工业互联网标识解析公共支撑平台设计研究*

2021-11-06

信息通信技术与政策 2021年10期

(1.苏州工业职业技术学院软件与服务外包学院，苏州 215104；2.苏州协同创新智能制造装备有限公司，苏州 215104；3.中国信息通信研究院工业互联网与物联网研究所，北京 100191)

0 引言

工业互联网作为一种新型基础设施，正在逐步成为驱动经济增长的新动能[1]。随着二级节点建设持续增长，工业互联网标识体系在越来越多的领域得到实际应用，截至2021年5月，工业互联网标识注册量突破200亿，我国工业互联网发展逐步进入“快速落地期”。虽然很多企业对标识应用进行了一些探索，但标识体系自身处于快速迭代中，在标识体系的接入、使用的便捷性方面还需进一步发展。作为标识应用主体的行业企业信息系统繁杂，建设内容与标准不尽相同，标识信息具有异构性，亟需构建相关行业标准[2]。同时，产业全生命数据整合共享需要产业链企业共同参与，目前大多数中小企业信息化水平低，信息化成本高，投入产出周期时间长，长期以来，各家企业形成了信息孤岛，导致行业企业之间的协作程度较低[3-5]。

工业企业快速、便捷使用标识解析服务，为企业提供一体化上云服务，提高企业间的数据协同性，推动地方数字经济高质量发展成为迫切任务。标识解析公共支撑平台建设旨在加快企业接入工业互联网标识解析体系，完善工业互联网标识解析应用推广和生态建设进程，将行业企业中现有的数据资源和能力整合形成开放正态。

1 标识解析体系

1.1 标识解析体系层次架构

工业互联网标识解析体系采用分层、分级模式构建[2]，由国际根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点、公共递归解析节点等要素组成(见图1)。国家顶级节点是指一个国家或地区内部最顶级的标识服务节点，可以在全国范围内提供标识解析服务，以及标识备案、标识认证等管理能力。国家顶级节点不仅要与各类国际根节点连通，还要与国内各行业二级节点连通。二级节点是为特定行业或者通用平台提供标识服务的公共节点，向上与国家顶级节点对接，向下为工业企业分配标识编码及提供标识注册、解析等数据服务。企业节点是企业内部的标识服务节点，可以提供标识注册、解析等服务，既可以独立部署，也可以作为企业信息系统内的一部分。递归节点是标识解析体系的关键性入口设施，通过使用缓存技术手段，快速响应客户端的标识解析请求，提升整体解析服务性能。

1.2 二级节点

工业互联网标识解析二级节点是针对一个行业或者区域内部的标识解析公共服务节点，能够面向行业或区域提供标识编码注册和标识解析服务，以及完成相关的标识业务管理、标识应用对接等。统计数据显示，截至2021年5月底，我国已上线二级节点134个，覆盖23个省区市的28个行业，接入企业超过15000家，标识注册量突破200亿，日均解析量达到1200万次，二级节点建设已经成为标识解析推广和应用落地的关键一环。标识解析二级节点功能框架如图2所示。

图1 标识解析体系逻辑架构

图2 标识解析二级节点功能框架

(1)管理体系：规范二级节点建设与运营相关的管理要求，包括编码规则、技术标准、管理规范和运营规范等。

(2)功能体系：从信息系统建设的角度，在具备基础设施的前提下，界定二级节点应提供的核心系统功能，包括标识注册、标识解析、业务管理、数据管理、安全保障等。

(3)应用体系：明确如何基于二级节点与工业互联网平台、工业企业信息系统、企业节点的对接，促进供应链管理、重要产品追溯、产品全生命周期管理等应用。

图3 标识解析公共支撑平台架构

(4)接口规范：对二级节点与国家顶级节点、企业节点之间的运营管理监测接口、网络通信接口、数据传输格式等进行标准化约定。

从二级节点架构和提供的功能可以看出，其功能定位相对基础，对行业企业快速构建应用的支撑能力有待加强，有必要进行支撑平台建设。观察如图1所示的标识解析体系的逻辑框架，从技术研发和工程实施的角度来看，最可行的方案是在企业节点和二级节点之间对企业数据进行收集和整合，优化数据资源的存储、处理和服务，为应用层的综合应用提供全面的能力支撑。底层对接国家标识解析基础资源，上层应用基于二级节点与工业互联网平台、工业企业信息系统、企业节点的对接，促进供应链协同管理、产品追溯、产品全生命周期管理、数据服务等应用。

2 标识解析公共支撑平台

2.1 平台架构

为了使企业能够快速接入工业互联网标识解析体系，避免行业应用企业直面繁杂的体系架构，降低上云、上链成本，加快数字化升级转型进程，标识解析公共支撑平台采用云、边、端一体化架构(见图3)。

(1)端侧包括生产设备、监控设备、信息采集设备、数据资源等。其中，生产设备包括企业各类制造加工设备、制造执行设备等；监控设备包括工业摄像头、预警装置等；信息采集设备包括传感器、通信模组、扫码设备以及集成赋码功能移动终端等；数据资源包括企业数据资产、业务系统数据等。端侧具有海量、异构等特征，通常需要进一步的处理、融合和抽象过程。

(2)边缘侧是部署在企业节点的各种网关设施、适配中间件(软硬件资源)，它可以实现企业内部及外部数据采集后的融合、抽象，并进行相应的标识注册、赋码，完成与云端的协同管理，反向支持云端控制指令的下行和需要实时处理的本地计算和推理。

(3)云端分为三层，其中IaaS层构成提供服务的物理基础，主要包括计算资源、存储资源和网络资源等；PaaS层提供各种能力支撑，主要包括大数据能力、标识注册解析能力、可信CA分配、中间件管理能力、微服务能力、可视化引擎等，支撑SaaS层标识应用方案开发和集成。SaaS层是具体的业务应用层，围绕标识在行业场景的应用，进行标识应用开发，为接入企业提供标识应用服务。典型的标识应用包括产品质量追溯、供应链管理、产品全生命周期管理、设备智能管理和生产制造协同等。

图4 中间件应用场景

2.2 平台能力

公共支撑平台独立于行业业务系统，更多专注于提供数据资源和能力资源的开放共享。公共支撑平台具备典型能力包括如下4方面。

2.2.1 标准化工作

通过对接入行业企业的信息分析整理，从信息采集、信息共享等多个层面进行抽象和描述，建立业务、功能等多角度的视图，明确各参与方的角色定位、业务流程、服务能力等，解决工业系统元素互联的问题，建立物理实体间的通信，实现上层数据端到端流动，为深层次的应用提供标准规范的数据资源。这一过程的标准包括以下方面。

编码与存储标准：提供兼容多种体系的编码方案，主要包括编码规则，标识编码在条码、二维码、射频识别标签存储方式等，实现标识对象在唯一寻址以及不同标识之间的数据映射。

标识采集标准：提供标识在主动标识载体中的接口协议、存储结构和对接方式等标准。

数据与交互标准：构建标识数据模型、建立统一元数据规范，并提供实现流程、解析查询数据报文格式、响应数据报文格式和通信协议等规范。

中间件标准：提供标识解析服务设备所涉及的功能、接口、协议、同步等规范。主要包括连接MES、ERP、PLM等典型工业软件系统的中间件接口功能、接口服务描述等，促进工业互联网各软硬件间的数据互通和资源共享，实现工业软件的集成服务能力。

2.2.2 中间件

针对企业信息孤岛现状，提供设备与工业软件、工业软件之间、软件与应用之间的数据传输、过滤、转换等功能的各类适配中间件，如图4所示，解决数据交互、多源异构标识互通等问题，实现软硬件间的数据互通和资源共享。同时，中间件与标识解析体系对接，实现数据自动化注册和异构标识转化，帮助企业制造加工设备、智能网联产品、信息系统、工业软件等快速接入，起到承上启下的关键作用，最终实现工业全要素、全周期的信息互通，为进一步的价值应用提供基础。

2.2.3 可信接入

支撑平台提供接入资源的可信CA的颁发，通过

图5 主动标识可信接入流程

平台首先给管理的设备中间件颁发可信证书，进而写入主动标识载体，实现设备终端在上报数据时携带对应签名。数据上报至中间件后，经由中间件进行可信验证，验证通过则进行标识的注册，并同步至平台，形成国家、二级、企业的可信链。主动标识可信接入的一般流程如图5所示。

2.2.4 资源开放/能力引擎

支撑平台提供通用能力支撑，能够汇总并提供能力资源，包括物联网、互联网、大数据和行业能力。公共支撑平台还可对应用提供各类能力资源的开放引擎，实现对层出不穷的新兴应用的通用技术支持，降低应用的开发和运营成本，实现全方位支撑。

支撑平台能够提供能力开放，能力是一种或一组可调用功能的集合，包括各种通用、公共的信息通信技术能力和基于信息通信技术抽象出来的行业能力，可以理解为平台上的多种标准化、模块化的可调用功能集。所谓开放，是指这些能力涵盖的API、WebService接口可以对外部组织或个人完全公开，便于被外部合作伙伴或开发者灵活调用以实现其二次开发，最终形成开发者正态。

3 支撑平台实践

支撑平台来自于行业典型业务构建中的实践总结，依托该平台可以快速构建行业应用，下文通过两个案例阐述平台的价值。

3.1 医药行业实践

通过使用支撑平台提供的标准化及中间件服务，快速对接分布在不同企业信息化系统中的采购、生产制造、物流配送、销售流通、售后维保等各环节信息，并用标识记录各环节的信息，实现供应链中上下游企业信息共享，能够追溯从原料、产品、仓储、销售、消费的全产业链，最终达成产品经济价值和社会生态价值最大化的目标。基于公共支撑平台的药品供应链应用如图6所示，其借助公共支撑平台提供的中间件打通企业内部业务系统；同时，平台提供的赋码、解析、权限控制等功能，快速实现了从原材料、药品生产、物流、销售供应链环节，显著提升了药品行业的生产与经营效率。

图6 药品供应链应用

3.2 模具行业实践

在智能数据采集器中设置主动标识载体，安装于现有模具上进行数据采集，通过对接支撑平台的中间件，进行设备的上电激活及标识注册，中间件向主动标识载体写入工业ID和CA，实现安全接入公共支撑平台。同时，设备中间件提供协议适配及数据模型服务，可对接收到的数据进行处理注册标识。模具行业数据采集过程的的可信接入如图7所示。