工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體應(yīng)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(yè)革命的浪潮，國際產(chǎn)業(yè)格局面臨重大調(diào)整，圍繞搶奪制造業(yè)制高點(diǎn)的競爭愈演愈烈，各國通過構(gòu)建新型生產(chǎn)方式與發(fā)展模式，推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。與此同時(shí)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮席卷全球，數(shù)據(jù)成為驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新生產(chǎn)要素，驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加速變革?；ヂ?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合是促進(jìn)形成新型生產(chǎn)體系，生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的必然選擇，是全球新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點(diǎn)。

以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息通信技術(shù)的發(fā)展為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革帶來巨大機(jī)遇，構(gòu)筑了新的產(chǎn)業(yè)體系，并通過技術(shù)和模式創(chuàng)新不斷滲透影響實(shí)體經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。2012年11月GE發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打破智慧與機(jī)器的邊界》白皮書，首次提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念。它將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義為智能機(jī)器、高級分析和人互相連接的集合體，是智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)，而標(biāo)識(shí)解析是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)流通、信息交互的關(guān)鍵樞紐。通過標(biāo)識(shí)解析賦予設(shè)備終端唯一數(shù)字身份，使機(jī)器、產(chǎn)品等物理資源以及算法、工序等虛擬資源能夠被識(shí)別和定位查詢。標(biāo)識(shí)載體是指承載標(biāo)識(shí)編碼資源的標(biāo)簽，是物理世界中可儲(chǔ)存標(biāo)識(shí)編碼的實(shí)體?？梢苑謩e對工業(yè)設(shè)備、設(shè)備運(yùn)營維護(hù)人員和設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)打上標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)底層標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)采集和信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享，并通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行全生命周期分析，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提供數(shù)據(jù)增值服務(wù)。

1 主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體技術(shù)

標(biāo)識(shí)載體作為一種全新的信息存儲(chǔ)、傳遞和識(shí)別技術(shù)，得到了世界上許多國家的關(guān)注。該技術(shù)可用于公安、政府等部門對各類證件的管理，海關(guān)、稅務(wù)等部門對各類報(bào)表和票據(jù)的管理，商業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)炔块T對商品及貨物運(yùn)輸?shù)墓芾?、郵政部門對郵政包裹的管理、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)I(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化管理等領(lǐng)域。

根據(jù)標(biāo)識(shí)載體是否能夠主動(dòng)與標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)讀寫設(shè)備、標(biāo)識(shí)解析服務(wù)節(jié)點(diǎn)、標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)等發(fā)生通信交互，可以將標(biāo)識(shí)載體分為被動(dòng)標(biāo)識(shí)載體和主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體兩類。

被動(dòng)標(biāo)識(shí)載體主要包括條碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽、NFC標(biāo)簽等需要識(shí)讀設(shè)備識(shí)讀的標(biāo)識(shí)載體。這一類標(biāo)識(shí)載體的主要特點(diǎn)包括：（1）載體附在設(shè)備表面，信息易竊取；（2）需借助讀寫器被動(dòng)讀取；（3）安全能力較弱，缺乏證書；（4）在網(wǎng)絡(luò)中沒有地址，難以被找到；（5）非實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)。

主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體一般是指可以嵌入在工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，承載工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)編碼及其必要的安全證書、算法和密鑰，具備聯(lián)網(wǎng)通信功能，能夠主動(dòng)向標(biāo)識(shí)解析服務(wù)節(jié)點(diǎn)或標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)等發(fā)起連接，而無需借助標(biāo)識(shí)讀寫設(shè)備來觸發(fā)。主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體主要包括通用集成電路卡UICC、芯片、模組、設(shè)備終端等能夠主動(dòng)向解析節(jié)點(diǎn)、應(yīng)用平臺(tái)發(fā)起連接的標(biāo)識(shí)載體。相比被動(dòng)標(biāo)識(shí)載體，主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體的主要特點(diǎn)包括：（1）嵌在設(shè)備內(nèi)部，不容易被盜??；（2）可自動(dòng)讀取；（3）安全能力強(qiáng)，具有安全區(qū)域存儲(chǔ)證書、算法和密鑰；（4）在網(wǎng)絡(luò)中有地址，可以被找到；（5）可以實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)。

其中UICC卡分為ID-1 UICC 和插入式UICC兩種，主要區(qū)別在于物理外形、尺寸和應(yīng)用環(huán)境。應(yīng)用較多的是插入式UICC，它實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)和應(yīng)用的分離。通用用戶身份識(shí)別模塊USIM應(yīng)用只是UICC 平臺(tái)上的第一個(gè)應(yīng)用，而像電子簽名一類的非電信應(yīng)用或者電信增值服務(wù)應(yīng)用，都可以在UICC 平臺(tái)上建立。除此之外，USIM中存儲(chǔ)了用戶的身份驗(yàn)證、鑒權(quán)加密以及系統(tǒng)登錄的信息，所以USIM在安全機(jī)制、鑒權(quán)方式等方面也有了進(jìn)一步的加強(qiáng)和完善。主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體由于其具備聯(lián)網(wǎng)通信能力，能夠主動(dòng)向解析節(jié)點(diǎn)、應(yīng)用平臺(tái)發(fā)起連接的新特點(diǎn)，能夠提升工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合能力、實(shí)現(xiàn)不同行業(yè)企業(yè)標(biāo)識(shí)體系的互聯(lián)互通，打破信息孤島，具有巨大的發(fā)展空間。

2 主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體應(yīng)用現(xiàn)狀分析

結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系，主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體相關(guān)二級節(jié)點(diǎn)也得到快速發(fā)展。主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體相關(guān)二級節(jié)點(diǎn)已有5個(gè)，目前已接入7家企業(yè)，標(biāo)識(shí)注冊量233萬（2021年10月25日），預(yù)計(jì)截至2021年年底，接入企業(yè)數(shù)為10家左右，標(biāo)識(shí)注冊量為400萬左右。智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相關(guān)行業(yè)標(biāo)識(shí)解析二級節(jié)點(diǎn)已經(jīng)涵蓋了中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通三家電信運(yùn)營商，海爾、美的等智慧家電行業(yè)，中國南方電網(wǎng)、北京熱力等智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備行業(yè)，合醫(yī)網(wǎng)絡(luò)科技、上海申康醫(yī)院發(fā)展中心等智慧醫(yī)療行業(yè)，浪潮、用友、航天云網(wǎng)等多家物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商，福田汽車、東風(fēng)汽車等車聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，紫光、振華等芯片與元器件制造企業(yè)。標(biāo)識(shí)服務(wù)的應(yīng)用也得到進(jìn)一步發(fā)展，包括基于標(biāo)識(shí)解析的智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備全生命周期管理、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備核心零部件質(zhì)量追溯、預(yù)測性維護(hù)、售后維保等應(yīng)用。目前可以承載標(biāo)識(shí)應(yīng)用服務(wù)的智能終端類型已經(jīng)涵蓋了通信設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)家電、物聯(lián)網(wǎng)熱計(jì)量表、電子設(shè)備、智能聯(lián)網(wǎng)汽車、醫(yī)療器械等。

為加速建設(shè)和發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系，主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體技術(shù)與應(yīng)用生態(tài)正在持續(xù)積極構(gòu)建中。2020年7月7日，在2020年第三次工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟會(huì)上，聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)組啟動(dòng)了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體總體技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)制定工作。多家企業(yè)、研究院、大學(xué)等單位也組織進(jìn)行了主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體研討會(huì)。在主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體應(yīng)用推進(jìn)方面，中國計(jì)量院、北京熱力、多家燃?xì)馄髽I(yè)和江蘇協(xié)同創(chuàng)新中心聯(lián)合紫光國微已開展主動(dòng)標(biāo)識(shí)應(yīng)用測試相關(guān)工作，形成主動(dòng)標(biāo)識(shí)應(yīng)用方案，取得較大進(jìn)展。另一方面，中移物聯(lián)、聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)、天翼物聯(lián)和紫光國微在主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體技術(shù)上也有更進(jìn)一步研究。

3 主動(dòng)標(biāo)識(shí)應(yīng)用模式

3.1 數(shù)字身份認(rèn)證

所謂數(shù)字身份認(rèn)證就是關(guān)于認(rèn)證、授權(quán)以及用戶屬性(比如物品名稱、網(wǎng)絡(luò)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(rèn)證和授權(quán)信息交換，為用戶跨平臺(tái)進(jìn)行身份認(rèn)證和授權(quán)提供了方便，解決了多個(gè)系統(tǒng)共享認(rèn)證、授權(quán)過程中的信息傳遞問題。傳統(tǒng)的身份認(rèn)證存在許多缺陷，比如用戶數(shù)據(jù)與隱私的泄露。在身份認(rèn)證的過程中，服務(wù)器由于收到網(wǎng)絡(luò)攻擊，造成了用戶數(shù)據(jù)與用戶隱私的泄露。其次，傳統(tǒng)身份認(rèn)證效率低，各服務(wù)提供商或認(rèn)證機(jī)構(gòu)間互為數(shù)據(jù)孤島，難以打通，同時(shí)，用戶的認(rèn)證信息碎片化，無法完整地反映用戶的身份特質(zhì)。利用主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體技術(shù)可以為數(shù)字身份認(rèn)證提供強(qiáng)有力的保障。當(dāng)要驗(yàn)證一個(gè)用戶身份時(shí)，標(biāo)識(shí)解析服務(wù)器向目標(biāo)標(biāo)識(shí)載體發(fā)出認(rèn)證請求，主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體響應(yīng)標(biāo)識(shí)解析服務(wù)節(jié)點(diǎn)的請求，以標(biāo)識(shí)編碼的方式表明用戶身份和相關(guān)屬性，標(biāo)識(shí)解析服務(wù)節(jié)點(diǎn)接收到主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體的認(rèn)證響應(yīng)之后，驗(yàn)證其消息來源是否可信，驗(yàn)證通過之后解析標(biāo)識(shí)編碼獲得認(rèn)證信息，提高了身份認(rèn)證的效率和安全性。

3.2 數(shù)據(jù)安全連接

智能制造離不開數(shù)據(jù)的支撐。在制造過程中，數(shù)控機(jī)床不僅是生產(chǎn)工具和設(shè)備，更是車間信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，通過機(jī)床數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集、統(tǒng)計(jì)、分析和反饋，將結(jié)果用于優(yōu)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(chǎn)品生產(chǎn)過程的質(zhì)量和效率。目前最常見的就是數(shù)據(jù)保存在用戶操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，并通過人為手動(dòng)進(jìn)行更新，操作復(fù)雜且出錯(cuò)率高。利用安裝在設(shè)備內(nèi)部的主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體，設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在標(biāo)識(shí)載體中，通過UICC和模組等主動(dòng)向標(biāo)識(shí)解析服務(wù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)處理請求，在獲取數(shù)據(jù)時(shí)，能夠精準(zhǔn)的定義數(shù)據(jù)來源，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的增、刪、改等操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的主動(dòng)采集和動(dòng)態(tài)更新。

3.3 設(shè)備數(shù)據(jù)采集和分析管理

對于大部分制造業(yè)企業(yè)，自動(dòng)數(shù)據(jù)采集一直是個(gè)令人煩惱的事情，不但工作繁重，同時(shí)也無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，常常管理人員得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)是滯后了一兩天的數(shù)據(jù)，而對于現(xiàn)場的不良產(chǎn)品信息及相關(guān)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)高效率、簡潔、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集更是一大難題。通過主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體能夠建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息采集分析管理機(jī)制，利用主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體采集生產(chǎn)設(shè)備的工作和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)視與控制，配合標(biāo)識(shí)解析服務(wù)節(jié)點(diǎn)上傳標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)至用戶的操作系統(tǒng)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理與診斷。同時(shí)也可為產(chǎn)品全生命周期系統(tǒng)PLM和企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP 等其他工業(yè)軟件提供數(shù)據(jù)支持，具有助力企業(yè)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控，數(shù)據(jù)分析處理等功能。

例如在儀表制造企業(yè)側(cè)，嵌入符合標(biāo)識(shí)解析協(xié)議的芯片、模組（中移物聯(lián)、紫光），完成生產(chǎn)，通過二級節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)注冊，完成權(quán)屬移交。在儀表應(yīng)用企業(yè)，通過空口協(xié)議完成標(biāo)識(shí)的寫入（中移物聯(lián)、中國聯(lián)通），完成標(biāo)識(shí)注冊，并面向熱力、燃?xì)狻⑺刃袠I(yè)提供標(biāo)識(shí)解析服務(wù)，結(jié)合標(biāo)識(shí)解析完成終端的連接和權(quán)限的獲取，對遠(yuǎn)程計(jì)量能夠提供有效支撐。

智能制造離不開數(shù)據(jù)的支撐。在制造過程中，數(shù)控機(jī)床不僅是生產(chǎn)工具和設(shè)備，更是車間信息網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。

3.4 基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）模組的高端產(chǎn)品主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體應(yīng)用探索研究

以某高端產(chǎn)品為例，為了更好地了解消費(fèi)底數(shù)，通過國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析體系，為每一個(gè)產(chǎn)品分配一個(gè)數(shù)字身份證——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)，并將該標(biāo)識(shí)寫入窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）模組。消費(fèi)者在未開啟瓶蓋前，可通過NFC 標(biāo)簽技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行真?zhèn)尾轵?yàn)。消費(fèi)者在開啟瓶蓋后，觸發(fā)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）模組的電池接通，通過主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體技術(shù)，向該產(chǎn)品的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級節(jié)點(diǎn)平臺(tái)發(fā)送一條已消費(fèi)的信息，表示該產(chǎn)品已被打開，視為該產(chǎn)品已被消費(fèi)。消費(fèi)者此時(shí)通過NFC 標(biāo)簽技術(shù)，不僅能夠查詢到產(chǎn)品的防偽信息，還可以收到該產(chǎn)品包裝已拆的信息?；趪夜I(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級節(jié)點(diǎn)平臺(tái)可以獲取產(chǎn)品的銷售總量，通過該方案可以獲得產(chǎn)品的消費(fèi)數(shù)量，從而得出產(chǎn)品的未消費(fèi)數(shù)量。如圖1所示。

圖1 某高端產(chǎn)品主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體應(yīng)用示意圖

4 應(yīng)用建議

首先，結(jié)合產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求，從終端管理需要、安全監(jiān)管需要、入網(wǎng)許可需要、表具遠(yuǎn)程檢定需求四個(gè)方面作為應(yīng)用切入點(diǎn)，重點(diǎn)建設(shè)全生命周期管理、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和標(biāo)識(shí)解析對接平臺(tái)。其次，培育技術(shù)支持體系，構(gòu)建安全芯片供應(yīng)商、通信模組供應(yīng)商、MCU供應(yīng)商、智能終端供應(yīng)商、運(yùn)營商多樣相關(guān)方的技術(shù)支持生態(tài)體系，重點(diǎn)建設(shè)標(biāo)識(shí)解析軟硬件研發(fā)、標(biāo)識(shí)解析對接測試、寫入。最后，建立標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范體系，以國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系、主動(dòng)標(biāo)識(shí)技術(shù)規(guī)范為管理抓手，重點(diǎn)建設(shè)遠(yuǎn)程計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)、主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體標(biāo)準(zhǔn)、主動(dòng)標(biāo)識(shí)行動(dòng)規(guī)范、車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系、安全監(jiān)管體系等。

主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體產(chǎn)業(yè)組成主要可以分為行業(yè)應(yīng)用企業(yè)、解決方案供應(yīng)商、運(yùn)營商、以及標(biāo)識(shí)載體供應(yīng)商四類。標(biāo)識(shí)解析體系的應(yīng)用可以和這四類參與方結(jié)合：與標(biāo)識(shí)載體供應(yīng)商合作將標(biāo)識(shí)寫入主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體；與解決方案供應(yīng)商以及運(yùn)營商合作，形成完整的主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體應(yīng)用解決方案；與行業(yè)應(yīng)用企業(yè)合作，落地主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體應(yīng)用。通過培育應(yīng)用生態(tài)，打通芯片、模組、MCU、終端等標(biāo)識(shí)載體與標(biāo)識(shí)解析體系的對接，為企業(yè)、行業(yè)、政府提供數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交換、遠(yuǎn)程檢定、終端監(jiān)管等應(yīng)用服務(wù)。

5 結(jié)束語

標(biāo)識(shí)解析是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)流通、信息交互的關(guān)鍵樞紐。標(biāo)識(shí)服務(wù)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展離不開主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體，主動(dòng)標(biāo)識(shí)作為一種通用、便捷的載體，重新定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男路绞?，能夠作為采集、存?chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)在跨系統(tǒng)、主體間流通。能夠幫助工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)安全鏈接以及底層標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)采集和信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備全生命周期管理、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備核心零部件質(zhì)量追溯、預(yù)測性維護(hù)、售后維保等應(yīng)用。并通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行全生命周期分析，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提供數(shù)據(jù)增值服務(wù)。在未來，通信模組以及智能芯片等將會(huì)成為標(biāo)識(shí)載體未來發(fā)展的趨勢。主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體具有雙向通信、靈活更改和安全增強(qiáng)等突出優(yōu)勢，因此主動(dòng)標(biāo)識(shí)載體的應(yīng)用比例將逐步增加，將成為萬物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)?！?/p>