车联网标识解析体系研究

魏文渊　赵鹏超　谢卉瑜　张博

摘 要：车联网标识解析体系是建立在工业互联网相关技术之上，针对车路协同、自动驾驶、车辆运行等交通环节的设备赋予全局唯一的标识。本文介绍了我国工业互联网标识解析体系的建设与技术发展情况，提出了车联网标识解析体系的实施框架与技术架构。通过建立车联网标识解析体系，可以实现车联网信息通信的身份验证、高效传输与安全保障，助力车联网的发展与应用。

关键词：车联网 标识解析 工业互联网

1 引言

1.1 背景介绍

工业互联网作为通信技术（CT）、信息技术（IT）、生产管理技术（OT）的三重融合主体，连接各行业及企业内外的各类数据，实现对应行业全要素、全产业链、全价值链的数据打通，并可针对海量数据进行挖掘和分析，使工业生产制造和应用过程中隐形的经验、工艺和规律能够显性化、数字化、可复用、可预测，最终形成经验和机理模型的沉淀，赋能和改造现有的工业体系，帮助企业提升效率、降低成本、創造更多价值。2020年爆发的新冠病毒疫情给众多领域的发展与布局造成了负面影响，但是工业互联网领域的相关政策颁布密集，包括在2月份的中央政治局会议上，提出推动5G网络、工业互联网等快速发展;3月工信部发布《关于推动工业互联网加快发展的通知》;4月发改委发布推动企业“上云用数赋智”行动的实施方案，推动企业数字化转型;5月《政府工作报告》再提“发展工业互联网，推进智能制造”，工业互联网连续三年写入《政府工作报告》，这直接反映了工业互联网在国家战略层面的重要地位[1]。

在我国工业互联网的建设框架中，国家工业互联网标识解析体系是其中一项重要任务。根据工业和信息化部印发的《工业互联网网络建设及推广指南》，提出“着力建设标识解析体系、拓展标识应用”，包括完善标识解析技术标准，提升标识解析技术产业能力，其中汽车领域作为二级节点的重点建设和运营领域。依托国家政策支撑，结合产业特色与资源优势建设汽车行业标识解析二级节点的行业性服务平台。

随着以“智能化、网联化、共享化、电动化”为代表的新四化概念兴起，汽车行业的发展进入了一个全新的时代。车联网作为工业互联网的重要组成部分以及汽车行业的主流发展方向，可以打通交通各个要素环节，实现数据共通，能够将交通运行期间产生的海量数据进行高效传输，是实现智慧交通的关键环节。可以说，车联网是智能交通和汽车行业发展的基石和先决条件。

因此，发展车联网标识解析体系有助于引导行业内以工业互联网标识技术打破企业信息壁垒，解决汽车行业内部从环境到实际应用需求的标识技术，提高汽车企业的智能制造水平，推动互联网与汽车企业的融合，有效提升车联网应用的落地步伐与服务质量。

1.2 车联网技术架构概述

早在“十二五”期间，国家就启动了“智能车路协同关键技术研究”工程，随着5G时代的来临，5G+人工智能、5G+移动边缘计算等技术融合方案促进车联网技术取得了长足进步;智慧交通与智能汽车成为未来发展的必然趋势，车联网作为智慧交通的核心，成为解决交通出行安全畅通的有效切入点。

车联网通过新一代信息和通信技术，实现了车辆与众多交通元素和相关设施的全方位网络连接，以“两端一云”为主体，以路基设施为补充，从而实现包括车-云通信（V2N）、车-车通信（V2V）、车-人（V2P）通信、车-路（V2I）通信、车内通信在内的五个通信场景，构建汽车在交通领域中的全新生态，为人民提供安全可靠、高效节能的智能化出行体验。

在单车智能商业化普及遭到发展瓶颈的当下，车联网作为极有应用前景的发展方向，吸引了众多行业的专家与学者，成为了汽车行业的研究热点。由于其涉及的交通元素和联网设施极为多样，包括车辆、车载设备、交通设施、行人设备、服务器、传感器等，不同的设备之间都需要信息的互联互通，但是由于“信息孤岛”与信息安全等风险的存在[2]，车联网技术在研发与应用过程中遇到了较多的困难。标识体系作为打破信息壁垒、实现数据互通的关键技术，开始受到车联网以及工业互联网领域的高度重视。因此发展车联网标识解析体系将成为车联网与工业互联网技术体系中的重要组成部分。

1.3 标识解析体系概述

工业互联网标识解析系统基于工业互联网整体架构采用分层、分级模式构建，面向各类工业企业提供标识解析公共服务，具体包括国际根节点、国家顶级节点、二级节点、递归节点四个重要组成部分，二级节点之下可以根据具体需求建设企业级节点。具体的标识解析体系架构如图2所示。

截至2020年6月，我国已经完成五个国家顶级节点、55个二级节点的建设与上线，接入设备的标识注册数量37亿个，远超2020年完成5个国家顶级节点、10个二级节点、20亿标识注册量的规划目标。此外，我国还完成了10个跨行业、跨领域工业互联网平台的遴选、153个试点示范项目的评选、4个国家级示范基地的建设，可以说我国标识解析体系的发展速度已经走在了工业互联网领域的前列[3]。

国际根节点即标识体系管理方面的最高层级，提供面向全球范围之内的根层级标识服务，并不限于特定国家或地区。

国家顶级节点处于国际根节点下层，负责国家或地区内部的标识管理等服务，能够面向全国范围提供顶级标识解析服务，包括标识的注册、备案、认证等基础管理能力。国家顶级节点既要与接入多种标识体系的国际根节点以保证兼容性，又要连通下层的二级节点与企业级节点，保证标识解析体系的可用性。当前，我国一共开设上线了5个国家顶级节点，分别为北京、广州、重庆、武汉、上海，可以看出这五座城市的选择在地域上也经过了慎重的考量：北京节点将带动我国北方地区标识解析发展、广州带动南部地区、重庆带动西部地区、上海带动东部地区、武汉带动中部地区。

二级节点是面向某个具体行业或者多个行业提供标识服务的重要节点，也是用户在正常使用中会接触的最高级节点[4]。二级节点既要向上与国家顶级节点对接以获取权限，又要向下对企业和用户分配标识编码及标识注册、标识解析、标识数据服务等。以汽车行业为例，建设二级节点有助于推动汽车产业链进一步标准化、零部件可回溯、实时信息可获取，助力汽车工业智能化发展。

企业节点是指一个企业内部的标识服务节点，能够面向特定企业提供标识注册与解析等基本服务，可以根据企业需求进行独立部署或直接进行云端联动。

递归节点并不归属于以上介绍的各级标识节点，但却是整个体系的关键性入口设施，其主要功能是提升标识解析体系的服务性能。递归节点类似于计算机中的内存，当用户对某些标识进行查询和解析之后，会将一些实时调取的标识数据保存在递归节点之上，这样当下次调用查询的时候就会立刻返回结果，提高标识解析查询服务的质量与反应速度。

2 车联网标识解析体系建设方案

2.1 车联网标识解析体系实施框架

根据最新的工业互联网体系架构[3]，当前阶段车联网标识解析体系的实施主要按照“设备层、边缘层、企业层、产业层”四个层次进行设计和建设，并充分考虑了传统汽车制造体系的需求以及在未来汽车产业发展的可能方向。以下将从车联网标识解析体系的四个层次以及重要环节展开论述。

设备层，广义来讲是指将所有工业设备、产品运行和维护等功能进行电子标识化，从而实现连接现实设备与虚拟网络管理的重要纽带，是整个工业互联网标识解析体系实现的前提条件。在车联网业务范围之中，设备层的物理设备主要包含具备联网功能的车辆、各种车载设备（OBU等）、路侧设施（RSU等）、交通信息传感器等，通过多种标签载体和数采设备对车联网相关应用设施进行标识化，使其具备唯一识别的物理实体和数字实体，为高级别的车联网应用奠定技术基础。

边缘层，从广义来讲主要对应工业互联网中工业设备、产品系统的运行维护及异构数据的处理与整合部分，重点关注设备底层的监控优化、故障诊断、数据融合等应用。在车联网业务中，边缘层主要依托标识解析中间件对多种车联网终端进行处理，将来自多种行业的标识进行统一整合，从而转化为能够被车联网云平台识别和存储的“可识别数据对象”，方便对数字实 体进行管理和流转。

企业层对应企业级平台、工业互联网等关键能力，从企业层面对自身的业务架构进行管理和调节，并通过企业级标识数据资源池进行标识数据的采集、处理与存储。在车联网业务范围中，企业层以车联网先导区建设企业级节点为例，通过标识注册解析系统、标识业务管理系统、标识应用支撑系统实现标识体系的基本功能，再通过车联网综合管理平台、车联网安全证书（CA）管理平台、自动驾驶云平台、态势感知平台等重要功能模块实现车联网特色功能及应用，并不断探索全新的商业模式。

产业层作为标识解析体系的最高层次，主要从国家、行业的角度处理跨企业平台、网络和安全系统等维度进行设计与管理，主要关注行业创新应用发展、供应链协同、资源配置等应用。产业层包含了国家顶级节点、二级节点和递归节点三个标识体系的重要部分。在车联网业务领域，建设汽车行业的二级节点有利于汇聚汽车行业的产业链资源，提升汽车产业从生产制造、日常使用到后期维护的全生命周期管理和服务质量，助力汽车强国战略目标的实现（图3）。

通过分析可以得出，车联网标识解析体系并非一个孤立的系统，而是需要多个产业层次互相打通、有机融合、深度集成，每个层级有明确清晰的职责与功能划分，层级之间保持良好的关联性与互动性，通过多重车联网要素联动優化全局部署和运作流程。

2.2 车联网标识解析体系技术架构

根据前文所述，车联网标识解析体系分为设备层、边缘层、企业层、产业层四个层次进行建设，本节将从更加具体的角度阐述车联网标识解析体系的技术架构。

在车联网业务范围之内，设备层需要采集信息的终端主要分为三个板块，包括终端信息采集、静态生产信息和用户信息。其中终端信息采集主要指通过OBU、RFID、IC卡、条形码等主动和被动标识载体获取车联网交通要素的静态与动态信息，比如车辆的行驶速度、方向角、当前定位等信息，为十字路口碰撞预警等车联网应用提供有力保障;静态生产信息主要指车辆及车联网终端等出厂制造信息，包括VIN码、智能网联产品信息、制造设备信息、信息系统等;用户信息是指注册了车联网服务的企业与用户信息、各种设备标识的注册信息以及标识查询入口等。

在设备层与边缘层之间，通过多种协议接口实现信息的传递，比如终端信息采集与推送通过标准化的MQTT等物联网协议来实现;生产信息通过Websocket等标准API接口或可扩展和集成的SDK;用户信息的录入方面，可以为企业用户提供界面化操作功能提供企业信息的注册、标识前缀的注册以及标识查询应用等功能。

车联网标识服务平台主要作用是边缘层的标识解析中间件以及企业级节点中的标识管理模块等。通过将设备层的信息进行标识化，车联网标识服务平台将对来自不同行业的终端设备打上可以通用的“标签”，有助于进行统一的标识解析与管理服务。当对异构数据进行清理与整合之后，车联网标识服务平台就可以对注册的标识进行通用功能的操作，包括标识编码、注册、解析和管理等基本服务以及用户管理、权限管理、日志管理等系统管理功能，对标识进行注册统计、解析统计、节点分布、数据流向等统计分析。

车联网标识服务平台除了进行工业互联网标识的解析与服务等功能之外，还可以将存储的标识数据以及信息数据上传到多个车联网云平台功能模块中进行处理，从而实现车联网标识解析服务的高级应用功能。比如车联网先导区综合管理平台通过标识解析结果可以获取车辆与路侧设施的实时数据，从而实现V2V、V2I、V2P等典型车联网应用功能，为车辆行驶提供更加安全和便捷的服务;自动驾驶云平台可以通过标识解析结果实时识别合法车辆，通过云端进行高精度地图和路径规划，从而大大降低车端搭载硬件的需求，加快自动驾驶车辆商用进程;车联网安全证书管理平台与态势感知平台则主要关注车联网的信息安全部分，通过标识体系可以实现通信信息加密、车辆入侵检测、异常行为分析、安全风险评估等功能，有力保障车联网信息通信的安全，降低交通事故风险。

同时，车联网标识解析体系作为汽车行业二级节点的一个重要板块，还需要和国家顶级节点IDIS系统进行良好的数据交互，因此需要提供完备的接口服务（图4）。

2.3 车联网标识解析体系技术路线

通过以上的分析，标识解析体系主要包含了两个方面的内容：标识编码与解析系统。标识编码即通过预先制定好的一套规则对实体打上唯一的身份标识，而解析系统则可以根据身份标识码获取到数据主体的各种信息，方便用户和企业进行查询和分析[5]。因此标识编码和解析系统成为了标识解析体系的核心技术，国内外已经有不少機构进行了相关研究，主要包括DONA基金会、美国统一代码委员会（UCC）、国家OID注册中心、中国物品编码中心等，产出了以Handle、EPC、OID、Ecode等为代表的标识编码体系。

1994年，世界互联网之父、TCP/IP共同发明人、图灵奖获得者罗伯特卡恩发明了Handle系统。2014年，非营利性国际组织DONA （Data-Oriented Network Architecture）成立，负责运营维护Handle系统[6]。Handle标识解析系统除了具备分布式架构、数据主体明确、安全机制完善、兼容性强、信息互联互通等优点之外，其很大的一个优势是自主可控——我国拥有全球最高权限的根节点，与其他9个国际根节点平等协商并进行自主管控，从根本上避免了受制于人的可能（图5）。

Handle编码结构主要分为前缀（GHR）和后缀（LHS）两个部分，其中前缀部分又可细分为三个层级，通过“.”来进行划分，前两位数字代表了标识所属的最高级根节点，“86”即代表了中国根节点，第二和第三层级分别表示二级节点和企业节点，与车联网标识解析体系形成了对应关系。前缀部分是由Handle系统按照规则各级节点逐级下放分配的内容，而后缀部分一般由企业或行业来制定具体的标识规则，具备较高的自主性。

EPC（Electronic Product Code），中文名称电子产品编码，也是一种广为应用的标识编码系统，由EPCglobal负责标识编码体系的分配、技术标准制定与管理[7]。EPC以全球统一标识系统（EAN.UCC）为基础，对条形编码系统做了一些补充，可以实现对单品信息进行标识化。其编码内容主要分为四个部分，具体包括版本号、域名管理、对象分类和序列号。总体来讲，EPC标识编码具有全球唯一性、简单可扩展、安全性等优势，但是主要应用于产品标识码方面，较难满足车联网标识解析体系的需求。

OID（Object Identifier），中文名称对象标识符，是由ISO/IEC、ITU-T国际标准化组织于上世纪80年代联合提出的标识编码机制[8]，同样采用了分层架构对多种对象（实体对象、虚拟对象、复合对象等）进行全球范围内无歧义的标识命名。具体的标识结构如图6所示，可以看到中国所在的标识以“2.16.156”表示，后续根据具体的组织、企业进行进一步区分，从而保证每一个产品的标识唯一性。

Ecode是由中国物品编码中心通过多年的研究之后提出的物联网标识编码体系方法论，并在2015年发布了我国首个物联网国家标准GB/T 31866《物联网标识体系物品编码Ecode》，该标准规定了适用于物联网各种对象、可实现一物一码的编码规则，是目前应用于国内的物联网统一编码[9]。Ecode编码规则是目前我国唯一具备自主知识产权的标识体系，对我国标识体系的建设与物联网的建设具有重要的意义。同时Ecode可以兼容现存的多种闭环标识编码方案，通过赋予行业内唯一前缀标识的方式实现跨行业范围内的标识信息互通，目前已广泛应用于工业设备、农产品、原产地认证等领域。

目前现存的标识解析系统都是基于层次化的基本思路进行编码设计规则，但是均关注于单品标识来实现产品追溯、防伪查询以及广告营销等功能，对于工业互联网和车联网所关注的动态信息获取、制造细节回溯、产业链控制等尚无较好的处理策略，因此面向实时信息获取的车联网的标识编码体系尚有待进一步设计与验证。

3 结语

3.1 存在的问题与挑战

目前来看，工业互联网标识体系尚处在较为前期的建设与探索阶段，除了单品标识等传统物联网应用尚无特别明确的、针对特定行业的标识解析体系与商业模式。我国工业互联网的建设已经完成了国家顶级节点与Handle、OID、GS1等不同标识解析体系根节点的对接，在全球范围内实现了标识解析服务的互联互通，但是标识在跨系统、跨行业、跨业务场景下使用时，仍然有企业间无法有效进行信息共享和数据交互，产业链上下游尚无法实现资源高效协同，信息孤岛的制约依然存在[10]。从车联网的维度来看，目前车联网标识解析体系还存在着较多的问题与挑战。具体描述如下：

终端动态信息获取模式不明确。标识解析技术在工业中的应用已经普及，但是目前主要局限在资产管理、物流管理、产品追溯等静态信息获取等方面，尚未渗透到更为深层的信息获取，包括车辆的速度、加速度、方向角、定位信息，交通信号灯的当前相位、剩余时间等，需要对标识解析技术、编码规则以及设备厂商进行更多深入研究。其次，由于车联网应用场景的特殊性，其对信息传输的时延要求非常高，比如限速预警的最大时延要求为500ms，基于信号灯的车速引导最大时延要求为200ms，而前向碰撞预警的时延要求控制在100ms以内，这对标识解析的实时性与可靠性提出了极高的要求。

车联网标识解析性能与安全保障能力不足。传统互联网中的域名解析的应用场景主要面向个人用户，方便用户登录网站、电脑、手机等，而车联网标识解析体系需要同时处理车、路、云、人等多元信息，标识对象的数据种类与数量极为庞大，应用场景复杂、对数据传输的安全和时延要求极高，目前的标识解析系统难以应对。因此急需在性能、功能、安全、管理等方面全面适配车联网的需求，为车联网相关应用落地保驾护航。

车联网标识解析数据处理方式欠缺。当车联网标识解析体系完成部署和标识注册环节之后，在正常运行中将会产生海量的标识解析和运行数据，对这些数据的及时处理与分析则变得尤为重要，否则大量的数据会拖慢系统运行速度和效率，并为某些事件的回溯造成困难。同时数据处理算法需要考虑到车联网应用的时效性和专业性，比如车载端和路侧端对数据的需求和要求都不尽相同，如何从复杂的数据种类中筛选出正确的结果则显得尤为重要。

3.2 发展趋势

随着工业互联网创新发展战略的深入贯彻实施以及车联网概念、技术与应用的不断普及，车联网标识解析体系将进入高速发展的关键时期。其发展趋势包括：

车联网标识解析体系将成为车联网建设过程中的重要基础设施和组成部分。随着车辆全生命周期管理、车路协同应用、跨行业设备互联等需求的快速增长，车联网标识作为身份验证、数据采集、异构数据融合与信息安全的重要载体，可以为车联网行業的发展与落地提供有力保障，并加快汽车行业与信息领域、通信领域、供应链等方面的协同合作。

车联网标识解析体系将推动更加高效的公共服务基础设施与信息共享机制的建设。目前工业互联网标识解析体系的建设正在全国范围内展开，汽车行业的标识解析节点有待进一步的开发与建设。通过建设各级标识节点，将有效分散标识解析压力、降低查询延迟、提高解析性能、实现本地解析时延达到毫秒级。其次多个标识解析节点有助于建立综合性安全保障体系，加速验证车联网运行过程中产生的数字证书和加密管道创建、维护和管理，标识体系备份、故障恢复及应急响应的信息灾备，逐步形成高效安全的标识解析服务能力。

参考文献：

[1]刘阳，张天石，曾鹏.第二讲：工业互联网标识解析进展与分析[J].仪器仪表标准化与计量，2020（02）：3-5+12.

[2]董良遇，赵冉.我国工业信息安全态势分析与思考[J].信息技术与网络安全，2019，38（12）：37-4.

[3]余晓晖、刘默等.工业互联网体系架构（版本2.0）[R].工业互联网产业联盟（AII），2020.

[4]严涵琦，刘彦鹏，陈怡.工业互联网标识解析二级节点概述[J].数字通信世界，2020（05）：277.

[5]刘阳.一种面向制造的层次化的工业互联网标 识设计[J].自动化博览，2019，3：32-34.

[6]王婷婷，王雪红，丁济南.基于Handle标识解析技术的供应链平台构建探讨[J].互联网天地，2019（06）：47-50.

[7]章学周，杨博，胡冶.基于EPC地址解析的食品安全电子追溯技术研究[J].中国自动识别技术，2018（01）：65-70.

[8]孙昌璐.工业互联网标识管理与解析技术[J].信息通信，2017，9（177）：161-162.

[9]张刚，黄艳.Ecode标识体系存储结构概述及其在工业互联网领域的应用[J].中国自动识别技术，2019（06）：52-55.

[10]余思聪，黄颖，刘阳，李海花.工业互联网信息模型发展现状及趋势研究[J].信息通信技术与政策，2020（06）：36-41.