摘要：层次化编码方法已经广泛应用在互联网以及物流及产品追溯相关应用中，但是对于工厂生产制造过程的数字对象如何进行高效编码仍有局限性。本文提出一种层次化的面向制造的工业互联网标识设计方法，能够有效地将制造企业中的数据信息进行分层定义，以支撑企业与用户之间、企业与企业之间及企业内部的数据交互与沟通。

关键词：工业互联网；层次化标识设计；标识解析；数据处理

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

层次化标识方法具有结构严谨清晰、逻辑性强、解析过程简单快速、信息容量大的特点，作为传统互联网架构的重要组成部分，在互联网中起着连接服务地址与用户请求的重要作用，并已成功广泛应用。DNS（Domain Name System）是互联网上一种典型的层次化编码解析体系，用以实现资源寻址。DNS是互联网中最重要的解析协议之一，用于域名与IP地址之间的相互映射，通过DNS将域名映射为具体的IP地址，如图1所示。

图1 DNS域名IP映射示例

DNS采用树形结构的域名来代替主机名，并基于分层次的编码规则来实现域名到IP地址的寻址过程，这样的方法提高了查询和管理的效率^[1]；DNS包裹了三个主要组成部分，分别为域名空间和资源记录、名字服务器以及解析器；其中域名空间是采用树形的分层次结构，如图2所示，顶层节点为根节点，然后下面是顶级域、第二层域、子域^[2-3]等。名字服务器是用于给域名空间结构和信息进行数据缓存；解析器是对名字服务器进行信息抽取。

图2 DNS树状域名空间

DNS实现了互联网中域名与IP地址之间的寻址，面向的是互联网上的服务资源，随着物联网和工业互联网的发展，需要将数字对象，包括物理资源、数据资源等一系列的数据信息进行信息标识，传统的DNS不能直接用于对这类信息的标识寻址。因此国内外开展了其他面向数字对象的标识体系研究。

2　国内外现有标识解析体系

在物联网和工业互联网领域，标识解析体系可以实现将数据对象进行统一标识。标识解析体系包括了两方面内容：一是标识编码，通过标识编码将数据对象进行唯一的身份标识；二是解析系统，通过标识编码，对数据对象进行唯一性的定位和信息查询，是实现全球供应链系统和企业生产系统的精准对接、产品的全生命周期管理和智能化服务的前提和基础。为此，国内外相关机构开始了标识解析体系的设计与研究，包括DONA（Data-Oriented Network Architecture）、美国统一代码委员会、国家OID注册中心、中国物品编码中心等，形成了包括Handle、EPC（Electronic Product Code）、OID（Object Identifier，对象标识符）、Ecode等典型的标识解析体系。

Handle系统是一套全球分布式的管理系统，目前由DONA基金会进行管理和运营。Handle主要用于数据对象的标识注册、解析与管理。Handle的编码结构分为权威域（前缀）/本地命名（后缀）。权威域可下辖若干子权威域，自左向右用“.”隔开。前缀后缀之间用“/”分隔。通过Handle解析系统可以将Handle的标识码进行解析，映射到具体的IP地址以及相关的标识信息，如图3所示。

图3 Handle标识解析系统映射机制

EPCglobal是由国际物品编码协会和美国统一代码委员会成立的非盈利性组织。EPCglobal负责EPC标识编码的分配与管理以及EPC相关技术标准的制定。EPC编码具有唯一性、简单性、可扩展性以及保密性和安全性等特点，编码用途是将单品信息进行唯一化标识，编码内容包括版本号、域名管理、对象分类以及序列号，如图4所示。版本号为采用的EPC标识体系的版本号，域名管理表示产品的生产企业信息，对象分类标识产品所属的种类，序列号为产品对应的序列号信息。

图4 EPC编码内容

OID是由ISO/IEC、ITU共同提出的标识机制^[4]，我国于2006年开始运营和管理国家OID注册号。OID标识方案为分层结构，在该分层结构下，信息客体由构造名称唯一地进行标识，该构造名称由从树根到叶子节点的部件组成。由于从根节点到每个节点在注册机构分配的值中是唯一的，故构造名称唯一。OID编码体系具有良好的可扩展性，且其分层次编码的结构有利于分级管理和分布式维护。OID编码中不同层次之间用“.”分隔，例如“2.16.156”为 OID 编码体系中为中华人民共和国分配的编号，如图5所示。

图5 OID编码分层结构图示例

以上的标识解析系统设计，本质上都是基于层次化的编码设计思想来实现，但是对于工厂生产制造过程的数字对象尚无相应的分层策略，本文提出一种层次化的面向制造的工业互联网标识设计，能够有效地将制造企业中的数据信息进行分层定义，利于企业之间、企业与用户之间的数据交互与沟通。

3　面向制造的层次化标识方法设计

在工业互联网中，采用分层次的方法来定义对象的标识编码体系是一种广泛应用的方法。但是目前对于工厂生产制造过程来说，并没有一个统一的分层方法。因此提出面向工厂生产过程的层次化分层方法，按照文献5对工业生产层次的分层，将企业划分为一个或几个现场的集合体进行整体划分考虑，企业还可以下设现场、区域、过程组元、单元、装置模块以及控制模块等分层结构，如图6所示，结合工厂生产制造过程，在分层结构中，单元部分为必有项，其他内容为可选项。同时装置模块中和控制模块支持自包含。通过上述七层的工厂划分，其场景基本涵盖了工业生产中的全流程，对其中各场景的数据进行分层编码标识，能够实现企业从生产、制造到销售的全流程的数据对象信息标识。

图6 面向工厂生产过程的层次化分层方法

在工业生产过程中，使用层次化的数据标识来实现对各种数据信息的标识和统一化命名；该数据标识的编码规则以符号“IMP：”开始，长度是不定长的，其主体部分包括了企业（enterprise）、现场（field）、区域（domain）、过程组元（process_component）、单元（unit）、装置模块（device_module）、控制模块（control_module）以及版本号（version），其中各个部分通过“|”进行区分，如果某一层结构为空，则用“null”替代；所有的内容不区分大小写，图7为面向工业生产过程的层次化编码规则。

图7 面向工业生产过程的层次化编码规则

面向工业生产过程的层次化编码的例子如图8所示，其中86.1000为企业名称；field001为企业现场代码；KQ_domain为区域名称；assemble_process为过程组元名称；temperature_monitor为单元名称；temperature_sensor为装置模块；switch为控制模块；20181227为版本号。

图8 面向工业生产过程的层次化编码示例

4　结论

以DNS为代表的层次化标识解析体系已经成功应用于传统互联网资源定位与寻址，但是其在应对工业互联网对象标识方面具有明显的不适应性。因此国内外开展了针对工业互联网的标识体系设计，这些体系基本沿用层次化标识编码思想，但是对面向工业生产应用的分级方法考虑有限。本文提出了一种面向工厂生产的层次化标识编码设计方法，可覆盖包括产品生产制造等在内的全流程，是对将工业互联网标识进一步应用于实际生产过程的有力补充。

参考文献：

[1] 孔宁. 物联网资源寻址关键技术研究[D]. 北京：中国科学院计算机网络信息中心.

[2] van de Ven A, Holtmann M. Domain name system lookup latency reduction:U.S.Patent 7,970,940[P]. 2011 - 6 - 28.

[3] 李宏宝. 新型互联网层次化服务标识解析映射系统的设计与实现[D]. 北京：北京交通大学.

[4] 孙昌璐. 工业互联网标识管理与解析技术[J]. 信息通信, 2017, 9 ( 177 ) ：161 - 162.

[5] GB/T 19892.1-2005, 批控制 第1部分：模型和术语[S].

作者简介：

刘阳，中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所副总工程师，博士。主要从事工业互联网、物联网领域研究工作，涉及标识解析服务、网络架构、边缘计算、语义等方面。

摘自《自动化博览》2019年3月刊