương pháp để chuẩn bị và xây dựng tính liên tác ngữ nghĩa.
Hình 4 - Mục tiêu của tiêu chuẩn liên tác ngữ nghĩa
Có hai loại yêu cầu được xác định:
1) Yêu cầu về tính liên tác ngữ nghĩa của IoT, tập trung vào cách tạo mô hình thông tin dữ liệu, cách
phát triển và tích hợp khả năng diễn giải trong hệ thống IoT;
2) yêu cầu về vòng đời, tập trung vào việc quản lý phạm vi mô hình thông tin dữ liệu, thiết kế mô hình
thông tin dữ liệu và bảo trì mô hình thông tin dữ liệu.
5.2 Yêu cầu về quá trình tính liên tác ngữ nghĩa IoT
Các quá trình sau đây sẽ được thực hiện bởi các kỹ sư hệ thống IoT và kỹ sư bản thể học:
- tạo mô hình thông tin dữ liệu;
- tích hợp khả năng của tính liên tác ngữ nghĩa;
- hỗ trợ kỹ thuật liên tác ngữ nghĩa.
Bảng 1 cung cấp cho mỗi quá trình một danh sách các yêu cầu kèm theo lý do và sản phẩm công việc
có thể được sử dụng làm bằng chứng cho sự tuân thủ.
Bảng 1 - Yêu cầu về quá trình tính liên tác ngữ nghĩa IoT
Quá trình Yêu cầu Cơ sở lý luận Sản phẩm công việc
đạt kết quả
Tạo mô hình
thông tin dữ
liệu
Nắm bắt tri thức
chung bằng cách sử
dụng các bản thể học
chung
Hệ thống IoT dựa trên kiến trúc, khả
năng và phương tiện truyền thông chung,
ví dụ như cảm biến IoT, bộ thi hành,
cổng, thiết bị.
Mô hình thông tin dữ liệu
dựa trên tri thức chung
được thu thập và tư liệu
hóa trên hệ thống IoT
Nắm bắt tri thức
chuyên biệt về miền
bằng cách sử dụng
các bản thể học liên
miền
Hệ thống IoT có thể tập trung vào các
lĩnh vực cụ thể như giao thông, năng
lượng, y tế.
Mô hình thông tin dữ liệu
cụ thể theo miền trên hệ
thống IoT
Nắm bắt tri thức liên
miền sử dụng các
bản thể học liên miền
Hệ thống IoT có thể bao phủ liên miền. Ví
dụ, hệ thống IoT di động điện thuộc về
miền vận tải và năng lượng.
Mô hình thông tin dữ liệu
cụ thể liên miền trên hệ
thống IoT
Tích hợp
khả năng
Tính liên tác
ngữ nghĩa
Phát triển khả năng
hệ thống IoT để trao
đổi thông tin về tính
liên tác của thiết bị
IoT
Hệ thống IoT có thể sử dụng nhiều tham
số tính liên tác khác nhau bao gồm các
tham số kỹ thuật (ví dụ trình điều khiển,
giao thức) và các tham số ngữ nghĩa (ví
dụ khả năng ứng dụng). Việc trao đổi các
tham số như vậy có thể diễn ra bằng các
dùng siêu dữ liệu trước hoạt động danh
nghĩa thiết bị. Siêu dữ liệu có thể được
hiển thị dưới dạng lược đồ hoặc lược đồ
con hoặc bằng OWL/XML hoặc JSON-
LD.
Việc trao đổi có thể liên quan đến sự ủy
nhiên khi thiết bị IoT không thể cung cấp
khả năng trực tiếp.
Khả năng của hệ thống
IoT để trao đổi thông tin
về tính liên tác của thiết
bị IoT
Phát triển khả năng
của hệ thống IoT để
đàm phán các hồ sơ
tính liên tác
Hệ thống IoT có thể sử dụng nhiều đại
diện tri thức, cần có sự đồng thuận về đại
diện để sử dụng trao đổi thông tin. Cần
phải đàm phán để chấp nhận về mức độ
kiến thức ngữ nghĩa đang bị đe dọa, ví
dụ như sử dụng đại diện tham số và
chấp nhận hồ sơ tính liên tác.
Đàm phán có thể liên quan đến ủy quyền
khi thiết bị IoT không thể cung cấp khả
năng trực tiếp.
Khả năng của hệ thống
IoT đàm phán hồ sơ tính
liên liên tác
Xác thực và tích hợp
các khả năng khác
nhau để cho phép
tính liên tác của thiết
bị IoT
Hệ thống IoT tích hợp đa công nghệ cho
phép tính liên tác (ví dụ trình điều khiển,
giao thức, phần mềm trung gian) tương
ứng với các khía cạnh liên tác khác nhau.
Chúng cũng tích hợp nhiều hoạt động (ví
dụ khám phá, đàm phán) để cho phép
tính liên tác.
Thiết bị IoT cung cấp khả
năng liên tác tổng thể
Hỗ trợ kỹ
thuật liên tác
ngữ nghĩa
Cung cấp và áp dụng
các công cụ để đạt
được tính liên tác
ngữ nghĩa
Các kỹ sư cần các công cụ hỗ trợ như
khám phá và lựa chọn, ánh xạ, căn
chỉnh, hợp nhất và tích hợp bản thể học.
Lựa chọn các công cụ để
đạt được tính liên tác
ngữ nghĩa
5.3 Mô hình tính liên tác ngữ nghĩa IoT
Liên tác ngữ nghĩa IoT có thể được mô tả bằng hai mô hình: mô hình quá trình và mô hình sử dụng.
Mô hình quá trình tập trung vào cách tạo ra tính liên tác ngữ nghĩa. Mô hình sử dụng tập trung vào
cách sử dụng và trao đổi thông tin ngữ nghĩa.
Hình 5 cung cấp mô hình quá trình cho tính liên tác ngữ nghĩa IoT. Nó dựa trên giả định rằng tri thức
về tính liên tác được cung cấp dưới dạng có thể xử lý được như đồ thị tri thức, được xây dựng thông
qua các bản thể học. Các thực thể trong Hình 5 sẽ được mô tả thêm trong 5.4.1.
Hình 5 - Mô hình quá trình tính liên tác ngữ nghĩa IoT
Liên tác ngữ nghĩa của IoT liên quan đến các bên liên quan sau:
- kỹ sư bản thể học, những người tập trung vào phát triển bản thể học;
- Kỹ sư hệ thống IoT, tập trung vào việc phát triển hệ thống IoT và tích hợp khả năng liên tác.
Tính liên tác ngữ nghĩa của IoT bao gồm các quá trình sau.
a) Tạo lập tri thức ngữ nghĩa: mục đích của quá trình này là tạo thông tin ngữ nghĩa cho tính liên tác.
Quá trình này được thực hiện bởi các kỹ sư bản thể học và các kỹ sư hệ thống IoT. Đầu vào của quá