用统一编码筑巢物联网

    张旭马应召本刊记者赵建萍/文

   ▲2013年2月，中国政府网公布《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，提出到2015年，突破一批核心技术，初步形成物联网产业体系。这充分说明物联网建设已被我国提升为国家战略。

   ▲国家发展改革委、工业和信息化部、科技部、教育部、国家标准化管理委员会（以下简称“国家标准委”）联合物联网发展部际联席会议相关成员单位制定了10个物联网发展专项行动计划。

   ▲国家标准委发布了21项智能交通国家标准，并向公安部、国家林业局、全国信息技术标准化技术委员会、全国智能运输系统标准化技术委员会、全国物品编码标准化技术委员会下达了物联网等47项国家标准计划，我国物联网行业标准体系初具规模。

   近年来，“物联网”已成为国家信息化建设发展会议、科技领域新闻、自动识别行业绕不开的高频词汇。种种迹象表明，物联网给了人类对未来美好的憧憬。所有物品的连接，智能化的识别和管理，物联网为人类编织起了一个梦。

   自1999年美国麻省理工学院提出物联网的基本概念，中国科学院便启动了传感器的相关研究。自此，我国物联网建设的进程就从未停歇。2013年更是我国物联网在关键技术突破、产业规模化发展和广泛应用等方面都取得较大成果的一年。以广东省为例，去年广东物联网企业规模数同步增长，由2012年的2200家增加到2800多家，增加约27%。相关专利申请数量为2446个，与2012年相比，增长接近一倍，其中发明专利占42.8%，实用新型专利占54.7%。2013年广东省物联网产业市场规模达1950亿元，同比增长41%，是近年来规模增长最快的一年。

   2013年5月,“国家物联网标识管理公共服务平台”项目得到正式批复。该项目由中国科学院计算机网络信息中心牵头，联合工业和信息化部电子科学技术情报研究所、工业和信息化部电信研究院、中国物品编码中心三家单位参与，建立物联网标识统一管理和公共服务平台。2013年10月，国家发改委要求各地组织开展2014~2016年国家物联网重大应用示范工程区域试点，支持各地结合经济社会发展实际需求，在工业、农业、节能环保、商贸流通、交通能源、公共安全、社会事业、城市管理、安全生产等领域，组织实施一批示范效果突出、产业带动性强、区域特色明显、推广潜力大的物联网重大应用示范工程区域试点项目，推动物联网产业有序健康发展。让我们一同走进物联网统一编码编织的世界……

   物联网统一编码是根据物联网的编码现状，总结提炼出具有共性的特征，在兼顾各种标识方法特点的情况下提出科学、合理、符合我国国情并能够满足我国当前物联网发展需要的一套自主掌控，兼顾科学性与实用性，数据结构灵活可扩展、适合物联网应用需求的、科学的“物”的编码方案和统一的数据结构。Ecode既能实现物联网环境下对“物”的唯一编码，又能针对当前物联网中多种编码方案共存的现状，兼容现有编码方案，适用于物联网各种物理实体、虚拟实体的编码。Ecode是物联网统一标识体系的重要组成部分。物联网统一标识体系用于支撑跨系统、跨行业信息的互联互通，包括Ecode编码、数据标识、中间件、解析系统、安全机制、信息查询和发现服务、应用模式等部分组成，是一个完整的体系。

    共识下的自主创新

   物联网标识作为物联网的基础支撑技术一直是国内外的研究热点。当前不同的编码方案共同存在于物联网中，统一的物联网编码标识体系尚未建立，各个国家和国际组织都在尝试提出适合于物联网应用的编码，如EPC、日本提出的UID系统采用的编码Ucode、韩国提出基于移动商务领域应用的mCode、OID、DOI等。

   EPC编码主要以透明供应链、提高物流效率为主要目标，主要用于商贸物流等开放流通领域；Ucode主要应用在日本，在全球其它国家应用较少，目前在日立欧洲研究院的推动下，如芬兰等国也有一些Ucode的应用案例。mCode侧重于大众生活的便捷化，主要用于广告、优惠卷等移动商务领域，还处于标准制定阶段。UID目前仅以电器产品智能化管理为主要目标，且只在日本一国应用。OID当前主要应用在SNMP协议、通信加密、数字证书、ISO射频识别数据协议、UUID等方面。由于其管理和组织松散，结构冗繁，在RFID、二维码等标签中应用难度较大，不便于统一管理，开放性和安全性也需要加强。

   随着物联网应用不断深入，跨系统、跨平台、跨地域之间的信息交互、异构系统之间的协同和信息共享会逐步增多，建立统一物联网编码标识体系已成为全球共识。

   在我国物联网示范工程的应用中，采用各自系统的编码方案，当需要实现跨系统、跨平台、跨地域的互联互通时，遇到瓶颈。国家物联网基础标准工作组——标识技术项目组从国家层面统筹规划，全面协调制定符合我国应用实际的标准，在现有各种应用系统基础之上，提出具有兼容性的解决方案，既能让现有各种编码系统继续发挥作用，又能充分考虑新的应用需求，制定统一的编码标识体（如图1），在此基础上建立国家物联网统一标识管理公共服务平台，为各行各业物联网建设提供支撑。

图1  物联网统一标识体系模型

    遵循原则

   Ecode编码可存储于一维码（code128编码等）、二维码（QR码、DM码、汉信码）、RFID标签（ISO/IEC18000-63，ISO/IEC18000-3m3）等各种类型的载体中。在这些标签中的承载要遵循严格的数据协议，以便于能够将Ecode标签与其他标签区分开来。Ecode编码方案应遵循如下原则：

   唯一性原则。物联网统一编码是对实体的唯一性标识，这个唯一性既可以是全局唯一，也可以是局部唯一。

   兼容性原则。物联网统一编码能实现对现有各应用领域中已存在的编码方案的兼容，通过建立各种映射规则和编码映射关系，支持已经存在的各种编码。

   可扩展性原则。物联网统一编码要具有可扩展功能，给出扩展机制。如果未来应用有扩展需求，可提供合理的扩展方案。

   安全性原则。物联网统一编码要考虑标识的安全性，通过编码加密/解密技术及传输协议，支持标识能够在特定的应用场合不对外显示标识对象的任何信息。

   实用性原则。考虑未来物联网海量信息的特点，为降低信息搜索的复杂性、减少查询冗余、实现高效物联，代码结构码段不能无限延长。

    编码结构

   物联网统一标识体系通过Ecode作为访问异构系统的主键，要能够通过一些技术手段，如数据载体标识符、编码的长度、标签的特征、EcodeLogo等多种方式识别是何种编码，从而确定该编码的的编码体系标识（Numbering System Identifier NSI），并通过标识平台来获取跨系统的信息。

   Ecode的一般结构为：“版本+编码体系标识+主体代码”,采用可扩展的方案，根据选择的不同版本，长度不同，可根据需要灵活扩展。具体方案见表1。

表1   Ecode编码结构

   版本(Version,V)：用于区分不同数据结构的Ecode。版本长度为4比特，也可采用1位十进制表示（版本10102~11112禁用），版本由我国物联网统一编码管理机构统一分配。不同的物联网应用可以根据需要选择合适的版本。

    编码体系标识（Numbering SystemIdentifier,NSI），用于指示某一标识体系的代码。据版本的不同，NSI的长度也不同。NSI由我国物联网统一编码管理机构统一分配。

    主体代码（MasterData，MD），某一行业和应用系统中标准化的编码方案的标识代码，主体代码的长度和数据结构由NSI决定。主体代码的结构及分配由某一编码体系的管理机构自行管理和维护。某一编码体系的管理机构制定的主体代码结构应向管理我国物联网统一编码管理机构备案。

    不同版本的Ecode分配原则：

    1.如果主体代码长度少于21位十进制编码，分配Ecode-V1；

    2.如果主体代码长度少于29位十进制编码，分配Ecode-V2；

    3.如果主体代码长度为少于40位的字符型的编码，分配Ecode-V3；

    4.如果主体代码长度为不定长的Unicode编码，分配Ecode-V4。

    NSI的分配原则：

    1.该主体代码的编码遵循特定的标准，有特定的数据结构。主体代码编码遵循的标准可以是国际标准、国家标准、地方标准、行业标准或企业标准等。

    2.该主体代码所遵循的特定标准具有明确的管理机构，可以是独立法人机构、或者标准委员会、标准维护组织等经物联网统一编码管理机构认可的组织。

    3. 该主体代码具有特定的应用范围和一定的应用规模。

   对于各行业物联网用户，Ecode主要面向两种情况:第一种情况，对已有成熟编码方案的应用，如果采用Ecode标识体系，则申请相应的版本和编码体系标识。第二种情况，对于没有成熟编码方案的应用，可以使用Ecode通用数据结构。根据长度和编码字符集的不同，Ecode通用数据结构目前包含Ecode96、Ecode128和Ecode146。以Ecode96为例，表示一组无含义的96比特二进制编码，或者是25位的十进制编码，如表2所示。Ecode96通过二维码或RFID贴于物品上，通过解析系统获取其标识的信息。

    分区码（Domain Code,DC），类别码和标识码长度范围的分隔符。类别码（ClassCode,CC），一级无含义编码。标识码（Identification Code,IC），二级无含义编码。

 表2   Ecode96通用编码结构

    载体标识

   对于物联网统一编码在数据载体中的标识，通过自动感知和信息获取技术来采集到网络信息系统中，其在传输入网络的过程中，根据具体的数据载体标识、数据内容标识以及相关格式信息，完成承载形式与对象统一编码之间的转化。在物联网的接入过程中，物联网对象编码的载体、感知、获取、传输方式等的标识是物联网统一标识体系的重要组成部分。

    Ecode整体写入

    采用一维条码作为载体

   采用一维条码作为载体，可以采用目前最为通用的GS1-128条码作为载体，为了避免和现有编码系统冲突，将“Ecode=版本+编码体系标识+主体代码”整体写入一维条码中，其中“Ecode=”作为一个采用Ecode编码体系的标识符，如图2。

    图2 Ecode的条码表示

    采用二维码作为载体

   采用二维码作为载体，通过制定二维码的物联网统一编码模式，从而将“版本+编码体系标识+主体代码”整体写入二维码中，也可以和一维条码一样，将“Ecode=版本+编码体系标识+主体代码”整体写入一维条码中，其中“Ecode=”作为一个采用Ecode编码体系的标识符。

   示例：对于某一个V+NSI+MD的十进制表示为：（V）1+（NSI）4000+（主体代码）123456789，可以采用以下标识方式：“Ecode=14000123456789”整体写入二维条码中,分别采用汉信码、QR码作为载体进行表示，如图3。

    编码Ecode=14000123456789

    图3   Ecode的二维码表示

    采用RFID标签作为载体

   Ecode在进行射频标签承载时，是以二进制存储在射频标签的内存中。Ecode宜存放在射频标签的物品唯一标识区。射频标签的物品唯一标识区，根据不同的标签类型而不同。对于一个射频标签里存储多个Ecode代码的情况，Ecode编码标准规定在射频标签的物品唯一标识区应只存储一个Ecode，其余的Ecode存储在非物品唯一标识区。

    Ecode Logo标签标识

   通过条码、二维码或RFID标签记录该应用的“VNSI”信息，这个承载VNSI信息的载体叫做EcodeLogo；当采用条码作为载体时，标签由三部分内容组成：承载“VNSI”信息的条码、Ecode图案、“VNSI”可供人识别的信息表示；当采用二维码作为载体时，标签由两部分组成：承载“VNSI”信息的二维码和Ecode图案（如图4）；当使用RFID标签承载VNSI信息时，将ELogo=VNSI作为一个整体写入，如图5。

图4   Ecode Logo的条码、二维码表示

图5   Ecode Logo快递标签上的应用

    编码解析

   Ecode编码的解析过程是一个多源信息提取的过程。可以通过一个Ecode编码获取与其相应的生产厂商信息、产品属性信息、流通信息、促销信息等。具体的解析分为三步：编码体系解析（VNSI的解析）、编码数据结构解析、物品码解析（以下简称“三步解析”）。编码体系解析，通过解析云平台，完成V和NSI的解析，可处理所有跨系统的解析请求；编码数据结构解析，完成编码转换成URI；物品码解析，完成与物品相关的信息服务器地址的解析，如图6所示（见下页）。

图7  同庆号普洱茶的解析流程

   在完成如图6所示的物品码解析之后，会得到多条有关该物品的信息，这些信息的来源各不相同，有来自于国家信息库、行业信息库、企业信息库等。以一饼同庆号普洱茶为例，通过国家物联网标识平台对这饼茶的Ecode编码进行查询，通过三步解析后会得到两条信息，一条信息来自于商品信息服务平台，显示厂商信息和基本的产品信息，另外一条信息来自于同庆号普洱茶厂家的信息库，显示了追溯信息和更为详尽的产品信息，如图7所示。❋《中国自识别技术》2014年第一期