一種面向制造的層次化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識設(shè)計

導(dǎo)讀：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。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，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（DomainNameSystem）是互聯(lián)網(wǎng)上一種典型的層次化編碼解析體系，用以實現(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1DNS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；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)點為根節(jié)點，然后下面是頂級域、第二層域、子域等。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2DNS樹狀域名空間DNS實現(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-OrientedNetworkArchitecture）、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（ElectronicProductCode）、OID（ObjectIdentifier，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3Handle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，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4EPC編碼內(nèi)容OID是由ISO/IEC、ITU共同提出的標(biāo)識機(jī)制，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)點的部件組成。由于從根節(jié)點到每個節(jié)點在注冊機(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5OID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，其他內(nèi)容為可選項。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