工業互聯網中的標識解析技術

楊震，張東，李潔，張建雄

（1. 中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122；2. 中國電信集團公司政企客戶事業部，北京 100010）

工業互聯網中的標識解析技術

楊震1，張東2，李潔1，張建雄1

（1. 中國電信股份有限公司上海研究院，上海 200122；2. 中國電信集團公司政企客戶事業部，北京 100010）

工業互聯網的核心是數據的價值發現問題，但由于歷史原因，“信息孤島”現象在企業內部、企業之間大量存在。標識解析技術是目前可見解決“信息孤島”、完成工業大數據匯聚以及在此基礎上形成信息融合理解的關鍵技術。分析了標識解析在工業互聯網領域應用要解決的幾個關鍵環節，并且給出了進行工業互聯網數據理解的研究思路。

工業互聯網；標識解析；自然語言理解；工業大數據

1 引言

物聯網的發展需要解決兩個基本問題，一個是萬物互聯的通信技術問題；另一個是聯網物體的價值發現問題。而第二個問題是物聯網發展的核心，即為什么萬物互聯，或萬物互聯能產生什么價值。智能制造、工業互聯網是物聯網的最重要組成部分，隨著世界經濟格局的變化，其越來越受到各國的重視，以中國、美國、德國為代表的世界重要經濟體都在該領域加大投入，期望利用先進技術改善傳統制造業，提升生產效率和本國的基礎制造業競爭力。美國有先進制造、工業互聯網；德國有工業4.0/數字化戰略2025；而我國將“中國制造2025”定位于國家戰略高度，旨在推動互聯網與工業融合創新，通過網絡融合發展，促進新技術在傳統制造行業進行應用。未來工業互聯網關鍵技術及應用方向之一，就是智能制造所涉及的各類割裂數據的理解及應用，而要理解數據，就要對數據的來源、流動過程、用途等進行了解并掌握，目前可見，唯一有希望滿足這個任務的是標識解析技術。因此，在工業互聯網的各參與方中，標識解析技術越來越受到重視。

本文首先介紹了標識解析的基礎概念、主流技術，然后針對物聯網、工業互聯網數據內容理解的需求，從實現設備互聯互通互操作角度，提出了標識解析技術在工業互聯網領域的標準化思路，最后根據面向數據融合理解的目標，給出了標識解析技術可能的應用架構，并進行了相關分析和介紹。

2 標識解析技術介紹[1-5]

2.1 標識解析技術簡介

標識可以理解為用于識別不同物品、實體、物聯網對象的名稱標記，可以是由數字、字母、符號、文字等以一定的規則組成的字符串。目前主流的標識技術有Handle、OID（object identifier，對象標識符）、Ecode（entity code for IoT，物聯網統一標識體系）、Epc、UCode等，分別由不同的組織機構提出，其出發點都是面向物品對象、數字對象等進行唯一標記及提供信息查詢的功能，進而發展成一種底層的信息架構，某些方面類似于互聯網中的DNS。現簡述如下。

· Handle：由TCP/IP的聯合發明人、有“互聯網之父”之稱的Robert Kahn博士發明，核心系統由美國國家創新研究所（CNRI）開發。Handle在全球設立若干的根節點，根節點之間平等互通，這也是其目前受到各國重視的原因之一；其另外一個特點是提供部分用戶自定義的編碼能力，用戶可以根據實際需求在編碼體系的部分字段自定義編碼規則。目前Handle技術在國內已經成功應用在產品溯源、數字圖書館等領域。

· Ecode：我國自主研制的標識編碼技術，其由Ecode編碼、數據標識、中間件、解析系統、信息查詢和發現服務系統、安全保障系統等部分組成。Ecode目前在國內已經成功應用于農產品質量溯源等領域。

· OID：由ISO/IEC、ITU國際標準組織共同提出的標識機制，用于對實體及數字等對象、概念或者“事物”進行全球無歧義、唯一命名。一旦命名，該名稱終生有效。OID在醫療衛生領域、信息安全等領域獲得較多的應用。

此外，還有其他的標識技術，限于篇幅這里不做詳細敘述。隨著工業互聯網的發展，人們發現標識技術是適用于工業互聯網各個領域的基礎共性支撐技術，可以解決“信息孤島”問題，突破不同領域間的信息壁壘，作為工業大數據、設備智能化等目標的基本支撐技術。

2.2 對標識技術在工業互聯網應用的理解

標識的本質是用于識別對象的技術（包含實體對象、虛擬數字對象等），以便各類信息處理系統、資源管理系統、網絡管理系統對目標對象進行相關管理和控制。工業互聯網中的標識解析，除了識別網絡內各個實體的作用外，并在此基礎上增加了查詢實體關聯信息的功能。工業互聯網標識解析技術的變化在于，一是顆粒度從主機細化到了物品、信息、服務等資源；二是功能可支持對異主、異地、異構的信息實現智能化關聯。

在實際中，標識從應用中一般分為兩類：一類是有直接可理解含義，如道路標識等：另一類是用來唯一識別一個“對象”，而不關注這個對象的用途如何，用戶的業務實現由各類解析系統及基于解析系統的業務應用系統完成。業務系統在完成定義的功能中，通常把標識的解析信息與其他信息相關聯，實現業務需求所需的功能，如關聯對象的時間、空間信息后進行產品追溯等。第二類標識技術是本文主要研究的內容。物體標識技術構成有3個基本元素：標識編碼技術、標識載體技術和標識解析技術，介紹如下。

· 標識編碼技術是將事物或概念賦予一定規律性的、易被人或機器識別和處理的數字、符號、文字或任意可以被機器識別的混合信息符號等。編碼是人們統一認識、統一觀點、交換信息的一種基本技術手段。編碼的目的在于提高信息處理的效率，但目前不同標識體系的編碼規則不統一，造成“信息孤島”及信息融合、理解及基于此的新應用的開發困難。

· 標識載體技術規定了標識數據在“載體”上以何種形式存儲和讀取。離線載體有條形碼、二維碼、RFID、NFC等，在線載體則以各種文本或二進制數字信息存在。需要說明的是，在數字空間中通常不需要物理世界的標識載體。

· 標識解析技術是指將對象標識映射至實際信息服務所需的信息的過程，如地址、物品、空間位置等。例如，通過對某物品的標識進行解析，可獲得存儲其關聯信息的服務器地址。標識解析是在復雜網絡環境中，能夠準確而高效地獲取對象標識對應信息的“信息轉變”的技術過程。

3 面向工業互聯網需求標識解析技術的標準化研究思路[6-8]

標識解析技術本身并不是一個新技術，其最初的應用主要是解決生產者對所生產產品的管理，近些年國家層面的主要推動力量為監管部門，應用在藥品、食品的安全追溯領域。但針對標識技術應用的市場自發推動力量不足，這其中核心的原因是標識解析技術所對應的信息價值沒有被挖掘出來。隨著物聯網、工業互聯網的發展，人們逐漸認識到標識技術是物聯網、工業互聯網基礎信息融合理解的支撐技術，是未來物聯網、工業互聯網大數據應用的最基本支撐技術。

但要發揮標識技術的應用價值有兩個關鍵問題需要解決：標準化問題，各類標識解析技術面向應用的“互聯互通”問題，雖然從基礎層面業界提出了初步的解決方案，但核心是標識技術與實際需求結合的標準化問題；應用自然語言處理技術的標識技術演進問題，目的是實現在數據“互聯互通”基礎上的融合理解。

3.1 面向標識技術的標準化研究思路

智能制造的本質是以機器設備、原材料、控制系統、信息系統、產品以及人之間的網絡互聯為基礎，通過對工業數據的全面深度感知、實時傳輸交換、快速計算處理和高級建模分析，實現智能控制、運營優化和生產組織方式變革。隨著智能制造相關基礎共性標準和關鍵技術的研發，面向具體行業應用的標準研制及實驗驗證顯得越來越重要。一方面，其可以解決國內智能制造企業設備升級換代問題，提高企業智能制造水平，推動互聯網與制造業融合，提升制造業數字化、網絡化、智能化水平，加強產業鏈協作，發展基于互聯網的協同制造新模式。另一方面，這是標識技術面向未來工業大數據最實際的應用需求，通過解決行業內部各類環境、應用需求的標識標準化技術，從而通過建立不同行業間數據“中間件”及相關標準化體系，解決行業間的數據匯聚、融合理解問題。而“智能裝備之間、智能裝備與物之間、智能裝備與制造系統之間互聯互通及互操作要求”的標準研制是解決以上問題的第一步。

制造企業在數據互聯互通、互操作技術方面，需要針對同一個或一類物體在制造企業內部、行業內部、跨企業、跨行業信息應用過程中進行統一表達以及標識尋址。因此，有需要建設一套完整的數據解析及理解體系。但是，當前階段，還面臨許多問題，特別是沒有統一的數據表示及理解基礎。首先，一個實體對象在不同行業、垂直領域的用途不同，造成這個實體對象的表達方式不同；其次，不同企業在不同時期建設信息系統的目的及用途不同，也造成了信息表達的差異性；第三，在使用信息時，存在不同的語境、上下文，這也對信息的理解有影響。總之，不同企業信息的存儲、表示、應用差別巨大，無法供第三方調用。因此，應建立和完善制造行業標識解析與數據理解標準，并對關鍵技術進行試驗驗證，滿足我國高端制造業升級演進的迫切需求。

我國工業和信息化部、國家標準化管理委員會于2015年底公開頒布了《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》（以下簡稱《制造標準體系指南》）[1]，其對智能制造整體的標注化工業做出了頂層設計，結合該規劃，本文提出了面向數據融合的標準化思路，如圖1所示。

需要說明的是，本研究思路是在國家《制造標準體系指南》基礎上，針對基礎共性、行業應用需求思考提出的；此外，如果在通信技術層次上，同時考慮標識技術的應用需求和設備在網絡層面的互聯互通需求，使網絡架構面向數據融合理解需求的方向演進，如進行工業PON技術的研發及相關標準化工作，將會從宏觀層面更容易滿足未來智能制造、工業互聯網對信息應用的需求。在國家2015版《制造標準體系指南》基礎上，首先需在A基礎共性部分，進行基礎資源面向數據融合理解、標識應用的共性研究，如進行標識、工業互聯網設備語義、資源描述等面向具體落地及行業應用需求，進行符合企業及行業實際應用需求的標準化研究；其次，需要進行標準的行業應用研究，如面向行業個性化需求（智能設備、物、控制系統互聯互通及互操作）標準需求，在基礎共性標準的工作上進行面向行業、企業實際應用需求的標準化研制。

圖1 基于標識的面向信息融合理解的標準化研究思路示例

3.2 對于各類連接所傳遞數據的理解需求

工業大數據資源互通、共享和協作生產是工業互聯網的主要訴求之一，而實現這個目標的核心是數據的理解，尤其是各類數據在語義層次上的理解。這些理解在具體行業應用中，需要具體的數據字典、數據標識、表示、理解的標準方法。數據理解是開發新應用、產生新業態的基礎。目前不但在企業間，即便在同一企業內部，統一的數據表示及理解基礎也存在較大欠缺。首先，一個實體對象在不同行業、垂直領域的用途不同，造成這個實體對象的表達方式不同；此外，企業內不同時期建設平臺的目的及用途不同，也造成了信息表達的差異性；第三，在開發具體的應用時，存在不同的語境、上下文，這也對信息的理解有更高的需求。

工業制造企業內部數據的表達方式基本有兩類，一類與互聯網上的信息類似，是語言文字類型，但其特點是行業專業性強，經常存在同行業內部不同企業針對同一事物的描述表達差異的情況，更極端的情況是同一企業內部對于同一事物，分公司、分工廠或不同的需求背景下描述也有差異；第二類就是更加海量的機器數據，即企業生產經營過程中，由機器產生的各類數據。由于這些機器來源于不同制造商，遵從的標準不同，制造時期不同，所以機器所產生的數據格式、表達方式也各不相同。因此要實現互聯網與工業企業的融合創新，需要強大的信息處理及支撐技術。為了實現智能裝備、物、控制系統之間互聯互通及互操作需求，需要一套統一的信息理解及面向這個需求的信息傳遞、表達的標準及處理架構。該架構主要解決的問題如下。

· 實現行業內數據表達的統一。行業、企業采用適用本行業、企業的標識技術獨立存在，在體系內，實現本領域的標識數據融合，這部分不改變現在標識的運行機制及系統。

· 實現不同行業、不同標識的數據匯聚。通過云平臺匯聚各類標識技術的數據，進行各類標識數據解析后，根據需求標識之間的轉換，實現基于標識的數據互通，支撐初步的數據價值發現。

· 實現工業互聯網領域的人工智能技術應用。根據各類標識對應的實體、應用匯聚相關的文本信息，采用人工智能、機器學習、自然語言處理等技術對信息的內在價值進行深層次挖掘。此部分從宏觀上已經可以開始與互聯網信息進行融合，互聯網上有大量的關于實體性質、特征、用戶描述的成熟語言環境，還具有面向應用的開發及商業環境。此部分的核心技術是自然語言處理技術。基于這些基礎工作，可以進行具體的工業大數據應用，如質量管理、趨勢分析等。

這個體系的核心工作有兩個：第一是對接各類標識獨立服務系統、接口、數據交換協議、格式的設計，即標準化工作；第二是在匯聚端的自然語言處理技術的研究及應用，學術界和產業界要解決的是如何開發一套適合工業大數據理解的自然語言處理技術。面向多領域標識數據融合的邏輯設想如圖2所示。

4 面向工業互聯網數據融合、人工智能技術應用的關鍵工作

工業互聯網數據融合的思想及目標可以用（cyber-physical system，CPS）的概念描述，其最早出現于2006年美國國家科學基金會（NSF）組織召開關于信息物理系統的研討會。隨著技術的發展，學術界及產業界越來越發現信息物理系統的描述很可能是未來工業互聯網、互聯網相互融合的直接體現，其內涵是使傳統工業企業封閉的物理系統與互聯網在信息層面上進行了融合，在信息融合的基礎上造就新的業態，而標識技術正是實現這個目標必不可少的技術。但要實現這一目標，從標識技術本身看，還要有很多工作要做。在技術研究層面還需有以下工作。

· 基于不同標識解析體系數據融合的技術研究。

· 面向物聯網語義理解及語義互操作的技術研究。

· 基于標識進行行業語義定義（標準）及相應語義擴展標準化及技術研究。

· 基于標識技術支持工業互聯網與互聯網數據相互融合的數據開放技術研究。

· 支持基于標識解析技術智能化應用的技術研究，尤其是在信息融合基礎上采用自然語言處理技術的應用研究。

· 公共云服務平臺：進行標識技術開展公共服務的基礎支撐平臺技術研究，研究公共服務平臺技術架構及關鍵技術。

· 支撐標識技術的網絡技術研究：結合電信網絡演進，對未來網絡支撐物聯網標識技術的網絡演進關鍵技術進行研究，包括傳遞標識關鍵信息的網絡基礎設施改造及升級、技術研究路線、增值服務和應用等。

圖2 面向多領域標識數據融合的邏輯設想

5 結束語

互聯網與工業融合創新，不僅僅是網絡的互通，更重要的是網絡所傳遞信息的融合理解及開放應用。工業互聯網空間的信息采集、理解是工業互聯網、智能制造發展的重要核心推動力。標識解析體系是未來工業互聯網、物聯網、智慧城市基礎信息設施的重要組成部分，也是支撐網絡互聯互通和信息共享共用的重要基礎設施。部分標識技術已經具備跨平臺，初步具備了面向業務可靈活定義等特性。但在面向物聯網信息空間的語義理解方面還有許多工作做，尤其是標準化方面，還需面向制造企業的實際需求，制定開放共享的標準。

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Identifier technology in industrial internet

YANG Zhen1, ZHANG Dong2, LI Jie1, ZHANG Jianxiong1
1. Shanghai Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Shanghai 200122, China 2. Government and Enterprise Customer Department of China Telecom Corporation, Beijing 100010, China

The value discovery of data is the core of industrial internet, but for historical reasons, there are many information islands exist in enterprises. The identifier is the key technology for solving information isolated island and industrial big data gathering. Also, the identifier is the basis technology of understanding industrial big data. Several key elements in the application of identifier in industrial internet were analyzed, and some research ideas for the future study of industrial big data’s understanding were given.

industrial internet, identifier, natural language processing, industrial big data

F49

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017296

2017?09?30；

2017?11?10

楊震（1972?），男，博士，中國電信股份有限公司上海研究院物聯網部教授級高級工程師，主要研究方向為人工智能、自然語言處理、搜索引擎技術。

張東（1972?），男，中國電信集團公司政企客戶事業部產業互聯網創新發展中心主任、高級工程師，主要從事產業互聯網（互聯網+）、工業互聯網和智慧城市方向的研究工作。

李潔（1980?），男，中國電信股份有限公司上海研究院工程師，主要從事車聯網及工業互聯網領域的產品開發、技術研究工作。

張建雄（1969?），男，中國電信股份有限公司上海研究院副研究員，主要研究方向為物聯網技術與應用、工業互聯網平臺、工業云和工業大數據技術與應用、智能制造解決方案等。