摘要：層次化編碼方法已經(jīng)廣泛應用在互聯(lián)網(wǎng)以及物流及產(chǎn)品追溯相關(guān)應用中，但是對于工廠(chǎng)生產(chǎn)制造過(guò)程的數字對象如何進(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)標識設計方法，能夠有效地將制造企業(yè)中的數據信息進(jìn)行分層定義，以支撐企業(yè)與用戶(hù)之間、企業(yè)與企業(yè)之間及企業(yè)內部的數據交互與溝通。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；層次化標識設計；標識解析；數據處理

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

層次化標識方法具有結構嚴謹清晰、邏輯性強、解析過(guò)程簡(jiǎn)單快速、信息容量大的特點(diǎn)，作為傳統互聯(lián)網(wǎng)架構的重要組成部分，在互聯(lián)網(wǎng)中起著(zhù)連接服務(wù)地址與用戶(hù)請求的重要作用，并已成功廣泛應用。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(guò)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(shù)形結構的域名來(lái)代替主機名，并基于分層次的編碼規則來(lái)實(shí)現域名到IP地址的尋址過(guò)程，這樣的方法提高了查詢(xún)和管理的效率^[1]；DNS包裹了三個(gè)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(shù)形的分層次結構，如圖2所示，頂層節點(diǎn)為根節點(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構和信息進(jìn)行數據緩存；解析器是對名字服務(wù)器進(jìn)行信息抽取。

圖2 DNS樹(shù)狀域名空間

DNS實(shí)現了互聯(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(zhù)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，需要將數字對象，包括物理資源、數據資源等一系列的數據信息進(jìn)行信息標識，傳統的DNS不能直接用于對這類(lèi)信息的標識尋址。因此國內外開(kāi)展了其他面向數字對象的標識體系研究。

2　國內外現有標識解析體系

在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，標識解析體系可以實(shí)現將數據對象進(jìn)行統一標識。標識解析體系包括了兩方面內容：一是標識編碼，通過(guò)標識編碼將數據對象進(jìn)行唯一的身份標識；二是解析系統，通過(guò)標識編碼，對數據對象進(jìn)行唯一性的定位和信息查詢(xún)，是實(shí)現全球供應鏈系統和企業(yè)生產(chǎn)系統的精準對接、產(chǎn)品的全生命周期管理和智能化服務(wù)的前提和基礎。為此，國內外相關(guān)機構開(kāi)始了標識解析體系的設計與研究，包括DONA（Data-Oriented Network Architecture）、美國統一代碼委員會(huì )、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，對象標識符）、Ecode等典型的標識解析體系。

Handle系統是一套全球分布式的管理系統，目前由DONA基金會(huì )進(jìn)行管理和運營(yíng)。Handle主要用于數據對象的標識注冊、解析與管理。Handle的編碼結構分為權威域（前綴）/本地命名（后綴）。權威域可下轄若干子權威域，自左向右用“.”隔開(kāi)。前綴后綴之間用“/”分隔。通過(guò)Handle解析系統可以將Handle的標識碼進(jìn)行解析，映射到具體的IP地址以及相關(guān)的標識信息，如圖3所示。

圖3 Handle標識解析系統映射機制

EPCglobal是由國際物品編碼協(xié)會(huì )和美國統一代碼委員會(huì )成立的非盈利性組織。EPCglobal負責EPC標識編碼的分配與管理以及EPC相關(guān)技術(shù)標準的制定。EPC編碼具有唯一性、簡(jiǎn)單性、可擴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)行唯一化標識，編碼內容包括版本號、域名管理、對象分類(lèi)以及序列號，如圖4所示。版本號為采用的EPC標識體系的版本號，域名管理表示產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)信息，對象分類(lèi)標識產(chǎn)品所屬的種類(lèi)，序列號為產(chǎn)品對應的序列號信息。

圖4 EPC編碼內容

OID是由ISO/IEC、ITU共同提出的標識機制^[4]，我國于2006年開(kāi)始運營(yíng)和管理國家OID注冊號。OID標識方案為分層結構，在該分層結構下，信息客體由構造名稱(chēng)唯一地進(jìn)行標識，該構造名稱(chēng)由從樹(shù)根到葉子節點(diǎn)的部件組成。由于從根節點(diǎn)到每個(gè)節點(diǎn)在注冊機構分配的值中是唯一的，故構造名稱(chēng)唯一。OID編碼體系具有良好的可擴展性，且其分層次編碼的結構有利于分級管理和分布式維護。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編碼分層結構圖示例

以上的標識解析系統設計，本質(zhì)上都是基于層次化的編碼設計思想來(lái)實(shí)現，但是對于工廠(chǎng)生產(chǎn)制造過(guò)程的數字對象尚無(wú)相應的分層策略，本文提出一種層次化的面向制造的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識設計，能夠有效地將制造企業(yè)中的數據信息進(jìn)行分層定義，利于企業(yè)之間、企業(yè)與用戶(hù)之間的數據交互與溝通。

3　面向制造的層次化標識方法設計

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，采用分層次的方法來(lái)定義對象的標識編碼體系是一種廣泛應用的方法。但是目前對于工廠(chǎng)生產(chǎn)制造過(guò)程來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有一個(gè)統一的分層方法。因此提出面向工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的層次化分層方法，按照文獻5對工業(yè)生產(chǎn)層次的分層，將企業(yè)劃分為一個(gè)或幾個(gè)現場(chǎng)的集合體進(jìn)行整體劃分考慮，企業(yè)還可以下設現場(chǎng)、區域、過(guò)程組元、單元、裝置模塊以及控制模塊等分層結構，如圖6所示，結合工廠(chǎng)生產(chǎn)制造過(guò)程，在分層結構中，單元部分為必有項，其他內容為可選項。同時(shí)裝置模塊中和控制模塊支持自包含。通過(guò)上述七層的工廠(chǎng)劃分，其場(chǎng)景基本涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)中的全流程，對其中各場(chǎng)景的數據進(jìn)行分層編碼標識，能夠實(shí)現企業(yè)從生產(chǎn)、制造到銷(xiāo)售的全流程的數據對象信息標識。

圖6 面向工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的層次化分層方法

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，使用層次化的數據標識來(lái)實(shí)現對各種數據信息的標識和統一化命名；該數據標識的編碼規則以符號“IMP：”開(kāi)始，長(cháng)度是不定長(cháng)的，其主體部分包括了企業(yè)（enterprise）、現場(chǎng)（field）、區域（domain）、過(guò)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(gè)部分通過(guò)“|”進(jìn)行區分，如果某一層結構為空，則用“null”替代；所有的內容不區分大小寫(xiě)，圖7為面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的層次化編碼規則。

圖7 面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的層次化編碼規則

面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(chēng)；field001為企業(yè)現場(chǎng)代碼；KQ_domain為區域名稱(chēng)；assemble_process為過(guò)程組元名稱(chēng)；temperature_monitor為單元名稱(chēng)；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(guò)程的層次化編碼示例

4　結論

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

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作者簡(jiǎn)介：

劉陽(yáng)，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，涉及標識解析服務(wù)、網(wǎng)絡(luò )架構、邊緣計算、語(yǔ)義等方面。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年3月刊