工業互聯網标識解析體(tǐ)系發展趨勢

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發布時(shí)間(jiān):2020-04-16
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基金項目：工業和(hé)信息化部“2018年工業互聯網創新發展工程”專項項目“工業互聯網标識解析國家(jiā)頂級節點（一期）建設”資助

導讀

工業互聯網标識解析體(tǐ)系是我國工業互聯網建設的重要任務，我國工業互聯網發展綱領性文件《關于深化“互聯網+先進制(zhì)造業”發展工業互聯網的指導意見》指出，工業互聯網的核心是基于全面互聯而形成數(shù)據驅動的智能，标識解析體(tǐ)系作(zuò)為(wèi)工業互聯網的關鍵神經系統，是實現工業系統互聯和(hé)工業數(shù)據傳輸交換的支撐基礎。通(tōng)過工業互聯網标識解析系統，構建人(rén)、機、物全面互聯的基礎設施，可(kě)以實現工業設計(jì)、研發、生(shēng)産、銷售、服務等産業要素的全面互聯，提升協作(zuò)效率，對促進工業數(shù)據的開(kāi)放流動與聚合、推動工業資源的優化集成與自由調度、支撐工業集成創新應用具有(yǒu)重要意義。

标識解析體(tǐ)系現狀

工業互聯網标識解析體(tǐ)系主要由标識編碼和(hé)标識解析兩部分構成，标識編碼指為(wèi)人(rén)、機、物等實體(tǐ)對象和(hé)算(suàn)法、工藝等虛拟對象賦予全球唯一的身份标識，類似于互聯網中的名字服務；标識解析指通(tōng)過标識編碼查詢标識對象在網絡中的服務站(zhàn)點，類似于互聯網中的域名解析服務。工業互聯網标識解析系統類似于域名解析系統，是實現資源互聯互通(tōng)的關鍵基礎設施，主流的标識解析體(tǐ)系主要有(yǒu)Handle、GS1和(hé)OID等，目前多(duō)用于流通(tōng)環節的供應鏈管理(lǐ)、産品溯源等場(chǎng)景中。随着工業互聯網的深入推進，采用公有(yǒu)标識對各類資源進行(xíng)标準化編碼成為(wèi)實現信息共享，推進工業智能化的基礎。

Handle系統是一套由國際DONA基金會(huì)組織運行(xíng)和(hé)管理(lǐ)的全球分布式管理(lǐ)系統。Handle系統是數(shù)字對象架構（Digital Object Architecture，DOA）的主要實現形式，采用分段管理(lǐ)和(hé)解析機制(zhì)，實現對象的注冊、解析與管理(lǐ)。Handle系統采用兩段式命名機制(zhì)，結構為(wèi)權威域（NamingAuthority）/本地域（LocalName），權威域和(hé)本地域命名之間(jiān)用“/”分隔，權威域下可(kě)管轄若幹子權威域，自左向右用“.”隔開(kāi)。Handle系統采用分級解析模式，全球Handle注冊機構（Global Handle Registry，GHR）提供權威域查詢，本地Handle服務（Local Handle Service，LHS）提供本地命名查詢。

GS1（Global Standard 1）是由國際物品編碼協會(huì)建立的一種标識體(tǐ)系。GS1由三大(dà)體(tǐ)系構成，包括編碼體(tǐ)系、載體(tǐ)體(tǐ)系、數(shù)據交換體(tǐ)系，可(kě)以對物品供應鏈全生(shēng)命周期的各類數(shù)據信息進行(xíng)标識。通(tōng)過統一的GS1标識編碼，企業之間(jiān)可(kě)以有(yǒu)效地實現供應鏈信息共享和(hé)交換，實現高(gāo)效率、低(dī)成本的物流倉儲管理(lǐ)和(hé)産品追溯。全球貿易項目代碼（Global Trade Item Number，GTIIN）是GS1編碼體(tǐ)系中應用最廣泛的标識代碼，GS1代碼大(dà)緻由指示符+廠商識别代碼+商品項目代碼+校(xiào)驗碼等部分構成，為(wèi)了應對互聯網化的發展，GS1提出超級鏈接的方案，采用域名+廠商識别代碼+應用标識符的結構提供線上(shàng)解析服務。

對象标識符（Object Identifier，OID）是由ISO/IEC、ITU共同提出的标識機制(zhì)，用于對任何類型的對象、概念或事物進行(xíng)全球統一命名，一旦命名，該名稱終生(shēng)有(yǒu)效。OID制(zhì)定的初衷是要實現開(kāi)放系統互聯（Open System Interconnection，OSI）中對象的唯一标識。OID采用分層、樹(shù)狀編碼結構，不同層次之間(jiān)用“.”來(lái)分隔，即xx.xx.xx.xx…，每個(gè)層級的長度沒有(yǒu)限制(zhì)，層數(shù)也沒有(yǒu)限制(zhì)。例如，我國農業部的節點由OID（1.2.156.326）表示，每個(gè)數(shù)字分别代表的含義為(wèi)1（ISO）-2（國家(jiā)）-156（中國）-326（農業部）。

在解析層面，傳統的互聯網通(tōng)過域名服務（Domain Name Server，DNS）将名字轉換成IP地址，實現網絡信息資源的獲取。在互聯網中，想要找到物品背後的信息資源同樣需要類似的服務，将物品的身份編碼标識轉換為(wèi)存有(yǒu)物品信息的服務器(qì)IP地址，進而獲取信息資源。目前，存在多(duō)套相互競争的标識編碼标準、不同的标識編碼體(tǐ)系之間(jiān)存在尋址沖突的問題，工業互聯網應用場(chǎng)景複雜，被标識對象數(shù)量龐大(dà)，僅靠某一種編碼系統來(lái)取代現有(yǒu)的多(duō)種标識編碼系統并存的現狀，代價大(dà)且技(jì)術(shù)上(shàng)難以實現，故兼容現有(yǒu)工業互聯網标識解析體(tǐ)系的新型解決方案是當前工業互聯網标識解析體(tǐ)系的主要研究方向。

工業互聯網标識解析體(tǐ)系核心技(jì)術(shù)

2.1 工業互聯網标識編碼技(jì)術(shù)

工業互聯網标識編碼技(jì)術(shù)是工業互聯網标識解析體(tǐ)系研究的重點之一。工業互聯網利用标識編碼将人(rén)、機、物等資源聯通(tōng)起來(lái)，通(tōng)過聯網對象（實體(tǐ)對象或虛拟對象）之間(jiān)的協作(zuò)交互，實現工業全要素、全産業鏈、全價值鏈的互聯互通(tōng)，有(yǒu)效提高(gāo)工業生(shēng)産效率。因此，用來(lái)唯一識别不同聯網對象的工業互聯網标識技(jì)術(shù)是工業互聯網應用服務的先覺條件。工業互聯網标識編碼技(jì)術(shù)是指對物理(lǐ)實體(tǐ)或虛拟資源賦予唯一标識，人(rén)類和(hé)機器(qì)可(kě)對标識進行(xíng)識讀，然後可(kě)将其解析為(wèi)信息。目前，标識編碼規則并不統一，零散混亂，造成工業行(xíng)業“信息孤島”問題嚴重，影(yǐng)響産業鏈上(shàng)的數(shù)據交換和(hé)信息共享。工業應用場(chǎng)景複雜，被标識對象形式多(duō)樣，對标識編碼結構提出了嚴峻的挑戰，而标識編碼結構決定了标識空(kōng)間(jiān)的大(dà)小(xiǎo)，并與管理(lǐ)策略緊密相關，直接影(yǐng)響标識解析系統的設計(jì)，故标識編碼的目的不僅要考慮唯一性，也要考慮針對性、可(kě)用性、可(kě)擴展性和(hé)安全性等方面的內(nèi)容。目前，主流的标識編碼方案：一種為(wèi)層級式的結構化标識編碼方案，這種标識編碼方案有(yǒu)利于實現标識編碼的分級查詢和(hé)管理(lǐ)；另一種是扁平化的随機數(shù)形式的标識編碼方案，這種标識編碼方案具有(yǒu)去中心化特性，在網絡攻擊和(hé)防禦方面具有(yǒu)良好的表現。

2.2 工業互聯網解析尋址技(jì)術(shù)

在互聯網中的解析是指将域名解析為(wèi)IP地址，通(tōng)過IP路由尋址實現端到端的訪問。在工業互聯網中，如何通(tōng)過标識編碼查找或者檢索到與其對應的地址信息，是解析尋址技(jì)術(shù)主要解決的問題。解析尋址技(jì)術(shù)主要分為(wèi)3種類型，分别是經典的解析尋址技(jì)術(shù)、改進型解析尋址技(jì)術(shù)和(hé)變革型解析尋址技(jì)術(shù)。經典的解析尋址技(jì)術(shù)是通(tōng)過DNS域名查找對應的IP地址，再由IP地址找到MAC地址；改進型的解析尋址技(jì)術(shù)仍然是基于DNS，通(tōng)過局部的适當改進來(lái)滿足工業互聯網的需求；變革的解析尋址技(jì)術(shù)是指脫離現有(yǒu)的互聯網解析尋址技(jì)術(shù)的新型解析尋址方案，同時(shí)又能夠與互聯網域名系統保持互聯互通(tōng)，目前主要是由數(shù)字對象名稱管理(lǐ)機構（DONA基金會(huì)）提出的Handle标識編碼及其标識解析系統，其優點是技(jì)術(shù)創新空(kōng)間(jiān)較大(dà)，可(kě)以更好地滿足工業互聯網發展需求，提供了打造新型網絡治理(lǐ)格局的機遇。

2.3 工業互聯網安全解析和(hé)管理(lǐ)技(jì)術(shù)

安全解析和(hé)管理(lǐ)是随着工業互聯網的應用而産生(shēng)的問題。當應用端根據标識編碼去請(qǐng)求服務時(shí)，并不知道(dào)标識編碼所對應的服務地址能否公開(kāi)訪問，特别是相對敏感的工業數(shù)據，工業企業更希望可(kě)以自己控制(zhì)信息的訪問權限，而公開(kāi)服務的尋址系統并不重視(shì)這一點，互聯網中DNS域名系統到IP地址的解析是公開(kāi)的，任何人(rén)都可(kě)以進行(xíng)訪問查詢。工業互聯網管理(lǐ)技(jì)術(shù)應該定義與地址屬性有(yǒu)關的訪問控制(zhì)信息，比如增、删、改、查等操作(zuò)的訪問權限、執行(xíng)權限、可(kě)訪問的角色定義等。尤其是工業數(shù)據敏感，工業企業數(shù)據線上(shàng)化後易遭到攻擊，若數(shù)據流入競争對手手中，對企業競争力産生(shēng)威脅，間(jiān)接提高(gāo)成本，減少(shǎo)收益。

工業互聯網背景下标識解析體(tǐ)系發展趨勢

在工業互聯網出現之前，标識主要應用在倉儲物流管理(lǐ)中，用以提升自動化水(shuǐ)平，提高(gāo)工作(zuò)效率，降低(dī)物流成本。随着信息技(jì)術(shù)的不斷發展以及數(shù)字化水(shuǐ)平的不斷提升，标識不再局限在企業內(nèi)部管理(lǐ)中，而是被賦予了打通(tōng)信息壁壘，實現信息共享，挖掘數(shù)據價值等更深層次的意義。

3.1 标識服務主體(tǐ)細到物品和(hé)數(shù)據

傳統互聯網中的域名标識編碼主要是以“面向人(rén)為(wèi)主”，方便人(rén)來(lái)識讀主機、電(diàn)腦(nǎo)、網站(zhàn)等；而工業互聯網标識編碼，則擴展到“面向人(rén)、機、物”的三元世界，方便計(jì)算(suàn)機自動讀取機器(qì)、産品、原材料等物品及其所關聯的各種數(shù)據。

傳統互聯網中的标識解析，本質是将域名标識翻譯為(wèi)IP地址，從而支撐用戶上(shàng)網浏覽網頁等行(xíng)為(wèi)；而工業互聯網中的标識解析，本質是将工業互聯網标識翻譯為(wèi)物體(tǐ)或者相關信息服務器(qì)的地址，并在此基礎上(shàng)增加了查詢物品屬性數(shù)據的過程，從而支撐工業互聯網數(shù)字化、網絡化、智能化的發展。

3.2 标識服務功能增加數(shù)據的管理(lǐ)

傳統互聯網的核心是主機，因此标識解析服務（即域名體(tǐ)系）也是為(wèi)如何查詢主機地址而設計(jì)。盡管由域名擴展而來(lái)的網址，即統一資源定位符（URL）可(kě)以識别網頁等互聯網數(shù)據，但(dàn)DNS并不提供針對URL的完整解析，而是在查詢到主機IP地址後将剩下的信息查詢和(hé)管理(lǐ)功能交給主機獨立完成，這也是造成互聯網數(shù)據難以共享、共用的根本原因之一。

工業互聯網的核心是數(shù)據，因此标識解析服務需要為(wèi)如何查詢和(hé)管理(lǐ)信息而設計(jì)。一是工業數(shù)據歸屬于不同主體(tǐ)，包括原材料供應商、生(shēng)産制(zhì)造商、物流運輸商、銷售商等角色，各個(gè)主體(tǐ)對工業數(shù)據的管理(lǐ)權限和(hé)分享策略不同，工業互聯網标識解析系統需要為(wèi)此設計(jì)靈活的權限機制(zhì)；二是工業數(shù)據存儲于不同位置，随着産品生(shēng)命周期的展開(kāi)，從設計(jì)、制(zhì)造、物流到使用，每個(gè)環節都可(kě)能産生(shēng)并獨立保存關于同一産品的不同數(shù)據，工業互聯網标識解析系統需要為(wèi)此設計(jì)分布式的數(shù)據查詢關聯機制(zhì)；三是工業數(shù)據具有(yǒu)不同的結構，由于工業領域具有(yǒu)500多(duō)個(gè)細分門(mén)類，不同行(xíng)業、不同企業都定義了大(dà)量工業數(shù)據結構，工業互聯網标識解析系統需要為(wèi)産品信息設計(jì)統一的、可(kě)擴展的語義描述機制(zhì)。

3.3 标識服務性能強調高(gāo)效和(hé)彈性

傳統互聯網中的标識解析是為(wèi)用戶上(shàng)網浏覽網頁所設計(jì)，可(kě)以承受一定的時(shí)延和(hé)抖動；而工業互聯網對網絡服務性能要求較高(gāo)，特别是工廠內(nèi)網需要低(dī)時(shí)延、高(gāo)可(kě)靠的網絡服務。考慮到工廠內(nèi)高(gāo)溫、高(gāo)壓、高(gāo)熱的特殊環境，以及智能機器(qì)、智能産品與人(rén)類用戶的差異性，還(hái)需要工業互聯網标識解析體(tǐ)系充分發揮電(diàn)子标簽等物聯網手段來(lái)自動讀取标識數(shù)據。

同時(shí)，工業互聯網标識解析體(tǐ)系要具備較強的兼容性和(hé)擴展性。一方面，由于工業互聯網中的主體(tǐ)對象來(lái)源複雜，業務上(shàng)存在多(duō)種不同标識解析系統。對于使用标識解析服務的用戶而言，不可(kě)能為(wèi)每一種标識都安裝單獨的客戶端，所以标識編碼設計(jì)應該前向兼容，标識解析系統之間(jiān)應該能夠互聯互通(tōng)。另一方面，由于工業互聯網仍然在起步期，快速發展所帶來(lái)的聯網設備數(shù)量和(hé)網絡拓撲結構變更也不應該對标識解析體(tǐ)系架構、運行(xíng)、效率、性能帶來(lái)過多(duō)的影(yǐng)響。

3.4 标識服務範圍需要互聯和(hé)互通(tōng)

工業互聯網是新一代信息技(jì)術(shù)與傳統操作(zuò)技(jì)術(shù)相融合的産物，并不是單純由技(jì)術(shù)驅動，而是産業需求驅動。伴随着互聯網在與移動互聯網、物聯網乃至其他未來(lái)網絡架構融合的過程中，陸續産生(shēng)了一批面向物品、信息的标識解析技(jì)術(shù)體(tǐ)系，大(dà)多(duō)得(de)到一定程度的應用和(hé)部署。同時(shí)，考慮到工業的複雜性，産業鏈、價值鏈中的不同環節和(hé)不同參與者很(hěn)難在短(duǎn)時(shí)間(jiān)內(nèi)被強制(zhì)限定去轉換使用同一種标識編碼或者标識解析系統，因此不同标識編碼、不同标識解析系統之間(jiān)的互聯互通(tōng)就顯得(de)格外重要。

3.5 标識服務保障追求安全和(hé)公平

工業互聯網标識解析體(tǐ)系涉及到包括制(zhì)造業在內(nèi)的很(hěn)多(duō)關鍵領域，一旦服務受限将對國民經濟造成重大(dà)影(yǐng)響，所以要在自身安全方面加強如隐私保護、真實認證和(hé)抗攻擊能力等。首先是隐私保護，對查詢者而言可(kě)因标識解析洩露用戶隐私，對服務者而言可(kě)因标識數(shù)據洩露商業機密；其次是真實認證，因為(wèi)标識解析系統扮演着獲取信息入口的重要角色，而網絡黑(hēi)客可(kě)能會(huì)趁機僞造虛假地址誘騙用戶；最後是抗攻擊能力，因為(wèi)工業互聯網标識解析與生(shēng)産控制(zhì)等重大(dà)設施相連通(tōng)，更容易遭到黑(hēi)客、競争對手的攻擊，所以需要具備消除單點故障風險、抵抗外來(lái)分布式拒絕攻擊的能力。

結束語

目前，全球範圍內(nèi)還(hái)沒有(yǒu)一個(gè)真正應用于工業互聯網的标識解析體(tǐ)系，隻有(yǒu)一些(xiē)應用于物聯網的标識解析體(tǐ)系方案，但(dàn)在功能、性能、安全、管控等方面尚不能滿足工業互聯網的發展需求。我國應抓住這一難得(de)曆史機遇和(hé)時(shí)間(jiān)窗口，建立統一、可(kě)控、安全、可(kě)靠的國家(jiā)創新型工業互聯網标識解析體(tǐ)系，做(zuò)到功能服務專業化、運營主體(tǐ)獨立化、管理(lǐ)體(tǐ)系有(yǒu)序化，以保證我國工業互聯網的發展和(hé)國家(jiā)安全。工業互聯網标識解析系體(tǐ)系的實現需要協同各方共同推進，從應用出發推動标識解析體(tǐ)系落地實施，以技(jì)術(shù)為(wèi)保障打造高(gāo)效、安全的解析機制(zhì)。因此，探索建立新型标識解析體(tǐ)系，對更好地推動工業互聯網标識解析體(tǐ)系的發展具有(yǒu)十分重要的意義。

論文引用格式：

張钰雯, 池程, 朱斯語. 工業互聯網标識解析體(tǐ)系發展趨勢[J]. 信息通(tōng)信技(jì)術(shù)與政策, 2019(8):43-46.

作(zuò)者簡介

張钰雯：中國信息通(tōng)信研究院工業互聯網與物聯網研究所工程師(shī)

池程：中國信息通(tōng)信研究院工業互聯網與物聯網研究所工程師(shī)

朱斯語：中國信息通(tōng)信研究院工業互聯網與物聯網研究所工程師(shī)

來(lái)源：本文刊于《信息通(tōng)信技(jì)術(shù)與政策》2019年第8期