我國“兩化融合”的通信標準體系研究*

呂建東，劉建華，李紫云

（1.西安郵電學院 西安 710121；2.南京信息工程大學電子信息工程學院 南京 210044）

1 引言

“兩化融合”是黨的“十六大”提出的“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”[1]的濃縮，黨的“十七大”則更加明確地提出了“促進工業化和信息化的融合”[2]的戰略目標。

“兩化融合”需要特有的媒介作為載體，這些載體在操作環節中主要體現為技術融合、產品融合、業務融合、產業衍生4個層次[3]，使得這些載體運動的就是信息通信。

標準體系是由一定范圍內的具有內在聯系的標準組成的科學的有機整體，按照“層次結構”以標準體系框架和標準明細表的圖表形式構成，標準體系框架由多個相互制約、相互作用、相互依賴和相互補充的分體系構成，標準明細包括現有的、正在制定的和應予制定的所有標準[4]。

發達國家更加強調“信息革命”的概念[5],其“兩化融合”的基本歷程大部分是先工業化再信息化，“兩化融合”產生于工業化高速發展階段，并最終從工業化時代步入信息化時代[4]。在標準方面，美國、歐洲各國、日本等更加積極地制定國家發展戰略，特別強調“成功的標準過程產生正確的結果”[6]。

2 “兩化融合”的本質

2.1 “兩化融合”模型

工業化是以人類從自然界獲取的物質與能量為基礎進行的再加工和制造，相應的人類生活以消費這些加工制造品為主要內容。工業化的重要特征之一就是大規模的生產和規模經濟，大規模生產有兩個主要方法：制造標準的、可互換的零件或產品；利用傳送帶和裝配線，實現專業分工，即工業化方法的核心是規范化和標準化。工業化的另一個重要特征是由專業分工和對外協作構成的生產的社會化，社會化的生產協作要求信息化。信息化以信息設備制造為基礎，以信息采集、信息加工、信息傳輸、信息處理、信息利用為核心，人類生活的消費往往以消費信息服務為前提。可見信息化發展應以工業化的企業規模推進信息化，信息化的本質是信息數字化的革命[7]。因此，實現信息化和工業化融合的核心方法就是規范化、標準化和網絡化。

對于信息化目前沒有公認的定義[8]。但從“兩化融合”的角度看，信息化是一個映射的過程，即將人們生活的物理世界通過同態映射轉換為數字世界；同時，利用逆變換將數字世界轉換成物理世界，成為人們改造物理世界的工具[7]?！皟苫诤稀钡哪Ｐ腿鐖D1所示。

2.2 “兩化融合”

設“兩化融合”體系s(n)是由 n個存在關聯的部分e(1)，…，e(i)，…，e(n)構成的整體，可以將 e(i)理解為“兩化融合”體系的組成部分（如數據庫、互聯網、金融等應用系統），則“兩化融合”體系為 s(n)={E(n),Rs}，其中 E(n)={e(i),i=1,2,…,n}為系統實體集，Rs表示 e(1)，…，e(i)，…，e(n)之間存在關聯的集合。同理，“兩化融合”通信標準體系V(m)是指由 m個存在關聯的部分 c(1)，…，c(i)，…，c(n)構成的整體，即 V(m)={C(m),Rv}，其中 C(m)={c(i),i=1,2,…,n}為系統要素集，Rv表示 c(1)，…，c(i)，…，c(n)之間存在關聯的集合。有了上述規則，“兩化融合”和“兩化融合”的通信標準體系的關系可由下式反映：

其中F(·)為一確定或者不確定的映射關系，由圖1可得：

C（系統要素）={c（信息接口），c（信息存儲）,c（信息處理），c（信息應用），…}

RV（關聯關系）={r（數據），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

這就是“兩化融合”的通信標準體系概念模型的核心。

3 “兩化融合”通信標準體系的頂層設計

頂層設計主要是利用系統科學的觀點審視 “兩化融合”標準體系，對其進行理論的探討，屬于定性的范疇。然后在頂層設計指導下，深入到各分體系的設計、提取及測算中，最后利用綜合集成的思想，由定性到定量，定性與定量相結合，形成整體的“兩化融合”通信標準體系。

“兩化融合”的通信標準體系的頂層設計包括工業化過程中的數據接入、數據存儲、數據通信、數據測試、數據處理和數據應用。通信信息服務是這個過程中相互聯系的載體。即：

C（系統要素）={c（信息接口），c（信息存儲）,c（信息處理），c（信息應用），…}

RV（關聯關系）={r（數據），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

綜合前面的分析，“兩化融合”通信標準體系的頂層模型如圖2所示。

頂層模型基于現有的公眾網絡可以解決 “兩化融合”的大部分問題。采取兩頭在外、中間在內的方法，即數據獲取和應用在于企業和用戶，而由公眾服務運營商在全國范圍內構建大規模統一數據存儲、處理、傳遞、監控中心，提高“兩化融合”的有效性、可信性、安全性、聯通性等。

·物理接口層：包括“兩化融合”通信所使用的各類硬件接口，符合國際、國家、行業、企業等的通信信息接口要求。

·數據資源層：包括各類數據的存儲、匯集、組織、處理等的軟件和硬件，如數據中心（ICT）。

·通信網絡層：包括適用于“兩化融合”的通信協議和路由算法等。

·控制監測層：包括“兩化融合”需求的各類控制軟件和硬件的匯總，如總線、控制器件等，也包含了數據的各類測試，如一致性測試、性能測試等。

·計算處理層：包括“兩化融合”需求的各種模型體系結構、數據結構、服務搜索引擎等。

·應用服務層：提供“兩化融合”的各行各業的各種服務。安全和管理始終貫穿各層“兩化融合”的各個方面。

4 “兩化融合”通信標準體系及其基本內容

“兩化融合”通信標準體系，不僅要體現各行各業在工業生產中的數字化、智能化和網絡化的各種融合關系，而且要以最小的代價獲得應用服務。以物理接口層為例，從目標功能、范圍界定、主要技術支撐、服務對象、通信方式等方面粗淺地分析其所包含的基本內容，其他各層也都是從這些方面進行分析，最終給出“兩化融合”的通信標準體系。

4.1 物理接口層

（1）目標功能

物理接口層主要是在“兩化融合”過程中的工業產品或各行業的信息化數據獲取中提供通信支持接口軟件或硬件，這些硬件或者軟件可以是一個嵌入式的系統，也可以是其他的網絡數據接口?？梢砸愿鞣N靈活方式獲取數據，但面對復雜的各種應用，如工業、銀行、稅務、交通等方面，其接口規范和標準非常復雜，如工業應用有各種不同的總線方式，如CAN總線、I2C總線等，要把這些融合起來，就要以目前的公眾通信網絡為依據，制定各種轉換規范或標準，以統一各種不同情況下的數據融合，滿足“兩化融合”的需求。

（2）范圍界定

在兩化融合過程中，不僅有人與人的通信，更有人與物、物與物之間的通信問題。明確了通信的對象和服務的范圍，才能更加有效地為“兩化融合”提供服務。目前，人與人的通信還是主要的通信方式，制定的很多標準也是為了滿足人與人之間的通信要求，但“兩化融合”更多的是智能化的、人與物、物與物之間的通信。

（3）主要技術

目前可用于“兩化融合”的技術主要包括嵌入式技術、傳感器技術、RFID技術、智能卡技術、代理技術等。其中嵌入式技術是實現“兩化融合”的關鍵技術，目前發展非常迅速；傳感器技術在遠程監控的數據獲取等方面起著很關鍵的作用，只要能在取電方面有所突破，這項技術將對“兩化融合”發揮巨大作用；RFID被譽為物聯網的關鍵技術，目前在超市、物流、智能交通等方面發揮著作用，被認為是“兩化融合”需要進一步突破的關鍵技術；智能卡技術在銀行服務、交通、繳費等方面發揮著作用；代理技術目前是實現虛擬化控制的主要技術，將為“兩化融合”發揮重要作用。

總之，這些技術已經有了一些標準支撐，但其公眾通信之間的接口問題的解決將成為“兩化融合”普遍服務的一個重要方面。

（4）服務對象

物理接口層的服務對象是“兩化融合”過程中利用公眾網絡的各行各業的信息化系統、產品、服務等，可能是一個工業產品，也可能是一種業務。這些服務對象是“兩化融合”的具體體現，將對“兩化融合”的具體發展產生深刻的影響。因此，了解各種服務對象的特點，制定相應的標準，滿足各種產品或服務的不同應用，對推動“兩化融合”有很大的作用。

（5）通信方式

公眾網絡的業務和服務將對“兩化融合”產生巨大的作用，制定各種“兩化融合”物理接口層標準，為“兩化融合”搭建橋梁，包括各類工業產品中的通信接口、通信企業的各類接口、協議規程以及各種連接方式（如有線的、無線的），這些接口或者嵌入在產品中或者是以服務的形式以軟件的方式實現。

基于以上分析，可得：

C（接口）={c（數據感知），c（嵌入式）,c（RFID），c（芯片），…}

RV（數據）={r（數據傳送），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

物理接口層示例如圖3所示。

4.2 其他各層的系統要素集

同理，可得其他各層的系統要素集和關聯關系如下。

（1）數據資源層

C（存儲）={c（數據庫），c（網絡存儲）,c（PDM），c（用戶信息），…}

RV（訪問）={r（訪問控制），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

（2）網絡通信層

C（網絡）={c（數據網），c（移動網）,c（電視網），c（傳感網），…}

RV（通信）={r（原理），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

（3）控制監控層

C（控制）={c（ICT），c（過程控制）,c（分布式控制），c（數據測試），…}

RV（監控）={r（流程時序），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

（4）計算處理層

C（處理）={c（分布式系統），c（網格）,c（云應用計算），c（移動計算），…}

RV（計算）={r（搜索），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

（5）應用服務層

C（應用）={c（金融），c（制造）,c（環境），c（電力），…}

RV（服務）={r（資源），r（協議），r（安全），r（管理），r（信息），r（技術），…}

（6）安全標準

C（安全系統）={c（硬件），c（軟件）,c（系統），c（體系），…}

RV（標準）={r（數據），r（協議），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

（7）管理標準

C（管理系統）={c（過程管理），c（分布式管理）,c（運行管理），c（評價評估系統），…}

RV（標準）={r（制度），r（體系），r（安全），r（管理），r（算法），r（技術），…}

4.3 “兩化融合”通信標準化體系

“兩化融合”的通信標準體系如圖4所示。

5 結束語

系統性和高效率是工業化的重要準則，網絡化則是系統性的有力體現，主要實現了多樣化中的有序化，標準化則是高效率的主要體現。建立通信的標準化體系，就是要使“兩化融合”過程中的標準問題能在繼承以前標準的基礎上系統地、協調地、國際化地、有序并具有一定指導意義地健康良性地向前發展。

1 中國共產黨第十六次全國代表大會工作報告,2002

2 中國共產黨第十七次全國代表大會工作報告,2007

3 史煒,馬聰卉,王建梅.工業化和信息化融合發展的對策研究——以融合類業務發展及業務模式探討“兩化融合”的發展對策.數字通信世界,2010(2)

4 北京市信息化工作辦公室,北京市質量技術監督局.信息化標準化工作指南.北京:北京郵電大學出版社,2006

5阿爾弗雷德·錢德勒等著,萬巖等譯.信息改變了美國——驅動國家轉型的力量.上海:上海遠東出版社,2008

6 William E Kelly.National standards strategy for the united states.Washington Legal Foudation,2003,18(36)

7 周宏仁.信息化概論.北京:電子工業出版社,2009

8 汪傳雷,李從春.信息化與工業化融合研究.情報理論與實踐,2009(11)