我国“两化融合”的通信标准体系研究*

吕建东，刘建华，李紫云

（1.西安邮电学院 西安 710121；2.南京信息工程大学电子信息工程学院 南京 210044）

1 引言

“两化融合”是党的“十六大”提出的“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”[1]的浓缩，党的“十七大”则更加明确地提出了“促进工业化和信息化的融合”[2]的战略目标。

“两化融合”需要特有的媒介作为载体，这些载体在操作环节中主要体现为技术融合、产品融合、业务融合、产业衍生4个层次[3]，使得这些载体运动的就是信息通信。

标准体系是由一定范围内的具有内在联系的标准组成的科学的有机整体，按照“层次结构”以标准体系框架和标准明细表的图表形式构成，标准体系框架由多个相互制约、相互作用、相互依赖和相互补充的分体系构成，标准明细包括现有的、正在制定的和应予制定的所有标准[4]。

发达国家更加强调“信息革命”的概念[5],其“两化融合”的基本历程大部分是先工业化再信息化，“两化融合”产生于工业化高速发展阶段，并最终从工业化时代步入信息化时代[4]。在标准方面，美国、欧洲各国、日本等更加积极地制定国家发展战略，特别强调“成功的标准过程产生正确的结果”[6]。

2 “两化融合”的本质

2.1 “两化融合”模型

工业化是以人类从自然界获取的物质与能量为基础进行的再加工和制造，相应的人类生活以消费这些加工制造品为主要内容。工业化的重要特征之一就是大规模的生产和规模经济，大规模生产有两个主要方法：制造标准的、可互换的零件或产品；利用传送带和装配线，实现专业分工，即工业化方法的核心是规范化和标准化。工业化的另一个重要特征是由专业分工和对外协作构成的生产的社会化，社会化的生产协作要求信息化。信息化以信息设备制造为基础，以信息采集、信息加工、信息传输、信息处理、信息利用为核心，人类生活的消费往往以消费信息服务为前提。可见信息化发展应以工业化的企业规模推进信息化，信息化的本质是信息数字化的革命[7]。因此，实现信息化和工业化融合的核心方法就是规范化、标准化和网络化。

对于信息化目前没有公认的定义[8]。但从“两化融合”的角度看，信息化是一个映射的过程，即将人们生活的物理世界通过同态映射转换为数字世界；同时，利用逆变换将数字世界转换成物理世界，成为人们改造物理世界的工具[7]。“两化融合”的模型如图1所示。

2.2 “两化融合”

设“两化融合”体系s(n)是由 n个存在关联的部分e(1)，…，e(i)，…，e(n)构成的整体，可以将 e(i)理解为“两化融合”体系的组成部分（如数据库、互联网、金融等应用系统），则“两化融合”体系为 s(n)={E(n),Rs}，其中 E(n)={e(i),i=1,2,…,n}为系统实体集，Rs表示 e(1)，…，e(i)，…，e(n)之间存在关联的集合。同理，“两化融合”通信标准体系V(m)是指由 m个存在关联的部分 c(1)，…，c(i)，…，c(n)构成的整体，即 V(m)={C(m),Rv}，其中 C(m)={c(i),i=1,2,…,n}为系统要素集，Rv表示 c(1)，…，c(i)，…，c(n)之间存在关联的集合。有了上述规则，“两化融合”和“两化融合”的通信标准体系的关系可由下式反映：

其中F(·)为一确定或者不确定的映射关系，由图1可得：

C（系统要素）={c（信息接口），c（信息存储）,c（信息处理），c（信息应用），…}

RV（关联关系）={r（数据），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

这就是“两化融合”的通信标准体系概念模型的核心。

3 “两化融合”通信标准体系的顶层设计

顶层设计主要是利用系统科学的观点审视 “两化融合”标准体系，对其进行理论的探讨，属于定性的范畴。然后在顶层设计指导下，深入到各分体系的设计、提取及测算中，最后利用综合集成的思想，由定性到定量，定性与定量相结合，形成整体的“两化融合”通信标准体系。

“两化融合”的通信标准体系的顶层设计包括工业化过程中的数据接入、数据存储、数据通信、数据测试、数据处理和数据应用。通信信息服务是这个过程中相互联系的载体。即：

C（系统要素）={c（信息接口），c（信息存储）,c（信息处理），c（信息应用），…}

RV（关联关系）={r（数据），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

综合前面的分析，“两化融合”通信标准体系的顶层模型如图2所示。

顶层模型基于现有的公众网络可以解决 “两化融合”的大部分问题。采取两头在外、中间在内的方法，即数据获取和应用在于企业和用户，而由公众服务运营商在全国范围内构建大规模统一数据存储、处理、传递、监控中心，提高“两化融合”的有效性、可信性、安全性、联通性等。

·物理接口层：包括“两化融合”通信所使用的各类硬件接口，符合国际、国家、行业、企业等的通信信息接口要求。

·数据资源层：包括各类数据的存储、汇集、组织、处理等的软件和硬件，如数据中心（ICT）。

·通信网络层：包括适用于“两化融合”的通信协议和路由算法等。

·控制监测层：包括“两化融合”需求的各类控制软件和硬件的汇总，如总线、控制器件等，也包含了数据的各类测试，如一致性测试、性能测试等。

·计算处理层：包括“两化融合”需求的各种模型体系结构、数据结构、服务搜索引擎等。

·应用服务层：提供“两化融合”的各行各业的各种服务。安全和管理始终贯穿各层“两化融合”的各个方面。

4 “两化融合”通信标准体系及其基本内容

“两化融合”通信标准体系，不仅要体现各行各业在工业生产中的数字化、智能化和网络化的各种融合关系，而且要以最小的代价获得应用服务。以物理接口层为例，从目标功能、范围界定、主要技术支撑、服务对象、通信方式等方面粗浅地分析其所包含的基本内容，其他各层也都是从这些方面进行分析，最终给出“两化融合”的通信标准体系。

4.1 物理接口层

（1）目标功能

物理接口层主要是在“两化融合”过程中的工业产品或各行业的信息化数据获取中提供通信支持接口软件或硬件，这些硬件或者软件可以是一个嵌入式的系统，也可以是其他的网络数据接口。可以以各种灵活方式获取数据，但面对复杂的各种应用，如工业、银行、税务、交通等方面，其接口规范和标准非常复杂，如工业应用有各种不同的总线方式，如CAN总线、I2C总线等，要把这些融合起来，就要以目前的公众通信网络为依据，制定各种转换规范或标准，以统一各种不同情况下的数据融合，满足“两化融合”的需求。

（2）范围界定

在两化融合过程中，不仅有人与人的通信，更有人与物、物与物之间的通信问题。明确了通信的对象和服务的范围，才能更加有效地为“两化融合”提供服务。目前，人与人的通信还是主要的通信方式，制定的很多标准也是为了满足人与人之间的通信要求，但“两化融合”更多的是智能化的、人与物、物与物之间的通信。

（3）主要技术

目前可用于“两化融合”的技术主要包括嵌入式技术、传感器技术、RFID技术、智能卡技术、代理技术等。其中嵌入式技术是实现“两化融合”的关键技术，目前发展非常迅速；传感器技术在远程监控的数据获取等方面起着很关键的作用，只要能在取电方面有所突破，这项技术将对“两化融合”发挥巨大作用；RFID被誉为物联网的关键技术，目前在超市、物流、智能交通等方面发挥着作用，被认为是“两化融合”需要进一步突破的关键技术；智能卡技术在银行服务、交通、缴费等方面发挥着作用；代理技术目前是实现虚拟化控制的主要技术，将为“两化融合”发挥重要作用。

总之，这些技术已经有了一些标准支撑，但其公众通信之间的接口问题的解决将成为“两化融合”普遍服务的一个重要方面。

（4）服务对象

物理接口层的服务对象是“两化融合”过程中利用公众网络的各行各业的信息化系统、产品、服务等，可能是一个工业产品，也可能是一种业务。这些服务对象是“两化融合”的具体体现，将对“两化融合”的具体发展产生深刻的影响。因此，了解各种服务对象的特点，制定相应的标准，满足各种产品或服务的不同应用，对推动“两化融合”有很大的作用。

（5）通信方式

公众网络的业务和服务将对“两化融合”产生巨大的作用，制定各种“两化融合”物理接口层标准，为“两化融合”搭建桥梁，包括各类工业产品中的通信接口、通信企业的各类接口、协议规程以及各种连接方式（如有线的、无线的），这些接口或者嵌入在产品中或者是以服务的形式以软件的方式实现。

基于以上分析，可得：

C（接口）={c（数据感知），c（嵌入式）,c（RFID），c（芯片），…}

RV（数据）={r（数据传送），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

物理接口层示例如图3所示。

4.2 其他各层的系统要素集

同理，可得其他各层的系统要素集和关联关系如下。

（1）数据资源层

C（存储）={c（数据库），c（网络存储）,c（PDM），c（用户信息），…}

RV（访问）={r（访问控制），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

（2）网络通信层

C（网络）={c（数据网），c（移动网）,c（电视网），c（传感网），…}

RV（通信）={r（原理），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

（3）控制监控层

C（控制）={c（ICT），c（过程控制）,c（分布式控制），c（数据测试），…}

RV（监控）={r（流程时序），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

（4）计算处理层

C（处理）={c（分布式系统），c（网格）,c（云应用计算），c（移动计算），…}

RV（计算）={r（搜索），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

（5）应用服务层

C（应用）={c（金融），c（制造）,c（环境），c（电力），…}

RV（服务）={r（资源），r（协议），r（安全），r（管理），r（信息），r（技术），…}

（6）安全标准

C（安全系统）={c（硬件），c（软件）,c（系统），c（体系），…}

RV（标准）={r（数据），r（协议），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

（7）管理标准

C（管理系统）={c（过程管理），c（分布式管理）,c（运行管理），c（评价评估系统），…}

RV（标准）={r（制度），r（体系），r（安全），r（管理），r（算法），r（技术），…}

4.3 “两化融合”通信标准化体系

“两化融合”的通信标准体系如图4所示。

5 结束语

系统性和高效率是工业化的重要准则，网络化则是系统性的有力体现，主要实现了多样化中的有序化，标准化则是高效率的主要体现。建立通信的标准化体系，就是要使“两化融合”过程中的标准问题能在继承以前标准的基础上系统地、协调地、国际化地、有序并具有一定指导意义地健康良性地向前发展。

1 中国共产党第十六次全国代表大会工作报告,2002

2 中国共产党第十七次全国代表大会工作报告,2007

3 史炜,马聪卉,王建梅.工业化和信息化融合发展的对策研究——以融合类业务发展及业务模式探讨“两化融合”的发展对策.数字通信世界,2010(2)

4 北京市信息化工作办公室,北京市质量技术监督局.信息化标准化工作指南.北京:北京邮电大学出版社,2006

5阿尔弗雷德·钱德勒等著,万岩等译.信息改变了美国——驱动国家转型的力量.上海:上海远东出版社,2008

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

7 周宏仁.信息化概论.北京:电子工业出版社,2009

8 汪传雷,李从春.信息化与工业化融合研究.情报理论与实践,2009(11)