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物联网标识体系与 Ecode编码标准比较研究

发布时间:2021年04月09日 来源:中国自动识别网 作者:张秋霞 田润

随着物联网应用的延伸,覆盖的领域逐渐拓宽,物联网标识作为实现信息交换的根基、数据共享的纽带,日益凸显出它的重要性。
物联网标识分为网络标识和对象标识两种。网络标识是采用类似互联网的域名DNS结构分层代码的形式来标识各级节点的数字地址,能够指向网络节点的存储位置。对象标识是物联网对象在物联网各环节、各应用领域的唯一符号,是物联网对象的身份象征。物联网标识是网络标识与对象标识的有机结合。
物联网编码标识解析体系是编码(基础)、标识(载体)、解析(共享)标准体系等多方面的融合。目前,我国物联网建设和工业互联网建设中,常常提及的编码标识解析体系包括OID、Handle、GS1、EPC、Ecode系列编码等。
 
主流编码标识体系
OID和Handle编码标准更多体现在兼容现存的各类闭环系统的编码方案,强调的是网络标识,通过标准的网络标识代码加上用户自己的产品标识代码,构成完整的标识编码。网络标识代码包括根节点、各级区域/行业节点、企业端节点,赋予各级节点的网络存储设备一个前缀码,并与企业端节点内部的产品标识代码结合使用。其技术路线是根据网络标识代码找到其节点数字地址,从而找到对象信息存储位置,并获悉对象的具体信息。
GS1和EPC编码标准起源于对商品进行唯一标识编码,强调的是对象标识,通过产品代码系列标准,可以实现对同一产品、同一批次产品、唯一产品进行编码,还可以结合条码/二维码、RFID等不同载体使用。由于GS1已经获得了广泛应用,可作为物联网对象标识代码。若将GS1和EPC标准定义的代码置于OID体系时,可作为其最后一节的产品标识代码,若与Handle体系共用时,可以作为其后缀码使用。
Ecode是我国自主研发的物联网标识体系,Ecode编码可以为标识对象唯一赋码,明码为对象标识代码,Ecode解析系统内部对应网络标识代码,采用国产密码算法,安全可控,是物联网可信身份注册码,同时可与世界上其他主流物联网编码标识系统对接,保证系统兼容性。Ecode体系作为国家新基建基础设施建设中的基础编码,还可应用于国家信息安全,诸如数字货币等众多领域。
未来的物联网系统将是一个复杂、全面、综合的系统,其中应包括Ecode编码、Internet、通信协议等。
OID编码标识体系
OID编码标识体系是由 ISO/IEC、ITU-T国际标准化组织上世纪 80 年代联合提出的标识机制,采用分层树形结构对任何类型的对象(包括实体对象、虚拟对象、复合对象等)进行全球无歧义、唯一命名。国家OID注册中心负责国内顶层OID规划和分配,各个行业设立下级注册机构,进行自主可控的标识规划、分配和数据管理,通过分布式的解析系统实现对象信息查询。
与目前互联网上的域名结构类似,OID编码规则是种树状结构,不同层次之间用“.”分隔,层数无限制。OID名称包括数字和字母数字两种形式,数字名称的值是一个大于0小于16000000的正整数,字母数字名称形式的值是一个不小于1个字符并且不大于100个字符的可变长度字符,同时该值在注册机构范围内是唯一的。
示例:1.2.156.1112224
Handle编码标识体系
Handle编码标识体系最初是由美国国家研究计划机构CNRI(The Corporation for National Research Initiatives)于1995年提出。Handle和Handle System用来标识、管理互联网上传信息,为互联网上的数字对象颁发一个唯一永久的“身份证”,为数字对象提供永久标识、动态解析和安全管理等服务,从而保障信息的安全。 
Handle编码由Handle前缀、分隔符“ / ”、Handle后缀组成(Handle ID=Handle前缀/Handle后缀)。Handle前缀由若干个数字串和分隔符“.”组成,其中每个前缀中有几个分隔符“.”就代表这个前缀是几级前缀。Handle前缀=数字串0.数字串1.数字串2. …数字串n;Handle后缀由任意个UTF-8字符组成的字符串,用户可以自行定义,建议长度不要超过256个字节。
示例:86.1009.2000/0001.1234567
GS1编码标识体系
GS1编码标识体系面向商品流通,主要包括标识贸易(GTIN)、物流(SSCC)、资产(GRAI)、地理位置和参与方(GLN)以及服务(GSRN),其中最为广泛的应用是商品条码贸易。商品条码最早出现于 1973 年美国超级市场(UPC 码),继而由欧洲国家发展出 EAN 码,通过国际物品编码组织(GS1)推广于全世界,中国设立了GS1 China,由中国物品编码中心负责管理。编码体系是整个GS1系统的核心,是对流通领域中所有的产品与服务(包括贸易项目、物流单元、资产、位置和服务关系等)的标识代码及附加属性代码,如图1所示。附加属性代码不能脱离标识代码独立存在。 
图1  GS1系统编码体系
 
示例:(01)6936893310107(17)210820(10)201808246(21)ABC00001(91)20210525
说明:疫苗的产品唯一码GTIN-13是6936893310107,有效期至2021年8月20日,批号为201808246,序列号是ABC00001,(91)20210525由公司内部定义该疫苗产品为“狂苗-成大-0.5ml-D-Vero2.5IU冻干1支装”。
EPC编码标识体系
EPC global 标准体系涵盖了整个物联网体系内所涉及的各种技术标准,是一种广泛应用的物联网标准。该标准体系结构框架自下而上分为三层:标识层、感知层和交换层。标识层按照 EPC产品电子编码标准为物联网体系内物品提供唯一标识;感知层通过 RFID、传感器等技术获取物品相关信息;交换层将感知层获取的信息进行更大范围的交互共享。整个 EPC global 标准体系的核心组件包括:EPC 编码、RFID 标签、RFID 阅读器、AEL(应用层事件)、IS(信息服务)、ONS(对象名解析服务)、DS(发现服务)等。
EPC编码标识体系是由EPC global组织、各应用方协调一致的编码标准,建立在GS1基础上,用以实现对单品进行标识,主要包括标识贸易(SGTIN)、物流(SSCC)、资产(GRAI)、(GIAI)以及地理位置和参与方(SGLN)。EPC是由一个版本号加上域名管理者、对象分类、序列号三段数据组成的一组数字。其中EPC的版本号标识EPC的长度或类型;域名管理者描述与此EPC相关生产厂商的信息;对象分类记录产品精确类型的信息;序列号用于唯一标识货物单品。EPC编码是基于RFID和互联网对每个实体对象分配的全球唯一代码,其特点是固定长度的二进制编码。
示例:urn:epc:id:sgtin:0614141.112345.400
说明:系列全球贸易项目代码SGTIN是0614141112345400的URI,其中组成1:表示SGTIN的GS1公司前缀,取值是0614141;组成2:表示对象分类,取值是112345;组成3:表示序列号,取值是400。
Ecode编码标识体系
Ecode编码标识体系是我国为适应全球物联网发展,自主创新研究出来的一整套物联网标识体系标准。Ecode标准体系,能够完整实现将抽象的实体、虚拟对象以代码的形式表示,将代码化的信息转化成载体可携带的信息后,通过处理标志,可对对象进行辨认,获取各级节点的数字地址直至指向某一企业节点的某一服务器,最终服务器自动解析获取标识编码所表示的标识对象具体信息,在这个过程中同时涉及了网络标识与对象标识。与OID和Handle编码标准在网络标识方面不同的是,Ecode支持网络节点位置可变。
Ecode编码数据结构由版本(Version,简称 V)、编码体系标识(Numbering system identifier,简称 NSI)和主码(Master data,简称 MD)构成。其中V和 NSI 定义了MD的结构和长度,由 Ecode 管理机构统一分配,MD 为标识对象代码,由标识对象管理方分配。 Ecode编码结构,见表1。
表1  
示例:100036901234567892,其中V为1,NSI为0003
V和NSI转换为标识识别域名:0003.1.iotroot.com
 
主流编码标识体系比较分析
OID、Handle、GS1、EPC、Ecode五种编码标识的解析体系比较,如图2所示。
图2  物联网解析体系对比
 
时空比较
统一代码委员会UCC于1973年创建;1974年扫描第一个条码;1989年创造了第一个电子数据交换国际标准;1990年UCC与欧洲EAN签订合作协议,1997年欧洲物品编码协会成立;2002年UCC加入EAN; 2004年创建了RFID的第一个标准;2005年EAN与UCC正式合并,更名为GS1,至今,已经在110多个国家/地区设立了成员组织,积累了200多万会员。
对象标识符(OID)概念和实施可追溯到上世纪80年代中期,其基础是与国际信息处理联合会(IFIP)的合作。后来由ISO/IEC、ITU共同提出的标识机制,ASN.1作为其中的一部分。OID已在全球202个国家中使用,并由各个国家自主管理。2007年在中国成立了注册中心。
Handle系统于1994年由美国国家研究计划机构(CNRI)发明,2014年该机构将Handle技术相关的知识产权无偿转移至DONA基金会,这是一个由国际电联ITU和CNRI共同发起的国际组织,负责全球范围的运营。Handle拥有全球分布式系统,在近75个国家应用。
EPC是1999年由美国麻省理工学院Auto-ID中心提出的物品编码格式,主要用于RFID电子标签。GS1收购了Auto-ID中心并成立了EPC global,用来管理全球EPC标准和系统的开发实施。
Ecode项目启动的时间在2011年,由中国物品编码中心提出Ecode物联网标识体系方案,2015年起,Ecode系列国家标准陆续发布。目前Ecode体系服务对象还只限于国内,但应同时具备国际化的眼光。未来发展中如果涉及到外国的客户加入,Ecode体系也能够提供全球范围的运营服务。
GS1、OID、Handle、EPC和Ecode创建和发明的时间,如图3所示。
图3  GS1、OID、Handle、EPC和Ecode创建时间点
 
标准体系成熟度比较
Handle系统面向数字对象定义了一套编码规则和技术标准,有效支持解析系统的运行和全球管理架构。核心标准有两个主要协议:数字对象接口协议(Digital Object Interface Protocol,DOIP)和标识符与解析协议(IRP)。这两个协议涉及到RFC系列中42个IETF(The Internet Engineering Task Force,国际互联网工程任务组)和IAB (Internet Architecture Board,互联网架构委员会)发布的标准。这些标准在互联网建设中被广泛采用。
OID是国际电联、ISO和IETF的所有安全工作的基础,并广泛应用于许多标准中。OID标准体系是OID中国注册中心官网所发布的“相关标准”,围绕着解析和应用收集,基础标准采用ISO/IEC、ITU标准,如开放系统互联标准(OSI)等。这些标准更多属于信息技术标准,在国际上被广泛采用。
GS1 系统旨在提高业务流程的效率,并通过基于全球独特标识和数字信息的自动化来节省成本。GS1系统提供使用明确的标识关键字来识别世界各地的货物、服务、资产、地点等。这些关键字可以在数据载体中表示,可以是条码或 EPC/RFID 标签,以实现自动扫描或读取。它们还可用于电子通信,在共享主数据、事务数据和可见性事件数据时提高速度和准确性。GS1发明的条码标准、RFID标准、EDI标准等在国际国内得到广泛的使用。
EPC融入GS1体系后,EPC标准成为GS1标准体系的一部分。
Ecode标准体系近年刚刚颁布,用户体量尚较小。从基于物联网应用和自主创新、安全可控的角度看,Ecode标准体系具有自身特点和后发优势。
市场化运作比较
OID系统在我国的管理运营和市场推广,是通过OID国家注册中心负责。根据工信部科技司信科函[2006]45号《关于同意信息产业部电子工业标准化研究所成立国家OID注册中心的复函》的要求,同时为了顺应产业发展的需要,我国OID注册中心于2007年成立,设立于中国电子技术标准化研究院,负责全球唯一标识符OID中国分支1.2.156(ISO.member.china)和2.16.156(ISO-ITU.member.china)的注册、解析、管理以及国际备案工作,负责自主可控地实现各应用信息系统与其他网络间的通信以及异构信息系统之间的互联互通。截至2016年初,OID注册中心已为200多家政府机关、企事业单位和社会团体注册了国家顶级OID节点,覆盖制造生产、电子医疗、信息安全、智能交通、电子商务、网络管理、教育信息化等众多产业领域,并且研制开发了自主知识产权、国际领先技术的OID标识解析系统,用于各类对象的精准标识与信息追溯解析、数据融合互通。
Handle系统在我国的管理运营和市场推广,由MPA中国联合体(由CNRI授权)负责。CNRI是全球Handle注册中心(GHR)的多主管理员(MPA),由DONA基金会授权为前缀分配给Handle系统的用户。DONA基金会是一个非盈利性组织,已接管了CNRI数字对象的演变责任(DO)架构,包括宣传世界各地。基金会的职责之一是管理和维护GHR的整体运作,而这是CNRI先前执行的任务。由国家工业信息安全发展研究中心(CIC)、北京中数创新科技股份有限公司(CDI)、北京西恩多纳信息技术有限公司(CHC)组成的联合体,又简称为MPA中国联合体。主要负责运营管理DONA部署在中国的全球多极最高授权管理者(MPA),其服务覆盖中国及亚大地区,对所服务范围内Handle系统的管理、运营和推广应用具有自主可控的管理权,可自主设计并建设分布式的国家解析节点以及行业解析节点等。
GS1、EPC、Ecode系统的管理运营和市场推广,由中国物品编码中心负责。中国物品编码中心隶属于国家市场监督管理总局,1988年成立,1991年4月代表我国加入国际物品编码组织,负责推广国际通用的、开放的、跨行业的全球统一标识系统和供应链管理标准,向社会提供公共服务平台和标准化解决方案,经过30多年的推广,GS1标准体系在我国各行业得到了广泛应用,促进了我国的经济发展。Ecode的推广应用需提高服务水平、开展依托平台的创新、提升整体运营能力和可持续发展,采取市场化运作的方式是今后发展的必由之路。
 
我国物联网标识体系Ecode发展
Ecode标识体系是我国自主制定的、适用于物联网各个领域的基础共性支撑技术,它突破了各领域间的信息壁垒,满足跨行业、跨平台的多类型应用需求,其由Ecode编码、数据标识、中间件、解析系统、信息查询和发现服务、安全机制等部分组成,是一个完整的体系。
Ecode标识体系特征:它是目前唯一具有我国自主知识产权的标识体系,对于我国社会经济的发展具有重要意义;Ecode标准的制定,得到了包括邬贺铨在内的多位业内权威专家认可,编码结构具有统一性、科学性、先进性、创新性和实用性,能够满足各个领域的应用需求;Ecode编码的容量足够大,能够实现为物联网中任意对象分配唯一专属的编码,这是实现物物相联的前提条件;它能够兼容现存的各类闭环系统的编码方案,通过赋予行业内部编码唯一标头的方式,实现跨系统的信息互通;Ecode编码可存储于一维条码、二维码、RFID标签等不同载体中,能快速推广于不同领域的不同应用。Ecode标识体系特征,如图4所示。
图4  Ecode标识体系特征
 
Ecode标识标准体系
我国物联网标识体系Ecode系列国家标准已经颁布实施13项,涵盖编码、标识、解析、应用四个方面,见表2。
表2 
 
 
Ecode平台建设
Ecode标识体系在标准研制的同时搭建了基于Ecode编码的标识公共服务平台,基于标准体系实现了技术成果的转换,解决了编码标识在不同环节的技术实现问题,形成了一整套适用于各领域的编码标识解决方案。物联网标识体系Ecode,首先打破原先封闭系统的标识应用模式,符合物联网顶层技术架构,具备开放互联性;其次Ecode是一个完整的技术体系和标准体系,由编码、数据标识、中间件、解析系统、信息查询和发现服务、安全机制、管理与维护等部分组成。国家物联网标识管理与公共服务平台(国家物联网标识管理中心),是以Ecode标识体系为依据的物联网应用基础设施,具备编码注册与分配、标识解析、搜索与发现服务等功能,已形成品类级、批次级和单品级的国家物品基础数据库,实现了跨系统的数据对接,为异构系统之间的信息交互和消费者的信息查询提供了全面的基础数据服务。
Ecode标识体系的创新特征
标准定位于物联网标识体系
Ecode标识体系设计的初衷是面向互联网的,目的是构建我国物联网统一编码标识标准体系,相对于OID和Handle标识标准,目标明确、针对性更强。OID和Handle标识标准是互联网信息共享与服务标准,应用于物联网,但并非起源于物联网。
从解析的角度上看,OID和Handle标识分为两个部分,简单的归纳为前缀和后缀两段,前缀的部分在标准体系中有严格的约定,后缀可以自行编制。Ecode编码对于前缀和后缀均做了统一的约定,更加有利于对象的标识和解析。
自成体系、自主可控
Ecode标准已经形成了一个相对完整的框架体系,包括基础标准、编码标准、标识标准、解析标准和应用标准五个部分,层次清晰、结构完整。
对客观对象进行编码的目的是共享对象信息,编码和标识是共享的基础,标识的解析是信息共享的关键技术内容。标识解析涉及工业互联网、物联网和区块链的应用和发展,国内外尚无成熟的经验可借鉴,同时包含诸多创新内容和创新空间,因此标准体系的修订是一个动态过程,需要迭代、不断演进。标准体系的自主可控格外重要,是创新发展的基础。
兼容相关编码标识体系
Ecode编码标准研发的初期就考虑到了对GS1、EPC编码体系的兼容。这种设计的主要好处是GS1体系当中的技术和应用可以与Ecode体系相通融,直观的效果是二者同样适用于供应链协同、产品追溯、防伪以及食品安全等领域,这些领域原本是GS1体系比较擅长的。由于Ecode可以更加方便地标识“一品一码”,因此在防伪和单品追溯方面更具优势。
由于Ecode编码内部结构也是分段的,从技术的角度上很容易映射为前缀和后缀两段式结构,因此在兼容OID和Handle等其他标识标准方面没有技术上的难度。
Ecode标识体系发展战略
以Ecode标识体系标准的研制、补充、完善和推广为基础,以建立基于标识和编码的信息共享体系为目标,开展Ecode网络和平台建设,成为我国网络强国建设的基础设施。
站在国家安全角度来说,我国政府鼓励积极建设集成电路产业,保障我国的信息安全,同时物联网RFID专用芯片的出现为“中国芯”抢占世界行业制高点创造了机遇。物联网Ecode-128专用标签的诞生,能抢占未来物联网的智能设备市场,一旦解决了Ecode-128芯片性价比的问题,随着标签成本的不断下降,必将迎来市场应用的不断上升。
建成的基础设施改变原有信息化体系的共享模式,建立覆盖全国各界的信息共享机制,能有效支持物联网、区块链、工业互联网、大数据、人工智能等前沿信息技术中对编码技术和解析技术的利用,增强跨行业、跨区域、跨部门的信息共享能力、共享效率和效益,为建设科技强国、质量强国、网络强国、智慧社会等国家重大战略提供有力支撑。
 
(作者单位:张秋霞/北京交通大学; 田润/北京工商大学)
《中国自动识别技术》2021年第1期总第88期

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