工業互聯網主動標識載體應用研究

□ 文 鄭喬露 劉東坡 楊 昆 姜 露

0 引言

伴隨著第四次工業革命的浪潮，國際產業格局面臨重大調整，圍繞搶奪制造業制高點的競爭愈演愈烈，各國通過構建新型生產方式與發展模式，推動傳統制造業轉型升級。與此同時，數字經濟浪潮席卷全球，數據成為驅動經濟社會發展的新生產要素，驅動傳統產業加速變革。互聯網、大數據、人工智能與實體經濟深度融合是促進形成新型生產體系，生產力與生產關系的必然選擇，是全球新一輪產業競爭的制高點。

以工業互聯網為代表的信息通信技術的發展為傳統產業變革帶來巨大機遇，構筑了新的產業體系，并通過技術和模式創新不斷滲透影響實體經濟領域。2012年11月GE發布了《工業互聯網打破智慧與機器的邊界》白皮書，首次提出了工業互聯網概念。它將工業互聯網定義為智能機器、高級分析和人互相連接的集合體，是智能制造的關鍵基礎，而標識解析是工業互聯網網絡的重要基礎設施，是實現工業企業數據流通、信息交互的關鍵樞紐。通過標識解析賦予設備終端唯一數字身份，使機器、產品等物理資源以及算法、工序等虛擬資源能夠被識別和定位查詢。標識載體是指承載標識編碼資源的標簽，是物理世界中可儲存標識編碼的實體。可以分別對工業設備、設備運營維護人員和設備所產生的數據打上標簽，實現底層標識數據采集和信息系統間數據共享，并通過對數據進行全生命周期分析，挖掘數據價值，提供數據增值服務。

1 主動標識載體技術

標識載體作為一種全新的信息存儲、傳遞和識別技術，得到了世界上許多國家的關注。該技術可用于公安、政府等部門對各類證件的管理，海關、稅務等部門對各類報表和票據的管理，商業、交通運輸等部門對商品及貨物運輸的管理、郵政部門對郵政包裹的管理、工業生產領域對工業生產線的自動化管理等領域。

根據標識載體是否能夠主動與標識數據讀寫設備、標識解析服務節點、標識數據應用平臺等發生通信交互，可以將標識載體分為被動標識載體和主動標識載體兩類。

被動標識載體主要包括條碼標簽、RFID標簽、NFC標簽等需要識讀設備識讀的標識載體。這一類標識載體的主要特點包括：（1）載體附在設備表面，信息易竊取；（2）需借助讀寫器被動讀取；（3）安全能力較弱，缺乏證書；（4）在網絡中沒有地址，難以被找到；（5）非實時聯網。

主動標識載體一般是指可以嵌入在工業設備的內部，承載工業互聯網標識編碼及其必要的安全證書、算法和密鑰，具備聯網通信功能，能夠主動向標識解析服務節點或標識數據應用平臺等發起連接，而無需借助標識讀寫設備來觸發。主動標識載體主要包括通用集成電路卡UICC、芯片、模組、設備終端等能夠主動向解析節點、應用平臺發起連接的標識載體。相比被動標識載體，主動標識載體的主要特點包括：（1）嵌在設備內部，不容易被盜取；（2）可自動讀取；（3）安全能力強，具有安全區域存儲證書、算法和密鑰；（4）在網絡中有地址，可以被找到；（5）可以實時聯網。

其中UICC卡分為ID-1 UICC 和插入式UICC兩種，主要區別在于物理外形、尺寸和應用環境。應用較多的是插入式UICC，它實現了平臺和應用的分離。通用用戶身份識別模塊USIM應用只是UICC 平臺上的第一個應用，而像電子簽名一類的非電信應用或者電信增值服務應用，都可以在UICC 平臺上建立。除此之外，USIM中存儲了用戶的身份驗證、鑒權加密以及系統登錄的信息，所以USIM在安全機制、鑒權方式等方面也有了進一步的加強和完善。主動標識載體由于其具備聯網通信能力，能夠主動向解析節點、應用平臺發起連接的新特點，能夠提升工業互聯網數據融合能力、實現不同行業企業標識體系的互聯互通，打破信息孤島，具有巨大的發展空間。

2 主動標識載體應用現狀分析

結合工業互聯網標識解析體系，主動標識載體相關二級節點也得到快速發展。主動標識載體相關二級節點已有5個，目前已接入7家企業，標識注冊量233萬（2021年10月25日），預計截至2021年年底，接入企業數為10家左右，標識注冊量為400萬左右。智能聯網設備相關行業標識解析二級節點已經涵蓋了中國電信、中國移動、中國聯通三家電信運營商，海爾、美的等智慧家電行業，中國南方電網、北京熱力等智能聯網設備行業，合醫網絡科技、上海申康醫院發展中心等智慧醫療行業，浪潮、用友、航天云網等多家物聯網解決方案提供商，福田汽車、東風汽車等車聯網企業，紫光、振華等芯片與元器件制造企業。標識服務的應用也得到進一步發展，包括基于標識解析的智能聯網設備全生命周期管理、物聯網設備核心零部件質量追溯、預測性維護、售后維保等應用。目前可以承載標識應用服務的智能終端類型已經涵蓋了通信設備、物聯網家電、物聯網熱計量表、電子設備、智能聯網汽車、醫療器械等。

為加速建設和發展工業互聯網標識解析體系，主動標識載體技術與應用生態正在持續積極構建中。2020年7月7日，在2020年第三次工業互聯網產業聯盟會上，聯盟標準組啟動了《工業互聯網標識解析主動標識載體總體技術要求》等標準立項制定工作。多家企業、研究院、大學等單位也組織進行了主動標識載體研討會。在主動標識載體應用推進方面，中國計量院、北京熱力、多家燃氣企業和江蘇協同創新中心聯合紫光國微已開展主動標識應用測試相關工作，形成主動標識應用方案，取得較大進展。另一方面，中移物聯、聯通物聯網、天翼物聯和紫光國微在主動標識載體技術上也有更進一步研究。

3 主動標識應用模式

3.1 數字身份認證

所謂數字身份認證就是關于認證、授權以及用戶屬性(比如物品名稱、網絡地址等信息)的聲明集合，主要功能是在不同的安全域之間提供身份認證和授權信息交換，為用戶跨平臺進行身份認證和授權提供了方便，解決了多個系統共享認證、授權過程中的信息傳遞問題。傳統的身份認證存在許多缺陷，比如用戶數據與隱私的泄露。在身份認證的過程中，服務器由于收到網絡攻擊，造成了用戶數據與用戶隱私的泄露。其次，傳統身份認證效率低，各服務提供商或認證機構間互為數據孤島，難以打通，同時，用戶的認證信息碎片化，無法完整地反映用戶的身份特質。利用主動標識載體技術可以為數字身份認證提供強有力的保障。當要驗證一個用戶身份時，標識解析服務器向目標標識載體發出認證請求，主動標識載體響應標識解析服務節點的請求，以標識編碼的方式表明用戶身份和相關屬性，標識解析服務節點接收到主動標識載體的認證響應之后，驗證其消息來源是否可信，驗證通過之后解析標識編碼獲得認證信息，提高了身份認證的效率和安全性。

3.2 數據安全連接

智能制造離不開數據的支撐。在制造過程中，數控機床不僅是生產工具和設備，更是車間信息網絡的節點，通過機床數據的自動化采集、統計、分析和反饋，將結果用于優化制造過程，大大提高制造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提升產品生產過程的質量和效率。目前最常見的就是數據保存在用戶操作系統的數據庫當中，并通過人為手動進行更新，操作復雜且出錯率高。利用安裝在設備內部的主動標識載體，設備的生產數據可以存儲在標識載體中，通過UICC和模組等主動向標識解析服務節點發送數據處理請求，在獲取數據時，能夠精準的定義數據來源，自動完成數據的增、刪、改等操作，實現數據的主動采集和動態更新。

3.3 設備數據采集和分析管理

對于大部分制造業企業，自動數據采集一直是個令人煩惱的事情，不但工作繁重，同時也無法保證數據的準確性，常常管理人員得到的數據已經是滯后了一兩天的數據，而對于現場的不良產品信息及相關的產量數據，如何實現高效率、簡潔、實時的數據采集更是一大難題。通過主動標識載體能夠建立生產數據及設備狀態信息采集分析管理機制，利用主動標識載體采集生產設備的工作和運行狀態數據，實現對設備的監視與控制，配合標識解析服務節點上傳標識數據至用戶的操作系統，對采集的數據進行分析處理與診斷。同時也可為產品全生命周期系統PLM和企業資源管理系統ERP 等其他工業軟件提供數據支持，具有助力企業數據采集、設備監控，數據分析處理等功能。

例如在儀表制造企業側，嵌入符合標識解析協議的芯片、模組（中移物聯、紫光），完成生產，通過二級節點的標識注冊，完成權屬移交。在儀表應用企業，通過空口協議完成標識的寫入（中移物聯、中國聯通），完成標識注冊，并面向熱力、燃氣、水利等行業提供標識解析服務，結合標識解析完成終端的連接和權限的獲取，對遠程計量能夠提供有效支撐。

智能制造離不開數據的支撐。在制造過程中，數控機床不僅是生產工具和設備，更是車間信息網絡的節點。

3.4 基于窄帶物聯網（NB-IoT）模組的高端產品主動標識載體應用探索研究

以某高端產品為例，為了更好地了解消費底數，通過國家工業互聯網標識解析體系，為每一個產品分配一個數字身份證——工業互聯網標識，并將該標識寫入窄帶物聯網（NB-IOT）模組。消費者在未開啟瓶蓋前，可通過NFC 標簽技術，對產品進行真偽查驗。消費者在開啟瓶蓋后，觸發窄帶物聯網（NB-IOT）模組的電池接通，通過主動標識載體技術，向該產品的工業互聯網標識解析二級節點平臺發送一條已消費的信息，表示該產品已被打開，視為該產品已被消費。消費者此時通過NFC 標簽技術，不僅能夠查詢到產品的防偽信息，還可以收到該產品包裝已拆的信息。基于國家工業互聯網標識解析二級節點平臺可以獲取產品的銷售總量，通過該方案可以獲得產品的消費數量，從而得出產品的未消費數量。如圖1所示。

圖1 某高端產品主動標識載體應用示意圖

4 應用建議

首先，結合產業應用需求，從終端管理需要、安全監管需要、入網許可需要、表具遠程檢定需求四個方面作為應用切入點，重點建設全生命周期管理、數據傳輸服務和標識解析對接平臺。其次，培育技術支持體系，構建安全芯片供應商、通信模組供應商、MCU供應商、智能終端供應商、運營商多樣相關方的技術支持生態體系，重點建設標識解析軟硬件研發、標識解析對接測試、寫入。最后，建立標準及規范體系，以國家和行業標準體系、主動標識技術規范為管理抓手，重點建設遠程計量檢定標準、主動標識載體標準、主動標識行動規范、車聯網標準體系、安全監管體系等。

主動標識載體產業組成主要可以分為行業應用企業、解決方案供應商、運營商、以及標識載體供應商四類。標識解析體系的應用可以和這四類參與方結合：與標識載體供應商合作將標識寫入主動標識載體；與解決方案供應商以及運營商合作，形成完整的主動標識載體應用解決方案；與行業應用企業合作，落地主動標識載體應用。通過培育應用生態，打通芯片、模組、MCU、終端等標識載體與標識解析體系的對接，為企業、行業、政府提供數據傳輸、數據交換、遠程檢定、終端監管等應用服務。

5 結束語

標識解析是工業互聯網網絡的重要基礎設施，是實現工業企業數據流通、信息交互的關鍵樞紐。標識服務應用的進一步發展離不開主動標識載體，主動標識作為一種通用、便捷的載體，重新定義了數據傳輸的新方式，能夠作為采集、存儲數據的介質在跨系統、主體間流通。能夠幫助工業企業實現數字身份認證、數據安全鏈接以及底層標識數據采集和信息系統間數據共享，推動企業實現智能聯網設備全生命周期管理、物聯網設備核心零部件質量追溯、預測性維護、售后維保等應用。并通過對數據進行全生命周期分析，挖掘數據價值，提供數據增值服務。在未來，通信模組以及智能芯片等將會成為標識載體未來發展的趨勢。主動標識載體具有雙向通信、靈活更改和安全增強等突出優勢，因此主動標識載體的應用比例將逐步增加，將成為萬物互聯的重要基礎。■