本發(fā)明涉及一種用于尤其是在自動化技術(shù)的設(shè)備中集成語義數(shù)據(jù)處理的方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中公知了基于微控制器工作的現(xiàn)場設(shè)備或設(shè)備、例如自動化技術(shù)中或車輛中的集成傳感器、執(zhí)行器和控制單元。在自動化設(shè)施的復(fù)雜性升高的過程中所形成的增加的需求是，給設(shè)備配備將以結(jié)構(gòu)化的并且可解釋的形式的數(shù)據(jù)與語義描述一起進(jìn)行處理的能力，并且因此尋求與“語義網(wǎng)”的原理類似的數(shù)據(jù)處理。

尤其是尋求在設(shè)備中的語義數(shù)據(jù)處理，以便使設(shè)備的開發(fā)變得容易、避免或識別在運行時的故障、以及用于通過對設(shè)備進(jìn)行最優(yōu)的參數(shù)化來優(yōu)化自動化設(shè)施。

尤其是在高要求的信息處理領(lǐng)域中廣泛流行的語義數(shù)據(jù)處理基于本體論來運行。所述本體論應(yīng)當(dāng)被理解為針對所限定的知識領(lǐng)域（亦稱一個或多個域（domain））的一種知識表示，其目標(biāo)是以機器可讀的方式交換和使用知識。本體論提供的廣泛可能性是形成在所述域的類（概念（concept））之間的特性（關(guān)系（relation）），并且本體論提供了對于語義數(shù)據(jù)處理所需的方法。由于本體論的數(shù)據(jù)技術(shù)的強大，利用所述本體論的工作需要相對應(yīng)地資源強大的計算環(huán)境。

已經(jīng)做出的考慮是，將語義網(wǎng)的技術(shù)轉(zhuǎn)用于設(shè)備的語義數(shù)據(jù)處理和其它自動化組件。但是，由于設(shè)備的資源有限，基于本體論對語義數(shù)據(jù)的處理被淘汰。尤其是，在所提及的有限的資源的情況下，將比較小的存儲區(qū)域、小的通信帶寬、以及資源弱的cpu或微控制器稱作中央計算單元。

與此相應(yīng)地“更輕的”（輕量化的）語義數(shù)據(jù)處理基于名為“資源描述框架（resourcedescriptionframework）”或rdf的公知的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型rdf具有基于定向的圖形的形式語義。數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)被建模為三元組（tripel）。所述三元組應(yīng)當(dāng)被理解成一種由主語、謂語和賓語構(gòu)成的基本陳述。為了存儲rdf三元組，公知有在業(yè)界也被稱作語義庫（semanticrepository，語義知識庫）或三元組庫的概念。在配備有限的存儲空間供應(yīng)和計算能力供應(yīng)的設(shè)備中，該三元組庫通常也被稱為μrdf。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)格式“有效xml交換（efficientxmlinterchange）”（縮寫為exi）特別適合于在設(shè)備上實現(xiàn)μrdf。

在現(xiàn)有技術(shù)中，公知有用于規(guī)定數(shù)據(jù)格式和對于數(shù)據(jù)的處理所需的方法的描述語言。一種公知的描述語言是“可擴展標(biāo)記語言（extensiblemarkuplanguage）”（縮寫為xml），利用所述“可擴展標(biāo)記語言”，以文本格式或明文（plaintext）來描述在等級上結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。描述語言xml被用于在計算機系統(tǒng)之間不依賴于平臺地交換數(shù)據(jù)。由于xml的文本屬性，所述xml不僅能由機器來讀入，而且能由人來讀入。此外，還公知有用于描述結(jié)構(gòu)并且用于限定數(shù)據(jù)類型的模板（schemata）。這些模板基于諸如xml的描述語言并且因而也被稱作描述語言模板。用于xml數(shù)據(jù)的應(yīng)用的模板也被稱作xml模板限定（schemadefinition）或xsd。

常常需要在計算機系統(tǒng)之間的快速的數(shù)據(jù)交換和/或快速的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，它們不能以諸如xml的文本描述語言來實現(xiàn)。因而，曾提出了xml的二進(jìn)制表示。這種二進(jìn)制表示是上面提及的交換格式exi，所述交換格式exi與基于文本的xml數(shù)據(jù)相比可以更快地被處理，并且在計算機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換時需要更少的傳輸帶寬。此外，exi的應(yīng)用不僅僅限于xml的二進(jìn)制表示，exi可以作為交換格式被用于處理和傳送任意的半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。

二進(jìn)制表示exi尤其是在設(shè)備中使用時發(fā)揮出優(yōu)點。所述設(shè)備可以被設(shè)立用于在設(shè)備內(nèi)部處理以基于文本的xml格式或也以交換格式exi的數(shù)據(jù)，但是通常基于二級制數(shù)據(jù)、尤其是按照exi規(guī)范的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來通過相對應(yīng)的通信接口使這些數(shù)據(jù)彼此交換。

當(dāng)已經(jīng)限定了對語義表示或數(shù)據(jù)的描述進(jìn)行最好地映射的exi語法時，二進(jìn)制表示exi是特別有效的。所述語法通常從上面闡述的xml模板中生成。該語法例如關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)類型被構(gòu)造得越具體，對語法的編碼及其實現(xiàn)就越有效并且越緊湊。

不過，設(shè)備的語義描述目前在大多數(shù)情況下是不可用的。目前，這種描述僅僅嘗試性地以開發(fā)工具（engineeringtool）特別地（adhoc）予以限定，其中語義描述通常只以專有格式留在開發(fā)工具環(huán)境中。

與此相應(yīng)地，值得期望的是，將例如來自自動化領(lǐng)域的流行的本體論用在設(shè)備的實現(xiàn)或開發(fā)中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種裝置，所述裝置使得能夠從描述語言模板中生成語法，尤其是用來在資源弱的設(shè)備中使用，其中至少部分地根據(jù)至少一個本身被設(shè)置用于資源強的計算環(huán)境的本體論來集成對設(shè)備的運行方式的語義表示。

該任務(wù)通過具有專利權(quán)利要求1的特征的方法來解決。

根據(jù)本發(fā)明的方法規(guī)定了一種用于在設(shè)備中、尤其是在自動化技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備中集成語義數(shù)據(jù)處理的方法。在此，執(zhí)行下列步驟：

-提供描述語言模板，用來限定語義庫；

-提供本體論，用來對設(shè)備的運行方式和/或數(shù)據(jù)進(jìn)行語義表示；

-從本體論將至少一個類與至少一個被分配給所述類的特性一起讀入，并且將相對應(yīng)的模板聲明插入到描述語言模板中；

-從描述語言模板中生成語法；并且

-將語法集成在設(shè)備中。

根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，使用現(xiàn)有的用于限定語義庫的通用的描述語言模板，作為初始基礎(chǔ)。該描述語言模板優(yōu)選地基于名為“資源描述框架”或rdf的公知的數(shù)據(jù)模型。描述語言模板或模板適合于在配備有有限存儲空間供應(yīng)和計算能力供應(yīng)的設(shè)備（諸如現(xiàn)場設(shè)備）中實現(xiàn)三元組庫或μrdf。根據(jù)本發(fā)明，描述語言模板至少部分地增加有本體論的用于對設(shè)備的運行方式進(jìn)行語義表示的內(nèi)容。在此，本體論的類與至少一個被分配給所述類的特性一起從本體論中提取，被改造成相對應(yīng)的模板聲明，并且所述模板聲明被插入到所述描述語言模板中。如下子類也屬于所述類，所述子類通過特性或關(guān)系（relation）“是...的子類（subclassof）”而從屬于一個類。在插入至少一個模板聲明之后存在的描述語言模板在后續(xù)的描述中也被稱作“經(jīng)擴展的”或“具體的”描述語言模板，因為來自本體論的設(shè)備描述的集成導(dǎo)致更深入地考慮到設(shè)備的規(guī)范的語言描述模板。緊接著，從描述語言模板中生成一個或多個語法、優(yōu)選地按照標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)格式“有效xml交換”（縮寫為exi）的語法，所述語法集成在設(shè)備中地、也就是說作為控制軟件的部分地被加載。

本發(fā)明的一個特別的優(yōu)點在于，可以從“具體的”描述語言模板中生成語法，該語法允許緊湊得多的語義數(shù)據(jù)處理，并且也允許現(xiàn)場設(shè)備彼此之間或者現(xiàn)場設(shè)備與自動化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)處理的緊湊性允許更快的語義數(shù)據(jù)處理。另一方面，該緊湊性也導(dǎo)致更小的數(shù)據(jù)包大小，所述更小的數(shù)據(jù)包大小降低了數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)包丟失的情況下必須重新被發(fā)送（重傳（re-transmissions））的概率。重傳的所述有利的減少對在多個現(xiàn)場設(shè)備彼此之間或者現(xiàn)場設(shè)備與自動化系統(tǒng)之間的通信方面的網(wǎng)絡(luò)充分利用有積極作用。

本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，根據(jù)本發(fā)明所生成的語法的實現(xiàn)要求更少的存儲空間，因為所述語法比如下語法包含更少的基于文本（基于字符串（stringbased））的要素名稱（標(biāo)識符（identifier）），所述語法不曾在應(yīng)用結(jié)構(gòu)化的設(shè)備描述（如其提供本體論的那樣）的情況下生成。根據(jù)本發(fā)明的語法受系統(tǒng)制約地允許通過數(shù)據(jù)類型編碼（類型編碼（typecoding））來替代這些基于文本的要素名稱。

此外，該任務(wù)還通過具有專利權(quán)利要求12的特征的計算機程序產(chǎn)品來解決。計算機程序在供應(yīng)計算機的處理器、尤其是用于研發(fā)現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部軟件的開發(fā)系統(tǒng)中被運行，所述計算機程序隨著所述運行而實施該方法。

本發(fā)明的其它的設(shè)計方案是從屬專利權(quán)利要求的主題。

附圖說明

在下文，依據(jù)附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明的其它實施例和優(yōu)點。在此：

圖1示出了用于限定語義庫的語法的狀態(tài)圖；

圖2示出了用于對設(shè)備的運行方式進(jìn)行語義表示的示例性的本體論的示意圖；以及

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明擴展的語法的示意圖。

具體實施方式

語義描述作為設(shè)備（諸如自動化設(shè)備或現(xiàn)場設(shè)備）的語義數(shù)據(jù)處理的前提目前僅能在早期遇到。目前的方案規(guī)定，在開發(fā)階段才借助于開發(fā)工具“手動地”輸入語義描述。

基于二進(jìn)制表示“有效xml交換”（縮寫為exi），也可以在資源弱的設(shè)備中實現(xiàn)語義描述，所述語義描述能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的“自描述”。因為目前在“語義網(wǎng)”的域或“鏈接數(shù)據(jù)（linkeddata）”域中不提供用于具體的xml模板的概念，所以在首次啟動時可能會選擇通用方案，所述通用方案按照exi協(xié)議對應(yīng)于無模板或“schemaless”的模板。不基于xml模板或從中生成的exi語法的所述方案由于不那么有效并且不那么緊湊的編碼而被證明為不利的。

與此相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的處理方式規(guī)定提供描述語言模板，用來限定語義庫。

在公知的數(shù)據(jù)模型“資源描述框架”或rdf上的語義庫規(guī)定以語義三元組對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模?；谠搑df，限定了描述語言模板、尤其是xml模板，所述描述語言模板以描述語言來映射語義三元組的結(jié)構(gòu)。在下文，以描述語言xml來示出示例性的描述語言模板：

聲明：

限定了復(fù)雜的類型，所述復(fù)雜的類型這里實現(xiàn)了狀態(tài)自動機。具有“rdf”和嵌套的“描述”聲明的“根”聲明對應(yīng)于“缺省”rdf框架。

聲明：

被設(shè)置，以便可以對在運行時間出現(xiàn)的任意的“屬性（property）”要素進(jìn)行編碼。

在圖1中示出了通用exi語法的狀態(tài)圖，作為從上面描述的描述語言模板中生成的結(jié)果。在此，示出了確定性自動機或確定性有限自動機（deterministicfiniteautomaton）（也縮寫為dfa），在所述確定性自動機或確定性有限自動機中圓形的圖像映射狀態(tài)。事件或events（在圖中為ev）導(dǎo)致在狀態(tài)之間的或者在相同的狀態(tài)之內(nèi)作為循環(huán)的箭頭形地示出的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。最終狀態(tài)用雙圓周線來示出。

上面描述的聲明：

在此導(dǎo)致在中間的層內(nèi)示出的rdf語法（rdfgrammar），而上面描述的聲明：

在此導(dǎo)致在最上面的層內(nèi)示出的描述語法（descriptiongrammar）。在最下面的層上的根語法（rootgrammar）是語法的起點。

現(xiàn)在，基于從上面示出的用于限定語義庫的描述語言模板中生成的所述通用語法，可以用該通用語法來映射任意的語義描述。例如，可以設(shè)置下列三元組：

所述三元組限定了溫度傳感器和濕度傳感器的結(jié)構(gòu)化的表示。

溫度傳感器或濕度傳感器在相應(yīng)的三元組中對應(yīng)于主語，測量值或“value”對應(yīng)于溫度傳感器或濕度傳感器可以提供的特性、即謂語，具體的測量值、在上面例如“8.4”或“79.2”對應(yīng)于三元組的屬性。

從中生成的語法的exi表示會得出下列表示：

00'temperature（溫度）'typeresource'sensor'value'8.4'01'humidity（濕度）'0103'79.2'

在下文加下劃線的編號

00'temperature'typeresource'sensor'value'8.4'01'humidity'0103'79.2'

是來自按照圖1的語法的基于位的事件編碼（eventcodes），在那里例如參見事件（events或“ev”）ev(00)、ev(0)和ev(1)。

在下文加下劃線的片段：

00'temperature'typeresource'sensor'value'8.4'01'humidity'0103'79.2'

是屬性的值或所述屬性的屬性要素名稱。如果相同的屬性要素名稱重復(fù)出現(xiàn)，則出于數(shù)據(jù)壓縮的原因使用數(shù)值標(biāo)識符而不是文本屬性要素名稱，這里例如針對“sensor（傳感器）”使用“0”。為了映射屬性要素名稱而維護(hù)自己的映射表。

在下文加下劃線的片段：

00'temperature'typeresource'sensor'value'8.4'01'humidity'0103'79.2'...

是（新的）屬性要素名稱的值。如果相同的屬性要素名稱重復(fù)出現(xiàn)，則出于數(shù)據(jù)壓縮的原因使用數(shù)值標(biāo)識符而不是屬性要素名稱，這里例如針對“type（類型）”使用“0”、針對“resource（資源）”使用“1”并且針對“value（值）”使用“3”。

現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定：如下地導(dǎo)致要從上面示出的描述語言模板中生成的語法的進(jìn)一步的具體化，其方式是，將用于對設(shè)備的運行方式進(jìn)行語義表示的本體論的要素列入到描述語言模板中。本體論要素的列入通過將相對應(yīng)的模板聲明集成到描述語言模板中來實現(xiàn)。

設(shè)備（例如現(xiàn)場設(shè)備）具有固定的運行方式，所述固定的運行方式具有確定的固定的并且已知的參數(shù)和數(shù)據(jù)。對該運行方式的描述至少部分地由本體論來映射。按照本發(fā)明，基于所述本體論的描述，本體論的語義信息以模板聲明來映射。這樣擴展的描述語言模板被轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)擴展的、“具體的”語法。所述具體的語法在編碼的效率和緊湊性方面導(dǎo)致明顯的提高。例如，所述具體的語法導(dǎo)致：通用數(shù)據(jù)特性（如上面所示出的屬性要素“value”）在運行時不必以基于文本的形式來傳輸和管理。一般而言，所述具體的語法導(dǎo)致：以基于文本的形式的值、例如“sensor”一般可以被避免。

因此，根據(jù)本發(fā)明，本體論用于生效目的的迄今為止存在的應(yīng)用以本體論的用于生成具體的語法的有利的應(yīng)用來擴展，所述具體的語法導(dǎo)致有效的數(shù)據(jù)處理。

下列信息可以根據(jù)本體論的語義信息以模板聲明來映射：

-rdf框架（要素/屬性，如rdf、描述（description）、關(guān)于（about）、類型（type），等等）；

-特性、尤其是“數(shù)據(jù)屬性”和“對象屬性”，包括它們的標(biāo)識符或要素名稱在內(nèi)；

-所述特性的所使用的數(shù)據(jù)類型；

-類的名稱；和/或

-名稱空間。

接著，從這樣以本體論的語義信息來擴展的用于限定語義庫的描述語言模板中生成語法、尤其是exi語法。該語法被集成到設(shè)備、尤其是現(xiàn)場設(shè)備中。緊接著，在傳輸數(shù)據(jù)和內(nèi)部語義數(shù)據(jù)處理時實現(xiàn)更緊湊的表示。此外，語義數(shù)據(jù)的處理由于被加速的解析過程而變得更有效，并且存儲器使用被大大減少。

圖2示出了用于對設(shè)備的運行方式進(jìn)行語義表示的示例性的本體論的示意圖。在該本體論中，通過圓圈象征性地表現(xiàn)兩個類thn、sns。所述兩個類或“概念”中的第一類sns與所述兩個類thn、sns中的第二類thn通過特性子類（sub-class）或“關(guān)系（relation）”scl相關(guān)聯(lián)，所述特性說明了兩個類thn、sns之間的關(guān)系。此外，針對第一類sns，限定了特性val或“屬性”，所述特性val或“屬性”被分配給數(shù)據(jù)類型flt。該對象類型flt也稱作“類型（type）”或“范圍（range）”。

在下文，所述示例性的本體論的之前的結(jié)構(gòu)性描述用所述本體論的具體的要素來描述。第一類傳感器（sensor）sns通過關(guān)系“為...的子類”scl被分配給第二類“事物（thing）”thn。第二類事物形成在本體論中從一開始就設(shè)置的（缺?。╊?，所述（缺?。╊愋纬闪送ㄓ酶?。通過關(guān)系“為...的子類”scl，從所述關(guān)系中形成子類（subclass）傳感器sns。該類sns具有特性“值（value）”val，所述“值（value）”val限定了數(shù)據(jù)類型flt。數(shù)據(jù)類型flt作為浮點數(shù)或“float（浮點數(shù)類型）”存在。

以本體論描述語言owl或網(wǎng)絡(luò)本體論語言（webontologylanguage）對按照圖2的示例性的本體論的限定的內(nèi)容如下：

在用于限定按照圖2的本體論的本體論描述語言的所述部分中，限定了如下傳感器類，所述傳感器類是事物的子類。傳感器類具有特性（數(shù)據(jù)屬性（dataproperty））“value（值）”，所述特性（數(shù)據(jù)屬性（dataproperty））“value（值）”具有范圍“float（浮點數(shù)類型）”。

類“事物”由如下行

來限定，類“傳感器”由如下片段：

作為類“傳感器”來限定，所述類“傳感器”作為sub-klasse或子類通過關(guān)系或特性“是...的子類（subclassof）”被分配給上級類“事物”。一般而言，子類也是類。

根據(jù)本體論或本體論描述語言，將類和子類與分配給所述類和子類的特征一起從本體論中讀入，并且將相對應(yīng)的模板聲明插入到下列經(jīng)擴展的描述語言模板中。

具有rdf和嵌套的“描述”聲明的“根（root）”聲明如在上面的例子中那樣對應(yīng)于“缺省”rdf框架。

這里所示出的經(jīng)擴展的描述語言模板與上面的描述語言模板的重要的區(qū)別在于：經(jīng)擴展的描述語言模板、現(xiàn)在具體的特性或?qū)傩裕ㄈ纭皌ype（類型）”和“value（值）”）從本體論中插入到要素的“描述”模板聲明中。

特性“type（類型）”明確地被聲明為“type（類型）”要素，并且配備有如下指令：僅僅允許指派在本體論中限定的類、即“事物（thing）”和“傳感器（sensor）”。

所述選擇通過借助于枚舉的、更準(zhǔn)確地說枚舉指令的聲明來實現(xiàn)。

類似地明確的聲明針對另一特性“value（值）”來進(jìn)行，所述特性“value（值）”類似于本體論（在那里在片段數(shù)據(jù)類型屬性（fragmentdatatypeproperty）中）作為基于浮點數(shù)類型的要素來聲明：

一般而言，數(shù)據(jù)類型（即除了浮點數(shù)類型（如float）之外也包括布爾型（boolean）、整數(shù)型（integer）等等）的聲明從本體論中被引用到模板聲明中。

現(xiàn)在，按照圖3，從所述經(jīng)擴展的描述語言模板中生成根據(jù)本發(fā)明擴展的語法。現(xiàn)在，所述經(jīng)擴展的語法包含來自本體論或來自所制訂的經(jīng)擴展的描述語言模板的具體的信息。

在層“描述語法（descriptiongrammar）”中設(shè)置兩個狀態(tài)“type（類型）”和“value（值）”，用來映射語義信息。

現(xiàn)在，在將已經(jīng)在上面闡述的用于限定溫度傳感器和濕度傳感器的語義描述：

映射到經(jīng)擴展的語法時，得出下列exi表示：

00'temperature'0'8.4'1'humidity'0'79.2'...

這里易于直接理解的是，所述exi表示比上面所示出的兩行的exi表示緊湊得多，所述兩行的exi表示是在不結(jié)合本體論的情況下規(guī)定了通用語法的應(yīng)用的。這清楚地表明利用本發(fā)明的裝置來實現(xiàn)的編碼的優(yōu)秀的緊湊性。

通用要素（如“type（類型）”和“value（值）”）現(xiàn)在不再存在，而是間接地包含在語法中。此外，已知的類名稱（如“sensor（傳感器）”）可以通過枚舉映射被映射在描述語言模板中，使得只須傳輸所述類名稱的枚舉值，所述枚舉值可以在編程層被用于處理。在下文通過下劃線強調(diào)的0對應(yīng)于枚舉值“sensor（傳感器）”）：

00'temperature'0'8.4'1'humidity'0'79.2'...。

根據(jù)本發(fā)明的一個設(shè)計方案，應(yīng)用exi的混合方案。該方案不僅允許根據(jù)一個或多個本體論制訂經(jīng)擴展的語法，但是狀態(tài)“xs:any（xs:任何）”同時還可以保留在這種語法中，以便對其它也許還未知的本體論進(jìn)行編碼。為了確保狀態(tài)“xs:any”保留在語法中，如下聲明：

保留在用于限定語義庫的描述語言模板中。借此確保了：可以對在運行時間出現(xiàn)的任意的“屬性”要素進(jìn)行編碼。