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摘要：層次化編碼方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)以及物流及產(chǎn)品追溯相關(guān)應(yīng)用中，但是對于工廠生產(chǎn)制造過程的數(shù)字對象如何進(jìn)行高效編碼仍有局限性。本文提出一種層次化的面向制造的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識設(shè)計方法，能夠有效地將制造企業(yè)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分層定義，以支撐企業(yè)與用戶之間、企業(yè)與企業(yè)之間及企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交互與溝通。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；層次化標(biāo)識設(shè)計；標(biāo)識解析；數(shù)據(jù)處理

Abstract: Hierarchical coding has been widely used in the Internet, Logistics and product tracing related applications. However, there are still limitations on how to efficiently code digital objects in factory manufacturing process. This paper proposes a hierarchical method for manufacturing-oriented
industrial Internet identifier design, which can effectively define the data information hierarchically. Consequently, the data interaction and communication between enterprises and users, enterprises and enterprises, and within the enterprises will go on wheels.

Key words: Industrial Internet; Hierarchical identification design; Identifier resolution; Data processing

1　引言

層次化標(biāo)識方法具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)清晰、邏輯性強(qiáng)、解析過程簡單快速、信息容量大的特點(diǎn)，作為傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的重要組成部分，在互聯(lián)網(wǎng)中起著連接服務(wù)地址與用戶請求的重要作用，并已成功廣泛應(yīng)用。DNS（Domain Name System）是互聯(lián)網(wǎng)上一種典型的層次化編碼解析體系，用以實(shí)現(xiàn)資源尋址。DNS是互聯(lián)網(wǎng)中最重要的解析協(xié)議之一，用于域名與IP地址之間的相互映射，通過DNS將域名映射為具體的IP地址，如圖1所示。

圖1 DNS域名IP映射示例

DNS采用樹形結(jié)構(gòu)的域名來代替主機(jī)名，并基于分層次的編碼規(guī)則來實(shí)現(xiàn)域名到IP地址的尋址過程，這樣的方法提高了查詢和管理的效率^[1]；DNS包裹了三個主要組成部分，分別為域名空間和資源記錄、名字服務(wù)器以及解析器；其中域名空間是采用樹形的分層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示，頂層節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)，然后下面是頂級域、第二層域、子域^[2-3]等。名字服務(wù)器是用于給域名空間結(jié)構(gòu)和信息進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存；解析器是對名字服務(wù)器進(jìn)行信息抽取。

圖2 DNS樹狀域名空間

DNS實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)中域名與IP地址之間的尋址，面向的是互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)資源，隨著物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，需要將數(shù)字對象，包括物理資源、數(shù)據(jù)資源等一系列的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行信息標(biāo)識，傳統(tǒng)的DNS不能直接用于對這類信息的標(biāo)識尋址。因此國內(nèi)外開展了其他面向數(shù)字對象的標(biāo)識體系研究。

2　國內(nèi)外現(xiàn)有標(biāo)識解析體系

在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，標(biāo)識解析體系可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)對象進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識。標(biāo)識解析體系包括了兩方面內(nèi)容：一是標(biāo)識編碼，通過標(biāo)識編碼將數(shù)據(jù)對象進(jìn)行唯一的身份標(biāo)識；二是解析系統(tǒng)，通過標(biāo)識編碼，對數(shù)據(jù)對象進(jìn)行唯一性的定位和信息查詢，是實(shí)現(xiàn)全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的精準(zhǔn)對接、產(chǎn)品的全生命周期管理和智能化服務(wù)的前提和基礎(chǔ)。為此，國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)開始了標(biāo)識解析體系的設(shè)計與研究，包括DONA（Data-Oriented Network Architecture）、美國統(tǒng)一代碼委員會、國家OID注冊中心、中國物品編碼中心等，形成了包括Handle、EPC（Electronic Product Code）、OID（Object Identifier，對象標(biāo)識符）、Ecode等典型的標(biāo)識解析體系。

Handle系統(tǒng)是一套全球分布式的管理系統(tǒng)，目前由DONA基金會進(jìn)行管理和運(yùn)營。Handle主要用于數(shù)據(jù)對象的標(biāo)識注冊、解析與管理。Handle的編碼結(jié)構(gòu)分為權(quán)威域（前綴）/本地命名（后綴）。權(quán)威域可下轄若干子權(quán)威域，自左向右用“.”隔開。前綴后綴之間用“/”分隔。通過Handle解析系統(tǒng)可以將Handle的標(biāo)識碼進(jìn)行解析，映射到具體的IP地址以及相關(guān)的標(biāo)識信息，如圖3所示。

圖3 Handle標(biāo)識解析系統(tǒng)映射機(jī)制

EPCglobal是由國際物品編碼協(xié)會和美國統(tǒng)一代碼委員會成立的非盈利性組織。EPCglobal負(fù)責(zé)EPC標(biāo)識編碼的分配與管理以及EPC相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。EPC編碼具有唯一性、簡單性、可擴(kuò)展性以及保密性和安全性等特點(diǎn)，編碼用途是將單品信息進(jìn)行唯一化標(biāo)識，編碼內(nèi)容包括版本號、域名管理、對象分類以及序列號，如圖4所示。版本號為采用的EPC標(biāo)識體系的版本號，域名管理表示產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)信息，對象分類標(biāo)識產(chǎn)品所屬的種類，序列號為產(chǎn)品對應(yīng)的序列號信息。

圖4 EPC編碼內(nèi)容

OID是由ISO/IEC、ITU共同提出的標(biāo)識機(jī)制^[4]，我國于2006年開始運(yùn)營和管理國家OID注冊號。OID標(biāo)識方案為分層結(jié)構(gòu)，在該分層結(jié)構(gòu)下，信息客體由構(gòu)造名稱唯一地進(jìn)行標(biāo)識，該構(gòu)造名稱由從樹根到葉子節(jié)點(diǎn)的部件組成。由于從根節(jié)點(diǎn)到每個節(jié)點(diǎn)在注冊機(jī)構(gòu)分配的值中是唯一的，故構(gòu)造名稱唯一。OID編碼體系具有良好的可擴(kuò)展性，且其分層次編碼的結(jié)構(gòu)有利于分級管理和分布式維護(hù)。OID編碼中不同層次之間用“.”分隔，例如“2.16.156”為 OID 編碼體系中為中華人民共和國分配的編號，如圖5所示。

圖5 OID編碼分層結(jié)構(gòu)圖示例

以上的標(biāo)識解析系統(tǒng)設(shè)計，本質(zhì)上都是基于層次化的編碼設(shè)計思想來實(shí)現(xiàn)，但是對于工廠生產(chǎn)制造過程的數(shù)字對象尚無相應(yīng)的分層策略，本文提出一種層次化的面向制造的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識設(shè)計，能夠有效地將制造企業(yè)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分層定義，利于企業(yè)之間、企業(yè)與用戶之間的數(shù)據(jù)交互與溝通。

3　面向制造的層次化標(biāo)識方法設(shè)計

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，采用分層次的方法來定義對象的標(biāo)識編碼體系是一種廣泛應(yīng)用的方法。但是目前對于工廠生產(chǎn)制造過程來說，并沒有一個統(tǒng)一的分層方法。因此提出面向工廠生產(chǎn)過程的層次化分層方法，按照文獻(xiàn)5對工業(yè)生產(chǎn)層次的分層，將企業(yè)劃分為一個或幾個現(xiàn)場的集合體進(jìn)行整體劃分考慮，企業(yè)還可以下設(shè)現(xiàn)場、區(qū)域、過程組元、單元、裝置模塊以及控制模塊等分層結(jié)構(gòu)，如圖6所示，結(jié)合工廠生產(chǎn)制造過程，在分層結(jié)構(gòu)中，單元部分為必有項(xiàng)，其他內(nèi)容為可選項(xiàng)。同時裝置模塊中和控制模塊支持自包含。通過上述七層的工廠劃分，其場景基本涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)中的全流程，對其中各場景的數(shù)據(jù)進(jìn)行分層編碼標(biāo)識，能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)從生產(chǎn)、制造到銷售的全流程的數(shù)據(jù)對象信息標(biāo)識。

圖6 面向工廠生產(chǎn)過程的層次化分層方法

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，使用層次化的數(shù)據(jù)標(biāo)識來實(shí)現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)信息的標(biāo)識和統(tǒng)一化命名；該數(shù)據(jù)標(biāo)識的編碼規(guī)則以符號“IMP：”開始，長度是不定長的，其主體部分包括了企業(yè)（enterprise）、現(xiàn)場（field）、區(qū)域（domain）、過程組元（process_component）、單元（unit）、裝置模塊（device_module）、控制模塊（control_module）以及版本號（version），其中各個部分通過“|”進(jìn)行區(qū)分，如果某一層結(jié)構(gòu)為空，則用“null”替代；所有的內(nèi)容不區(qū)分大小寫，圖7為面向工業(yè)生產(chǎn)過程的層次化編碼規(guī)則。

圖7 面向工業(yè)生產(chǎn)過程的層次化編碼規(guī)則

面向工業(yè)生產(chǎn)過程的層次化編碼的例子如圖8所示，其中86.1000為企業(yè)名稱；field001為企業(yè)現(xiàn)場代碼；KQ_domain為區(qū)域名稱；assemble_process為過程組元名稱；temperature_monitor為單元名稱；temperature_sensor為裝置模塊；switch為控制模塊；20181227為版本號。

圖8 面向工業(yè)生產(chǎn)過程的層次化編碼示例

4　結(jié)論

以DNS為代表的層次化標(biāo)識解析體系已經(jīng)成功應(yīng)用于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)資源定位與尋址，但是其在應(yīng)對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對象標(biāo)識方面具有明顯的不適應(yīng)性。因此國內(nèi)外開展了針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)識體系設(shè)計，這些體系基本沿用層次化標(biāo)識編碼思想，但是對面向工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的分級方法考慮有限。本文提出了一種面向工廠生產(chǎn)的層次化標(biāo)識編碼設(shè)計方法，可覆蓋包括產(chǎn)品生產(chǎn)制造等在內(nèi)的全流程，是對將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程的有力補(bǔ)充。

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作者簡介：

劉陽，中國信息通信研究院工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)研究所副總工程師，博士。主要從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究工作，涉及標(biāo)識解析服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、邊緣計算、語義等方面。

摘自《自動化博覽》2019年3月刊