車聯網標識解析體系研究

魏文淵　趙鵬超　謝卉瑜　張博

摘 要：車聯網標識解析體系是建立在工業(yè)互聯網相關技術之上，針對車路協同、自動駕駛、車輛運行等交通環(huán)節(jié)的設備賦予全局唯一的標識。本文介紹了我國工業(yè)互聯網標識解析體系的建設與技術發(fā)展情況，提出了車聯網標識解析體系的實施框架與技術架構。通過建立車聯網標識解析體系，可以實現車聯網信息通信的身份驗證、高效傳輸與安全保障，助力車聯網的發(fā)展與應用。

關鍵詞：車聯網 標識解析 工業(yè)互聯網

1 引言

1.1 背景介紹

工業(yè)互聯網作為通信技術（CT）、信息技術（IT）、生產管理技術（OT）的三重融合主體，連接各行業(yè)及企業(yè)內外的各類數據，實現對應行業(yè)全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈的數據打通，并可針對海量數據進行挖掘和分析，使工業(yè)生產制造和應用過程中隱形的經驗、工藝和規(guī)律能夠顯性化、數字化、可復用、可預測，最終形成經驗和機理模型的沉淀，賦能和改造現有的工業(yè)體系，幫助企業(yè)提升效率、降低成本、創(chuàng)造更多價值。2020年爆發(fā)的新冠病毒疫情給眾多領域的發(fā)展與布局造成了負面影響，但是工業(yè)互聯網領域的相關政策頒布密集，包括在2月份的中央政治局會議上，提出推動5G網絡、工業(yè)互聯網等快速發(fā)展;3月工信部發(fā)布《關于推動工業(yè)互聯網加快發(fā)展的通知》;4月發(fā)改委發(fā)布推動企業(yè)“上云用數賦智”行動的實施方案，推動企業(yè)數字化轉型;5月《政府工作報告》再提“發(fā)展工業(yè)互聯網，推進智能制造”，工業(yè)互聯網連續(xù)三年寫入《政府工作報告》，這直接反映了工業(yè)互聯網在國家戰(zhàn)略層面的重要地位[1]。

在我國工業(yè)互聯網的建設框架中，國家工業(yè)互聯網標識解析體系是其中一項重要任務。根據工業(yè)和信息化部印發(fā)的《工業(yè)互聯網網絡建設及推廣指南》，提出“著力建設標識解析體系、拓展標識應用”，包括完善標識解析技術標準，提升標識解析技術產業(yè)能力，其中汽車領域作為二級節(jié)點的重點建設和運營領域。依托國家政策支撐，結合產業(yè)特色與資源優(yōu)勢建設汽車行業(yè)標識解析二級節(jié)點的行業(yè)性服務平臺。

隨著以“智能化、網聯化、共享化、電動化”為代表的新四化概念興起，汽車行業(yè)的發(fā)展進入了一個全新的時代。車聯網作為工業(yè)互聯網的重要組成部分以及汽車行業(yè)的主流發(fā)展方向，可以打通交通各個要素環(huán)節(jié)，實現數據共通，能夠將交通運行期間產生的海量數據進行高效傳輸，是實現智慧交通的關鍵環(huán)節(jié)。可以說，車聯網是智能交通和汽車行業(yè)發(fā)展的基石和先決條件。

因此，發(fā)展車聯網標識解析體系有助于引導行業(yè)內以工業(yè)互聯網標識技術打破企業(yè)信息壁壘，解決汽車行業(yè)內部從環(huán)境到實際應用需求的標識技術，提高汽車企業(yè)的智能制造水平，推動互聯網與汽車企業(yè)的融合，有效提升車聯網應用的落地步伐與服務質量。

1.2 車聯網技術架構概述

早在“十二五”期間，國家就啟動了“智能車路協同關鍵技術研究”工程，隨著5G時代的來臨，5G+人工智能、5G+移動邊緣計算等技術融合方案促進車聯網技術取得了長足進步;智慧交通與智能汽車成為未來發(fā)展的必然趨勢，車聯網作為智慧交通的核心，成為解決交通出行安全暢通的有效切入點。

車聯網通過新一代信息和通信技術，實現了車輛與眾多交通元素和相關設施的全方位網絡連接，以“兩端一云”為主體，以路基設施為補充，從而實現包括車-云通信（V2N）、車-車通信（V2V）、車-人（V2P）通信、車-路（V2I）通信、車內通信在內的五個通信場景，構建汽車在交通領域中的全新生態(tài)，為人民提供安全可靠、高效節(jié)能的智能化出行體驗。

在單車智能商業(yè)化普及遭到發(fā)展瓶頸的當下，車聯網作為極有應用前景的發(fā)展方向，吸引了眾多行業(yè)的專家與學者，成為了汽車行業(yè)的研究熱點。由于其涉及的交通元素和聯網設施極為多樣，包括車輛、車載設備、交通設施、行人設備、服務器、傳感器等，不同的設備之間都需要信息的互聯互通，但是由于“信息孤島”與信息安全等風險的存在[2]，車聯網技術在研發(fā)與應用過程中遇到了較多的困難。標識體系作為打破信息壁壘、實現數據互通的關鍵技術，開始受到車聯網以及工業(yè)互聯網領域的高度重視。因此發(fā)展車聯網標識解析體系將成為車聯網與工業(yè)互聯網技術體系中的重要組成部分。

1.3 標識解析體系概述

工業(yè)互聯網標識解析系統(tǒng)基于工業(yè)互聯網整體架構采用分層、分級模式構建，面向各類工業(yè)企業(yè)提供標識解析公共服務，具體包括國際根節(jié)點、國家頂級節(jié)點、二級節(jié)點、遞歸節(jié)點四個重要組成部分，二級節(jié)點之下可以根據具體需求建設企業(yè)級節(jié)點。具體的標識解析體系架構如圖2所示。

截至2020年6月，我國已經完成五個國家頂級節(jié)點、55個二級節(jié)點的建設與上線，接入設備的標識注冊數量37億個，遠超2020年完成5個國家頂級節(jié)點、10個二級節(jié)點、20億標識注冊量的規(guī)劃目標。此外，我國還完成了10個跨行業(yè)、跨領域工業(yè)互聯網平臺的遴選、153個試點示范項目的評選、4個國家級示范基地的建設，可以說我國標識解析體系的發(fā)展速度已經走在了工業(yè)互聯網領域的前列[3]。

國際根節(jié)點即標識體系管理方面的最高層級，提供面向全球范圍之內的根層級標識服務，并不限于特定國家或地區(qū)。

國家頂級節(jié)點處于國際根節(jié)點下層，負責國家或地區(qū)內部的標識管理等服務，能夠面向全國范圍提供頂級標識解析服務，包括標識的注冊、備案、認證等基礎管理能力。國家頂級節(jié)點既要與接入多種標識體系的國際根節(jié)點以保證兼容性，又要連通下層的二級節(jié)點與企業(yè)級節(jié)點，保證標識解析體系的可用性。當前，我國一共開設上線了5個國家頂級節(jié)點，分別為北京、廣州、重慶、武漢、上海，可以看出這五座城市的選擇在地域上也經過了慎重的考量：北京節(jié)點將帶動我國北方地區(qū)標識解析發(fā)展、廣州帶動南部地區(qū)、重慶帶動西部地區(qū)、上海帶動東部地區(qū)、武漢帶動中部地區(qū)。

二級節(jié)點是面向某個具體行業(yè)或者多個行業(yè)提供標識服務的重要節(jié)點，也是用戶在正常使用中會接觸的最高級節(jié)點[4]。二級節(jié)點既要向上與國家頂級節(jié)點對接以獲取權限，又要向下對企業(yè)和用戶分配標識編碼及標識注冊、標識解析、標識數據服務等。以汽車行業(yè)為例，建設二級節(jié)點有助于推動汽車產業(yè)鏈進一步標準化、零部件可回溯、實時信息可獲取，助力汽車工業(yè)智能化發(fā)展。

企業(yè)節(jié)點是指一個企業(yè)內部的標識服務節(jié)點，能夠面向特定企業(yè)提供標識注冊與解析等基本服務，可以根據企業(yè)需求進行獨立部署或直接進行云端聯動。

遞歸節(jié)點并不歸屬于以上介紹的各級標識節(jié)點，但卻是整個體系的關鍵性入口設施，其主要功能是提升標識解析體系的服務性能。遞歸節(jié)點類似于計算機中的內存，當用戶對某些標識進行查詢和解析之后，會將一些實時調取的標識數據保存在遞歸節(jié)點之上，這樣當下次調用查詢的時候就會立刻返回結果，提高標識解析查詢服務的質量與反應速度。

2 車聯網標識解析體系建設方案

2.1 車聯網標識解析體系實施框架

根據最新的工業(yè)互聯網體系架構[3]，當前階段車聯網標識解析體系的實施主要按照“設備層、邊緣層、企業(yè)層、產業(yè)層”四個層次進行設計和建設，并充分考慮了傳統(tǒng)汽車制造體系的需求以及在未來汽車產業(yè)發(fā)展的可能方向。以下將從車聯網標識解析體系的四個層次以及重要環(huán)節(jié)展開論述。

設備層，廣義來講是指將所有工業(yè)設備、產品運行和維護等功能進行電子標識化，從而實現連接現實設備與虛擬網絡管理的重要紐帶，是整個工業(yè)互聯網標識解析體系實現的前提條件。在車聯網業(yè)務范圍之中，設備層的物理設備主要包含具備聯網功能的車輛、各種車載設備（OBU等）、路側設施（RSU等）、交通信息傳感器等，通過多種標簽載體和數采設備對車聯網相關應用設施進行標識化，使其具備唯一識別的物理實體和數字實體，為高級別的車聯網應用奠定技術基礎。

邊緣層，從廣義來講主要對應工業(yè)互聯網中工業(yè)設備、產品系統(tǒng)的運行維護及異構數據的處理與整合部分，重點關注設備底層的監(jiān)控優(yōu)化、故障診斷、數據融合等應用。在車聯網業(yè)務中，邊緣層主要依托標識解析中間件對多種車聯網終端進行處理，將來自多種行業(yè)的標識進行統(tǒng)一整合，從而轉化為能夠被車聯網云平臺識別和存儲的“可識別數據對象”，方便對數字實 體進行管理和流轉。

企業(yè)層對應企業(yè)級平臺、工業(yè)互聯網等關鍵能力，從企業(yè)層面對自身的業(yè)務架構進行管理和調節(jié)，并通過企業(yè)級標識數據資源池進行標識數據的采集、處理與存儲。在車聯網業(yè)務范圍中，企業(yè)層以車聯網先導區(qū)建設企業(yè)級節(jié)點為例，通過標識注冊解析系統(tǒng)、標識業(yè)務管理系統(tǒng)、標識應用支撐系統(tǒng)實現標識體系的基本功能，再通過車聯網綜合管理平臺、車聯網安全證書（CA）管理平臺、自動駕駛云平臺、態(tài)勢感知平臺等重要功能模塊實現車聯網特色功能及應用，并不斷探索全新的商業(yè)模式。

產業(yè)層作為標識解析體系的最高層次，主要從國家、行業(yè)的角度處理跨企業(yè)平臺、網絡和安全系統(tǒng)等維度進行設計與管理，主要關注行業(yè)創(chuàng)新應用發(fā)展、供應鏈協同、資源配置等應用。產業(yè)層包含了國家頂級節(jié)點、二級節(jié)點和遞歸節(jié)點三個標識體系的重要部分。在車聯網業(yè)務領域，建設汽車行業(yè)的二級節(jié)點有利于匯聚汽車行業(yè)的產業(yè)鏈資源，提升汽車產業(yè)從生產制造、日常使用到后期維護的全生命周期管理和服務質量，助力汽車強國戰(zhàn)略目標的實現（圖3）。

通過分析可以得出，車聯網標識解析體系并非一個孤立的系統(tǒng)，而是需要多個產業(yè)層次互相打通、有機融合、深度集成，每個層級有明確清晰的職責與功能劃分，層級之間保持良好的關聯性與互動性，通過多重車聯網要素聯動優(yōu)化全局部署和運作流程。

2.2 車聯網標識解析體系技術架構

根據前文所述，車聯網標識解析體系分為設備層、邊緣層、企業(yè)層、產業(yè)層四個層次進行建設，本節(jié)將從更加具體的角度闡述車聯網標識解析體系的技術架構。

在車聯網業(yè)務范圍之內，設備層需要采集信息的終端主要分為三個板塊，包括終端信息采集、靜態(tài)生產信息和用戶信息。其中終端信息采集主要指通過OBU、RFID、IC卡、條形碼等主動和被動標識載體獲取車聯網交通要素的靜態(tài)與動態(tài)信息，比如車輛的行駛速度、方向角、當前定位等信息，為十字路口碰撞預警等車聯網應用提供有力保障;靜態(tài)生產信息主要指車輛及車聯網終端等出廠制造信息，包括VIN碼、智能網聯產品信息、制造設備信息、信息系統(tǒng)等;用戶信息是指注冊了車聯網服務的企業(yè)與用戶信息、各種設備標識的注冊信息以及標識查詢入口等。

在設備層與邊緣層之間，通過多種協議接口實現信息的傳遞，比如終端信息采集與推送通過標準化的MQTT等物聯網協議來實現;生產信息通過Websocket等標準API接口或可擴展和集成的SDK;用戶信息的錄入方面，可以為企業(yè)用戶提供界面化操作功能提供企業(yè)信息的注冊、標識前綴的注冊以及標識查詢應用等功能。

車聯網標識服務平臺主要作用是邊緣層的標識解析中間件以及企業(yè)級節(jié)點中的標識管理模塊等。通過將設備層的信息進行標識化，車聯網標識服務平臺將對來自不同行業(yè)的終端設備打上可以通用的“標簽”，有助于進行統(tǒng)一的標識解析與管理服務。當對異構數據進行清理與整合之后，車聯網標識服務平臺就可以對注冊的標識進行通用功能的操作，包括標識編碼、注冊、解析和管理等基本服務以及用戶管理、權限管理、日志管理等系統(tǒng)管理功能，對標識進行注冊統(tǒng)計、解析統(tǒng)計、節(jié)點分布、數據流向等統(tǒng)計分析。

車聯網標識服務平臺除了進行工業(yè)互聯網標識的解析與服務等功能之外，還可以將存儲的標識數據以及信息數據上傳到多個車聯網云平臺功能模塊中進行處理，從而實現車聯網標識解析服務的高級應用功能。比如車聯網先導區(qū)綜合管理平臺通過標識解析結果可以獲取車輛與路側設施的實時數據，從而實現V2V、V2I、V2P等典型車聯網應用功能，為車輛行駛提供更加安全和便捷的服務;自動駕駛云平臺可以通過標識解析結果實時識別合法車輛，通過云端進行高精度地圖和路徑規(guī)劃，從而大大降低車端搭載硬件的需求，加快自動駕駛車輛商用進程;車聯網安全證書管理平臺與態(tài)勢感知平臺則主要關注車聯網的信息安全部分，通過標識體系可以實現通信信息加密、車輛入侵檢測、異常行為分析、安全風險評估等功能，有力保障車聯網信息通信的安全，降低交通事故風險。

同時，車聯網標識解析體系作為汽車行業(yè)二級節(jié)點的一個重要板塊，還需要和國家頂級節(jié)點IDIS系統(tǒng)進行良好的數據交互，因此需要提供完備的接口服務（圖4）。

2.3 車聯網標識解析體系技術路線

通過以上的分析，標識解析體系主要包含了兩個方面的內容：標識編碼與解析系統(tǒng)。標識編碼即通過預先制定好的一套規(guī)則對實體打上唯一的身份標識，而解析系統(tǒng)則可以根據身份標識碼獲取到數據主體的各種信息，方便用戶和企業(yè)進行查詢和分析[5]。因此標識編碼和解析系統(tǒng)成為了標識解析體系的核心技術，國內外已經有不少機構進行了相關研究，主要包括DONA基金會、美國統(tǒng)一代碼委員會（UCC）、國家OID注冊中心、中國物品編碼中心等，產出了以Handle、EPC、OID、Ecode等為代表的標識編碼體系。

1994年，世界互聯網之父、TCP/IP共同發(fā)明人、圖靈獎獲得者羅伯特卡恩發(fā)明了Handle系統(tǒng)。2014年，非營利性國際組織DONA （Data-Oriented Network Architecture）成立，負責運營維護Handle系統(tǒng)[6]。Handle標識解析系統(tǒng)除了具備分布式架構、數據主體明確、安全機制完善、兼容性強、信息互聯互通等優(yōu)點之外，其很大的一個優(yōu)勢是自主可控——我國擁有全球最高權限的根節(jié)點，與其他9個國際根節(jié)點平等協商并進行自主管控，從根本上避免了受制于人的可能（圖5）。

Handle編碼結構主要分為前綴（GHR）和后綴（LHS）兩個部分，其中前綴部分又可細分為三個層級，通過“.”來進行劃分，前兩位數字代表了標識所屬的最高級根節(jié)點，“86”即代表了中國根節(jié)點，第二和第三層級分別表示二級節(jié)點和企業(yè)節(jié)點，與車聯網標識解析體系形成了對應關系。前綴部分是由Handle系統(tǒng)按照規(guī)則各級節(jié)點逐級下放分配的內容，而后綴部分一般由企業(yè)或行業(yè)來制定具體的標識規(guī)則，具備較高的自主性。

EPC（Electronic Product Code），中文名稱電子產品編碼，也是一種廣為應用的標識編碼系統(tǒng)，由EPCglobal負責標識編碼體系的分配、技術標準制定與管理[7]。EPC以全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)（EAN.UCC）為基礎，對條形編碼系統(tǒng)做了一些補充，可以實現對單品信息進行標識化。其編碼內容主要分為四個部分，具體包括版本號、域名管理、對象分類和序列號。總體來講，EPC標識編碼具有全球唯一性、簡單可擴展、安全性等優(yōu)勢，但是主要應用于產品標識碼方面，較難滿足車聯網標識解析體系的需求。

OID（Object Identifier），中文名稱對象標識符，是由ISO/IEC、ITU-T國際標準化組織于上世紀80年代聯合提出的標識編碼機制[8]，同樣采用了分層架構對多種對象（實體對象、虛擬對象、復合對象等）進行全球范圍內無歧義的標識命名。具體的標識結構如圖6所示，可以看到中國所在的標識以“2.16.156”表示，后續(xù)根據具體的組織、企業(yè)進行進一步區(qū)分，從而保證每一個產品的標識唯一性。

Ecode是由中國物品編碼中心通過多年的研究之后提出的物聯網標識編碼體系方法論，并在2015年發(fā)布了我國首個物聯網國家標準GB/T 31866《物聯網標識體系物品編碼Ecode》，該標準規(guī)定了適用于物聯網各種對象、可實現一物一碼的編碼規(guī)則，是目前應用于國內的物聯網統(tǒng)一編碼[9]。Ecode編碼規(guī)則是目前我國唯一具備自主知識產權的標識體系，對我國標識體系的建設與物聯網的建設具有重要的意義。同時Ecode可以兼容現存的多種閉環(huán)標識編碼方案，通過賦予行業(yè)內唯一前綴標識的方式實現跨行業(yè)范圍內的標識信息互通，目前已廣泛應用于工業(yè)設備、農產品、原產地認證等領域。

目前現存的標識解析系統(tǒng)都是基于層次化的基本思路進行編碼設計規(guī)則，但是均關注于單品標識來實現產品追溯、防偽查詢以及廣告營銷等功能，對于工業(yè)互聯網和車聯網所關注的動態(tài)信息獲取、制造細節(jié)回溯、產業(yè)鏈控制等尚無較好的處理策略，因此面向實時信息獲取的車聯網的標識編碼體系尚有待進一步設計與驗證。

3 結語

3.1 存在的問題與挑戰(zhàn)

目前來看，工業(yè)互聯網標識體系尚處在較為前期的建設與探索階段，除了單品標識等傳統(tǒng)物聯網應用尚無特別明確的、針對特定行業(yè)的標識解析體系與商業(yè)模式。我國工業(yè)互聯網的建設已經完成了國家頂級節(jié)點與Handle、OID、GS1等不同標識解析體系根節(jié)點的對接，在全球范圍內實現了標識解析服務的互聯互通，但是標識在跨系統(tǒng)、跨行業(yè)、跨業(yè)務場景下使用時，仍然有企業(yè)間無法有效進行信息共享和數據交互，產業(yè)鏈上下游尚無法實現資源高效協同，信息孤島的制約依然存在[10]。從車聯網的維度來看，目前車聯網標識解析體系還存在著較多的問題與挑戰(zhàn)。具體描述如下：

終端動態(tài)信息獲取模式不明確。標識解析技術在工業(yè)中的應用已經普及，但是目前主要局限在資產管理、物流管理、產品追溯等靜態(tài)信息獲取等方面，尚未滲透到更為深層的信息獲取，包括車輛的速度、加速度、方向角、定位信息，交通信號燈的當前相位、剩余時間等，需要對標識解析技術、編碼規(guī)則以及設備廠商進行更多深入研究。其次，由于車聯網應用場景的特殊性，其對信息傳輸的時延要求非常高，比如限速預警的最大時延要求為500ms，基于信號燈的車速引導最大時延要求為200ms，而前向碰撞預警的時延要求控制在100ms以內，這對標識解析的實時性與可靠性提出了極高的要求。

車聯網標識解析性能與安全保障能力不足。傳統(tǒng)互聯網中的域名解析的應用場景主要面向個人用戶，方便用戶登錄網站、電腦、手機等，而車聯網標識解析體系需要同時處理車、路、云、人等多元信息，標識對象的數據種類與數量極為龐大，應用場景復雜、對數據傳輸的安全和時延要求極高，目前的標識解析系統(tǒng)難以應對。因此急需在性能、功能、安全、管理等方面全面適配車聯網的需求，為車聯網相關應用落地保駕護航。

車聯網標識解析數據處理方式欠缺。當車聯網標識解析體系完成部署和標識注冊環(huán)節(jié)之后，在正常運行中將會產生海量的標識解析和運行數據，對這些數據的及時處理與分析則變得尤為重要，否則大量的數據會拖慢系統(tǒng)運行速度和效率，并為某些事件的回溯造成困難。同時數據處理算法需要考慮到車聯網應用的時效性和專業(yè)性，比如車載端和路側端對數據的需求和要求都不盡相同，如何從復雜的數據種類中篩選出正確的結果則顯得尤為重要。

3.2 發(fā)展趨勢

隨著工業(yè)互聯網創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的深入貫徹實施以及車聯網概念、技術與應用的不斷普及，車聯網標識解析體系將進入高速發(fā)展的關鍵時期。其發(fā)展趨勢包括：

車聯網標識解析體系將成為車聯網建設過程中的重要基礎設施和組成部分。隨著車輛全生命周期管理、車路協同應用、跨行業(yè)設備互聯等需求的快速增長，車聯網標識作為身份驗證、數據采集、異構數據融合與信息安全的重要載體，可以為車聯網行業(yè)的發(fā)展與落地提供有力保障，并加快汽車行業(yè)與信息領域、通信領域、供應鏈等方面的協同合作。

車聯網標識解析體系將推動更加高效的公共服務基礎設施與信息共享機制的建設。目前工業(yè)互聯網標識解析體系的建設正在全國范圍內展開，汽車行業(yè)的標識解析節(jié)點有待進一步的開發(fā)與建設。通過建設各級標識節(jié)點，將有效分散標識解析壓力、降低查詢延遲、提高解析性能、實現本地解析時延達到毫秒級。其次多個標識解析節(jié)點有助于建立綜合性安全保障體系，加速驗證車聯網運行過程中產生的數字證書和加密管道創(chuàng)建、維護和管理，標識體系備份、故障恢復及應急響應的信息災備，逐步形成高效安全的標識解析服務能力。

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