铁路物联网标识解析体系研究

1 概述

标识解析体系集中管理电子标识的命名、寻址和发现，适合于统一条形码、二维码、RFID、NFC、激光打码等自动对象识别技术，其本质是将物理或虚拟实体（如物品、设备、数字对象等）的标识编码映射为相关的信息资源地址，并在电子标识基础上提升多源工业大数据的关联知识服务能力。

标识解析体系的作用类似于域名解析系统（DNS），是物联网、工业互联网运行的关键信息基础设施，对产品质量追溯、供应链管理、全生命周期管理等业务应用具有重要战略价值，目前已得到国家战略政策的大力推动。铁路物联网服务平台主要实现物联网终端设备的统一连接和集中管理，提供标识解析、普适连接、边缘计算、物联网安全等共性基础能力，支持物联网感知设备的跨域共享和协同操作，以集聚全路物联网资源，赋能智能铁路建设。依托铁路物联网服务平台[1]，建立面向铁路的电子标识解析子平台，实现同一组织内异构编码物品标识的统一解析，以及跨系统、跨专业、跨行业甚至跨国的物品标识共享。

长期以来，铁路主要通过垂直应用场景下的专业管理需求，驱动物联网电子标识的应用实施。各专业领域积累了大量的标识应用系统，电子标识载体及其技术原理存在巨大差异，标识的编码结构设计和分配原则规划不统一，标识的申请、分配和回收管理方式不一致，其数量庞大、类型繁多、应用灵活，呈碎片化部署形态，存在潜在的重复建设投入风险，不利于铁路内部或与路外关联行业开展共享协作，水平化、扁平化的电子标识解析与管理是铁路物联网未来发展的方向。铁路标识解析节点作为铁路物联网服务平台的必要组成部分，是构建铁路物联网数据采集体系的关键信息基础设施，研究其总体定位、设计思路、实现原理、总体架构、实施策略、关键技术和创新应用模式，对于推动条形码、二维码、RFID等铁路电子标识的标准化统一管理与共享应用具有重要意义。

2 标识解析体系的国家战略布局

针对不同地区、行业领域电子标识应用条块分割、零散混乱的总体现状，伴随着各企业实施自主化、独立性标识管理需求的不断增强，建立多级分布式、统一的标识解析体系已成为发展共识。

2.1 标识解析技术研究

目前，国内外存在多种标识解析体系，以下介绍其中几种主流技术[2-3]。

Handle体系最早由互联网之父、TCP/IP联合协议发明者Robert E Kahn提出，在全球设置多个主根节点，彼此平等互通，受到各国的普遍重视。Handle编码包含前缀和自主定义2部分，具有极大灵活性，近年来被广泛应用于产品溯源、数字图书馆等领域。

GS1体系前身是国际商品条形码系统，发展至今通过扩展EPC标准[4]及RFID技术，建立了完整的全球统一编码标识体系，形成全球标识数据同步网络，广泛用于全球物流、商品零售等领域。

OID体系由ISO/IEC、ITU等国际标准组织联合提出，广泛应用于医疗卫生、网络管理与信息安全等领域。

Ecode体系是我国拥有自主知识产权的国家物联网标识体系，已成功应用于我国农产品质量溯源等领域。

标识解析技术是适用于各地区或行业的共性支撑技术，可以解决“信息孤岛”问题，突破不同领域间的信息壁垒，是实现工业大数据、设备智能化等目标的基础。因此，近年来我国研究机构基于不同的技术体系，对标识解析系统开展广泛的技术研究和工程验证。中国物品编码中心最早致力于提供目前使用最广泛的商品条形码服务，之后推广基于RFID的EPC服务，并自主研发了Ecode标识体系。2007年，设立于中国电子标准化研究院的OID标识解析平台研究完成。2012年，国家工业信息安全发展研究中心、北京中数创新科技股份有限公司等组成联合体，在我国设立Handle根节点，并负责管理运营和推广应用。2013年，由国家发展和改革委员会正式批复、兼容多种标识技术标准的国家物联网标识管理公共服务平台在中国科学院计算机网络信息中心研究完成。目前，标识解析体系已成为国家工业互联网发展战略推动的重点任务。

2.2 国家层面部署现状

目前，工业互联网联盟推荐的国家标识解析体系部署架构见图1。其中，国际根节点（如Handle根节点）面向全球范围不同国家、不同地区提供根区数据管理和根解析服务，未来逐步引入和完善多种标识解析国际根节点；国家顶级节点作为建立我国标识解析体系的关键，是对外互联的国际关口，也是对内统筹的核心枢纽；二级节点面向行业提供标识注册和解析服务，未来将选择优势行业（如铁路）优先构建行业性二级节点；公共递归解析节点通过缓存等手段提升标识解析服务性能。

2017年底，国务院发布《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》。2018年，5个标识解析国家顶级节点分别在北京、上海、广州、武汉、重庆正式落户，互为镜像备份。国家顶级节点是工业互联网的核心资源和关键基础设施，是支撑工业万物互联互通的神经枢纽，同时为未来二级行业节点的建设铺平了道路。

2.3 相关技术标准

当前标识解析技术在国家和行业应用中的基础地位日趋凸显，必须遵循国际及我国的通用技术标准，补齐面向铁路行业的技术应用标准。根据工业互联网产业联盟建议，标识解析技术标准体系见图2。

3 铁路物联网标识解析体系方案

3.1 总体定位及设计思路

构建面向铁路行业的标识解析二级节点，接入国家物联网标识解析体系，完善铁路物联网数据采集体系，促进铁路运输全要素互联互通，支撑铁路行业智能转型。铁路物联网标识解析体系的总体定位及设计思路见图3。

建设铁路物联网标识解析体系，对于提升铁路信息系统的应用高度具有以下意义：一是取得全球唯一的铁路行业物联网标识前缀，并通过国家顶级节点与全球标识同步网络接轨，结合铁路行标扩展自主定义部分的编码规则，使得铁路资产的标识编码具有全局唯一性，实现机车车辆、线桥隧基础设施、关键技术设备、铁路货物与集装器具等“一物一码”；二是支撑跨行业、甚至跨国的标识共享及关联应用，在中欧铁路国际联运、空铁公水多式联运、铁路移动装备造修精准对接、工程建造运维协同联动等领域发挥重要作用；三是支撑全路跨系统、跨专业的标识共享及关联应用，为实现铁路运输组织过程多专业的协同作业、重要资产的全生命周期质量追溯、货运物流供应链[5]的单元化精细管理奠定基础。

铁路物联网服务平台作为铁路信息系统与铁路运输系统之间无缝融合的通道，处于软硬结合的“枢纽位置”，主要实现物联网终端设备的统一连接和集中管理，其中铁路电子标识解析子平台即铁路标识解析节点，是铁路物联网服务平台的必要组成部分。

3.2 技术实现原理

铁路物联网标识解析体系实现全路电子标识的解析与管理，围绕标识信息资源库，具有标识解析系统、标识注册服务、标识关联知识服务、身份认证与权限管理、标识信息资源运维等功能，其技术实现原理见图4。

3.2.1 标识解析系统及工作流程

已完成注册的铁路资产标识编码，通过标识解析即可获得所对应资产对象的名称与详细信息。首先，客户端发送标识解析请求，解析系统中存储了从标识编码到若干服务资源地址（URL）的映射信息，客户端根据匹配到的URL向标识资源系统重新定向；然后，标识资源系统向解析系统发送资源访问权限查询请求，获得当前用户身份的访问权限信息；最后，标识资源系统根据访问控制信息生成XML格式的资源描述数据，发送至客户端。标识资源系统存储关于资产对象的详细信息，包括设计参数、维修履历、故障历史等内容，更进一步的信息也可通过铁路业务系统开放接口提取。因此，即使资产对象的服务资源地址或其他动态状态信息发生变化，通过唯一稳定的标识编码都可以取得相应的资源信息。

3.2.2 标识注册服务及工作流程

铁路主数据管理平台[6]提供固定设施、移动设备、运输产品、物资设备、人员机构等5个领域的共享静态数据，其中包含线路桥隧、机车车辆、运输器具、物资、设备、配件、人员等方面的大量公共基础编码，提供各种铁路资产对象的分类码。铁路各级机构作为标识数据的所有者，为实现“一物一码”，应按行业标准规范对单品资产生成序列号作为后缀，并追加预申请的前缀以保证全球唯一性，完成对该资产的赋码工作。从既有业务系统的开放接口中抽取数据，通过加工处理生成XML格式的资源详细描述信息。标识数据批量上传至标识注册服务，物名映射信息、资源详细信息将分别发送至标识解析系统和标识信息资源系统中存储。标识注册服务不仅实现标识数据的大批量注册，还实现标识全生命周期的申请、分配和回收管理。

3.2.3 标识关联知识服务

通过资产标识编码获得服务资源地址的标识寻址，仅是标识解析体系中最基础的功能。随着铁路各专业资产标识信息的大量注册，将会积累形成庞大的标识资源信息库，在此基础上能够构造丰富的关联知识服务。例如，以部分标识编码为条件进行检索，可查询某类型资产的数量与总体使用状况；利用单个标识编码，可获得某复杂设备零部件的组合关系或某个打包物品的绑定关系；利用标识解析体系，可实现资产对象的全生命周期数据管理、物体实时定位等。

3.2.4 身份认证与权限管理

标识解析体系提供用户身份认证、访问权限管理的功能，针对客户端用户的角色和访问权限，按照访问控制策略生成动态的资源描述信息，并提供一定的信息安全保护能力。

3.2.5 标识信息资源运维

为保证标识解析体系中海量标识编码信息的全局唯一性，资产对象编码、名称、详细信息的一致完整性，建立相应的运维机制实施日常管理，保障标识数据资源质量。

3.3 总体架构

铁路物联网标识解析体系的总体架构主要由基础设施层、标识解析层、业务应用层，标识解析、标识注册、数据采集3种中间件，以及运维管理体系、安全保障体系构成（见图5）。

基础设施层提供用于铁路标识解析处理的计算、数据存储、网络资源，考虑到未来全路标识查询搜索的海量处理需求，标识解析应采用云化服务方式在数据中心部署。标识解析层即铁路标识解析节点，连接国家顶级节点，提供铁路标识解析与管理服务，包括标识注册/分配、标识解析、信息关联、元数据管理、身份认证、权限管理等核心功能，以标识解析和注册中间件作为开放接口，为铁路业务应用或终端用户提供基础服务。业务应用层基于物联网电子标识解析子平台实现铁路标识集成创新应用，主要包括铁路业务应用、跨产业链协作、多式联运合作3个方面。

铁路标识解析中间件对外提供通过标识编码进行物名发现及相应信息资源定位的开放接口；铁路标识注册中间件对外提供对标识编码进行全生命周期申请、分配和回收管理的开放接口；数据采集中间件提供对既有信息系统及智能设备的自动数据采集接口，通过数据处理生成XML格式的对象资源描述信息，丰富电子标识查询可获得的信息资源。

3.4 部署实施策略

标识解析二级节点建设有龙头牵引、合资建设、引入外援等多种方式。鉴于铁路行业的实际情况[7]，铁路标识解析节点应由中国铁路总公司（简称总公司）牵头建设，利用其影响力和公信力向铁路内部及关联行业推广应用。

标识解析节点中存储了行业海量资产实体的物名映射信息以及详细的资源信息服务地址，为保障铁路运输对象、技术设备、货物物品等在运输组织、物流流转、制造维护过程中的安全性，同时确保铁路标识解析服务的稳定可靠，建议由总公司自主建设并采取受控管理，关联行业按需提供资产对象的信息服务资源地址。

此外，铁路现存大量的电子标识应用，采用了多元异构的电子标识载体和编码结构设计，因此标识解析节点作为关键基础设施，必须支持异构标识应用技术标准间的兼容互操作。

4 铁路物联网标识解析关键技术

4.1 标识编码全局唯一性、稳定性

标识解析体系解决的核心问题是在资产对象与标识编码之间建立一一对应关系，即实现“一物一码”。保证标识编码在整个业务领域的全局唯一，并在对象全生命周期持久稳定，需要依托权威标识管理机构，采用多级分层的标识编码结构设计，制定相应的标准规范编码分配原则。从国际权威机构申请的唯一标识前缀，保证了铁路标识编码结构的唯一性，铁路各单位进一步结合资产分类码、单品序列号，实现管辖范围内设备物料等的全局唯一性。通过统一的电子标识注册服务，实施全生命周期的申请、分配和回收管理，保证标识编码的稳定性。

此外，建立适合未来物联网发展的标识解析体系，并不意味着需要重建既有的标识应用系统，而应结合实际的部署实施情况，实现新旧标识应用机制的兼容过渡。

4.2 海量电子标识的高速并行解析

单从计算复杂性的角度来看，考虑到未来铁路物联网规模与标识查询频率，其数据处理量和网络流量必将是海量级的[8]。因此标识解析节点应部署在云计算中心，根据工作负载按需调度计算、存储和网络资源。标识解析体系采用分布式部署架构，实现物名映射信息、资源详细信息的多级分层存储，并设置配套的递归解析节点作为本地高速缓存，保证对高速并发的标识解析请求实现低时延响应。

4.3 多元电子标识的快捷简易注册

高效率、低成本的电子标识注册服务为构建铁路标识解析体系提供了数据基础，允许铁路企业甚至个人，以简单、方便、快速的方式，兼容异构标识载体和编码机制，创建所需要的标识编码，同时保障标识数据的唯一性和稳定性。铁路各级单位作为标识数据的拥有者，拥有在各自编码空间内按照标准规范自定义创造唯一标识的权利。电子标识解析子平台通过提供标识注册服务接口与配套工具软件，支持海量标识数据完成批量注册。

4.4 标识编码与资产信息安全防护

标识解析系统提供身份认证和权限管理功能，对特定的用户根据访问权限动态生成资源描述数据。标识编码设计应尽量精简以减少存储空间占用，一般能够暗示标识承载物、附着物的编码方案更有利于日常使用。对某些特殊的设备、物品，出于安全性考虑，需通过增加冗余信息和采用加解密技术，杜绝编码在公开网络环境下被非授权组织读取。

4.5 复杂资产实体的信息关联检索

铁路实际业务中大量资产属于复杂实体，对此类资产的关联信息检索属于标识解析体系的增值服务。动车组等复杂技术装备往往由成百上千的零部件组成，应支持按设备构型实现标识组合信息的关联检索。在设备的全生命周期内部分零部件可能被更换或替代，意味着构成设备零部件的唯一标识将会消失或产生变更。反应设备内部隶属关系以及新旧替换关系的完整历史记录，对于完善铁路技术设备运维信息管理具有重要作用。此外，铁路货运中大量货物存在打包绑定关系，支持打包物品的分解与重新包装编码对于提升精细化物流管理具有重要作用。

5 铁路物联网标识解析体系应用

基于物联网电子标识解析子平台，建立铁路物联网标识解析体系，以下的铁路标识创新应用形式将会得到快速发展。

5.1 跨域标识共享与关联服务

铁路物联网标识解析体系接入国际国内标识同步网络，实现跨系统、跨专业、跨行业乃至跨国的标识共享，兼容异构标识载体和编码机制，促进互信互识互操作。物联网数据采集体系的目标是全面感知资产实体的属性信息、状态信息、位置信息，其中描述对象“身份”的属性信息是数据服务的基础。以完善的标识注册解析机制为基础，不断丰富自动采集数据的内容和类型，提升铁路资产关于技术状态、实时位置等的多种信息服务，有利于开展多维度的工业大数据分析，提升关联数据的知识服务水平。

5.2 铁路行业全链条精准衔接

支持总公司贯通机车车辆制造厂及其零配件供应商、建筑工程承包商及其分包单位、多式联运和国际联运合作企业的上下游产业全链条，以设备物资标识共享为基础，实现机车车辆制造和运维业务的精准对接、工程建造和运营业务的无缝衔接、空铁公水联运和国际国内运输的协同联动等。例如，基于电子标识的跨域共享，实现了动车组及关键部件全产业链条管理，不仅有利于实现列车出厂参数、技术履历、运行故障、维修历史等数据的融合处理，通过运维数据的长期积累也能够为机车车辆设计改进、修程修制优化等提供数据支撑，降低移动装备全生命周期成本，形成机车车辆制造和运维的双向驱动发展。

5.3 资产全生命周期质量追溯

总公司是典型的资产密集型企业，拥有数量庞大的有形和无形资产及众多关键技术设备，其中不仅包括动车组、机车、客车、货车等移动装备，铁路线路、桥梁、隧道等重大基础设施，还有信号、供电、通信、站段枢纽等重要技术设备。因此，技术设备运维及保证运力资源持久化，是总公司作为运营商的核心工作之一。高效统一的标识解析体系实现了技术设备及其零部件标识的唯一赋码与全局可追溯性，是完成铁路关键技术设备全生命周期质量追溯的基础，有利于提高铁路资产技术信息的精细化管理水平。

5.4 跨专业多作业面协同联动

铁路运输组织和生产作业涉及多个专业的协同联动。在日常运输生产过程中，客运、货运物流、机车车辆、工务、供电、电务通信、工程建造、信息等业务处理逻辑和作业流程复杂交织在一起，高水平的信息系统起到基础支撑作用。标识解析体系支持铁路各单位实现人、移动资产、固定资产、运输环境等业务对象的标准统一管理，兼容不同的电子标识载体以及差异化的标识编码机制，为实现铁路运输全要素的互联互通奠定了基础，也是建立物联网数据采集体系的前提，

有利于进一步提升既有信息系统的应用高度。

5.5 货运物流集装单元化管理

现代铁路物流发展的趋势是“集装单元化”[9]，即以集装单元为基础组织装卸、搬运、储存和运输等货运物流活动的一体化运作方式。以标识解析技术为基础，与既有的货运信息系统集成融合，全面升级改造物流信息化终端设备，引导货运流程再造，把铁路货运物流提升到智能化、可视化、高效率、低成本的现代化运作水平，将各项分散的运输活动联接为整体，发挥其巨大的社会价值。此外，全天候、不间断、全方位、多层次的货运物流信息精细感知，也是构建智能物流调度与动态协调管理机制的基础。

6 结束语

推动铁路与工业互联网联盟、标识解析国家顶级节点管理机构等签署战略合作协议，并在政策引导、应用推广、宣传培训层面不断加大支持力度。从顶层设计入手，充分结合铁路实际情况，构建面向铁路的标识解析行业节点，支持铁路实现跨系统、跨专业、跨行业乃至跨国的电子标识互信互识互操作，促进运输全要素互联互通，提升物联网数据采集体系能力，不断扩大和深化阶段性标识创新应用成果，为实现铁路智能转型升级提供支撑。

参考文献

[1] 史天运，孙鹏.铁路物联网应用现状与发展[J]. 中国铁路，2017(12)：1-6.

[2] 杨震，张东，李洁，等. 工业互联网中的标识解析技术[J]. 电信科学，2017，33(11)：140-146.

[3] 童群. 工业互联网视域下的标识解析技术：评述与展望[J]. 工业技术创新，2018，5(5)：46-49.

[4] 黎立，朱清新，王芳. EPC系统中的中间件研究[J].计算机工程与设计，2006，27(18)：3 360-3 363.

[5] 吴江龙，付思敏，蒋大为. 基于Handle的工程机械供应链标识解析技术设计与应用[J]. 中国工业评论，2018(8)：56-62.

[6] 马小宁，邹丹，吴艳华. 铁路主数据管理平台解决方案及应用实践[J]. 中国铁路，2017(1)：17-23.

[7] 中国铁路总公司. 铁路信息化总体规划：铁总信息〔2017〕152号[S].

[8] CERP-IoT（IERC）. Internet of Things Strategic Research Roadmap[R]. Brussels，2009.

[9] 王都，李雪飞，王文华，等. 铁路物流智能物联网技术[J]. 中国铁路，2018(9)：54-60.