陳劍 馬晨迪 謝家貴 李炳奇 李志平

(中國信息通信研究院工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)研究所，北京 100191)

0 引言

為貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于“深入實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略重要講話精神”和中央關(guān)于推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加快發(fā)展的戰(zhàn)略決策，2020年12月22日，工業(yè)和信息化部發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(2021—2023年)》[1]，在“標(biāo)識解析增強(qiáng)行動”部分中指出，要“提升國家頂級節(jié)點服務(wù)能力”。隨著我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)解析體系逐步建設(shè)完善，由于國家頂級節(jié)點在整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)解析體系中占據(jù)舉足輕重的地位，國家頂級節(jié)的建設(shè)越發(fā)重要。國家頂級節(jié)點不僅能面向全國提供頂級標(biāo)識解析服務(wù)、標(biāo)識備案、標(biāo)識認(rèn)證等管理能力，還可以在國際根節(jié)點與二級節(jié)點、遞歸節(jié)點之間承上啟下，實現(xiàn)連通。

目前，我國國家頂級節(jié)點的部署規(guī)劃尚未有一套標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的理論指導(dǎo)。除了初期規(guī)劃的5個部署位置外，針對后續(xù)國家頂級節(jié)點的建設(shè)規(guī)劃，我國尚未提出一套理論性指導(dǎo)建議。

1 國家頂級節(jié)點當(dāng)前分布狀況

標(biāo)識解析國家頂級節(jié)點是一個國家或地區(qū)內(nèi)部最頂級的標(biāo)識解析服務(wù)節(jié)點，對外提供我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)頂級標(biāo)識的注冊和解析，以及備案、監(jiān)測、認(rèn)證、應(yīng)急等管理支撐能力。國家頂級節(jié)點既要與各種標(biāo)識體系的國際根節(jié)點保持連通，又要連通國內(nèi)的各種二級標(biāo)識解析服務(wù)節(jié)點。目前，我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)國家頂級節(jié)點共開設(shè)了5個，分別位于北京、廣州、重慶、上海、武漢(見表1)。我國前期建設(shè)國家頂級節(jié)點應(yīng)遵循的基本原則如下。

(1)覆蓋全國絕大部分地區(qū)：東部(上海)、西部(重慶)、南部(廣州)、北部(北京)、中部(武漢)。

(2)覆蓋全國重要的經(jīng)濟(jì)帶：京津冀經(jīng)濟(jì)圈、珠江三角洲經(jīng)濟(jì)帶、長江三角洲經(jīng)濟(jì)帶，以及國家中部及西部開發(fā)戰(zhàn)略。

2 國家頂級節(jié)點部署指導(dǎo)原則

國家頂級節(jié)點主要是為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系提供頂層解析服務(wù)，將實體經(jīng)濟(jì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)相融合，促進(jìn)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。此外，國家頂級節(jié)點部署在我國完全自主可控，可根據(jù)實際情況和需求進(jìn)行調(diào)整，且其建設(shè)內(nèi)容相對統(tǒng)一集中。我國國家頂級節(jié)點建設(shè)的兩個基本原則是：國家頂級節(jié)點建設(shè)向工業(yè)發(fā)達(dá)且業(yè)務(wù)需求多的省市傾斜；國家頂級節(jié)點建設(shè)向網(wǎng)絡(luò)保障能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營單位傾斜。

表1 國家頂級節(jié)點部署情況(截至2021年1月)

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模(來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院分析報告[2])

2.1 我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整體發(fā)展水平與趨勢

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模和增長趨勢[2]如圖1所示，其中市場規(guī)模每年按13%以上的比率增長。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模的增長必然增加對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析系統(tǒng)的需求，同時隨著越來越多的工業(yè)企業(yè)加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系，國家頂級節(jié)點、二級節(jié)點中的注冊量、解析量必然增長。截至2020年7月，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析注冊量已突破44億，其中頂級節(jié)點的日解析量已超過180萬。預(yù)計未來5～10年我國頂級節(jié)點的解析量還將大幅增長。因此，可以考慮通過新增或擴(kuò)容部署國家頂級節(jié)點，使其數(shù)量從5個增加到7個，以滿足未來國家頂級節(jié)點的解析業(yè)務(wù)需求。

2.2 國家頂級節(jié)點分布需求

國家頂級節(jié)點的部署建設(shè)需要將對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求量作為首要考量指標(biāo)。國家頂級節(jié)點最終是為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系服務(wù)的，而各省、直轄市的工業(yè)發(fā)展程度、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)量各不相同。目前，我國按照工業(yè)省份TOP10排名，依次為：廣東、江蘇、山東、浙江、福建、河南、四川、河北、安徽、湖北；按照工業(yè)城市TOP10排名，依次為：上海、北京、廣州、深圳、蘇州、天津、重慶、杭州、青島、無錫[3]。

2.3 國家頂級節(jié)點資源分布

如圖2所示，國家頂級節(jié)點直接為二級及其他企業(yè)節(jié)點提供頂層的解析服務(wù)。目前我國二級節(jié)點70多個，企業(yè)節(jié)點6000多個，標(biāo)識注冊量超過70億[4]。據(jù)不完全統(tǒng)計[4]，我國大部分二級節(jié)點和企業(yè)節(jié)點還是以工業(yè)發(fā)展指數(shù)較高的省市為主要部署地，二級節(jié)點和企業(yè)節(jié)點保持高速增長，相對現(xiàn)有5個國家頂級節(jié)點，后續(xù)頂級節(jié)點數(shù)量將被下一級業(yè)務(wù)推動擴(kuò)張。

圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系架構(gòu)

2.4 國家頂級節(jié)點網(wǎng)絡(luò)保障能力

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的很多相關(guān)業(yè)務(wù)對時延的要求非常高，因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識體系必須建立在優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)之上，所部署地域的信息網(wǎng)絡(luò)部署能力、綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸性能是重要的考察指標(biāo)。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸主要由運(yùn)營商承建，因此需要對各省三大運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行評估，保障國家頂級節(jié)點與下級節(jié)點的通信穩(wěn)定性和低時延響應(yīng)性。

2.5 國家頂級節(jié)點互聯(lián)互通能力

國家頂級節(jié)點不單作為國家或地區(qū)內(nèi)部最頂級的標(biāo)識解析服務(wù)節(jié)點，面向全國范圍提供頂級標(biāo)識編碼注冊和標(biāo)識解析服務(wù)，還可以作為一個特殊的節(jié)點，完成與各種標(biāo)識體系的國際根節(jié)點互聯(lián)互通的功能。

3 國家頂級節(jié)點分布理論研究

3.1 國家頂級節(jié)點服務(wù)需求能力指標(biāo)選取

如圖2所示，國家頂級節(jié)點對接二級節(jié)點和遞歸解析節(jié)點，并為下級節(jié)點提供標(biāo)識解析和遞歸解析服務(wù)。根據(jù)需求服務(wù)內(nèi)容和運(yùn)行屬性，體現(xiàn)國家頂級節(jié)點的指標(biāo)存在六大要素：各省二級節(jié)點對國家頂級節(jié)點的注冊量(a1)、各省二級節(jié)點對國家頂級節(jié)點的解析量(a2)、各省二級節(jié)點對國家頂級節(jié)點的解析效率(a3)、各省遞歸節(jié)點對國家頂級節(jié)點的注冊量(a4)、各省遞歸節(jié)點對國家頂級節(jié)點的解析量(a5)、各省遞歸節(jié)點對國家頂級節(jié)點的解析效率(a6)。具體指標(biāo)參數(shù)說明如表2所示。

將各項指標(biāo)歸一化后，根據(jù)其所占比重，得到各省的服務(wù)需求能力(A)為：

(1)

(2)

(3)

表2 服務(wù)需求程度模型說明

3.2 國家頂級節(jié)點部署能力指標(biāo)選取

國家頂級節(jié)點的建設(shè)依賴網(wǎng)絡(luò)通信能力，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商是國家頂級節(jié)點建設(shè)的最主要機(jī)構(gòu)，良好的網(wǎng)絡(luò)安全保障能力有助于國家頂級節(jié)點的穩(wěn)定運(yùn)行。所以，國家頂級節(jié)點在各省的建設(shè)應(yīng)綜合考慮該省的綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。根據(jù)《2019中國網(wǎng)絡(luò)狀況白皮書(精簡版)》[5]中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得到我國31個省三大運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，將其歸一化后，可作為基礎(chǔ)電信企業(yè)各省網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)值。我國擁有重要基礎(chǔ)設(shè)施的省往往擁有較多的鏈路出省方向數(shù)量、較好的帶寬利用率、較好的安全保障和運(yùn)維能力、較好的資金保障能力。所以，要提高國家頂級節(jié)點的部署能力，要考慮如表3所示三大因素：各省綜合網(wǎng)絡(luò)傳輸性能(b1)、各省信息網(wǎng)絡(luò)部署建設(shè)能力(b2)、各省信息對國家頂級節(jié)點的安全保障能力(b3)。在將各項指標(biāo)歸一化后，根據(jù)其所占比重，得到各省的部署建設(shè)能力(B)為：

(4)

(5)

(6)

3.3 國家頂級節(jié)點均衡因子指標(biāo)

國家頂級節(jié)點最終服務(wù)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，每個省的工業(yè)水平也間接反映了該省對國家頂級節(jié)點標(biāo)識解析的需求。工業(yè)水平高的省未來對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析的需求比較高，權(quán)重也較高，未來部署國家頂級節(jié)點的需求也較高。因此，可將指標(biāo)因素設(shè)置為C，權(quán)重因子設(shè)置為k3。

3.4 國家頂級節(jié)點部署理論指導(dǎo)

由于模型建立涉及的數(shù)據(jù)指標(biāo)多、數(shù)據(jù)量大，而且需要根據(jù)實際情況對模型進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，因此模型建立既要合理又不應(yīng)過于復(fù)雜。結(jié)合實際經(jīng)驗，可采用歸一化計算和動態(tài)加權(quán)的方法對國家頂級節(jié)點增加部署方案進(jìn)行建模。

結(jié)合國家頂級節(jié)點服務(wù)需求程度(A)、部署建設(shè)能力(B)和均衡因子指(C)三方面數(shù)據(jù)的10個指標(biāo)，可以綜合計算得到各省在國家頂級節(jié)點部署方面的綜合評分(R)，其計算公式如下：

R=(k1×A+k2×B)×C×k3

(7)

其中，k1、k2、k3各權(quán)重因子最終取值根據(jù)模型計算結(jié)果動態(tài)調(diào)整后得到。

4 國家頂級節(jié)點部署風(fēng)險規(guī)避建議

4.1 節(jié)點分布的均衡性風(fēng)險建議

目前，我國第一批國家頂級節(jié)點的建設(shè)是按照東(上海)、南(廣州)、西(重慶)、北(北京)、中(武漢)的方案來進(jìn)行。但是，根據(jù)業(yè)務(wù)需求、二級或企業(yè)節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)能力等分析指標(biāo)預(yù)測，未來我國國家頂級節(jié)點的部署規(guī)劃大概率偏向東南部而弱化西北部，這與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展初衷相悖。因此，我國需要全國一盤棋考慮，帶動發(fā)展滯后地區(qū)，提升國家頂級節(jié)點對這類地域的服務(wù)能力，故在未來規(guī)劃中需要考慮在西北部地區(qū)建設(shè)一些關(guān)鍵節(jié)點。

4.2 業(yè)務(wù)流量的影響性風(fēng)險建議

過去工業(yè)網(wǎng)絡(luò)流量是封閉式的，在5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟的大環(huán)境下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，工業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，整個工業(yè)流量的增長速度和整體規(guī)模是無法線性預(yù)估的。因此，我國需要對現(xiàn)有節(jié)點進(jìn)行監(jiān)測統(tǒng)計，不斷評估現(xiàn)有體系架構(gòu)對業(yè)務(wù)流量的承載能力，做到早評估、早規(guī)劃。

表3 部署建設(shè)模型說明

5 結(jié)束語

本文提出了我國國家頂級節(jié)點分布模型評價指標(biāo)，采用歸一化加權(quán)計算的方法[8]對國家頂級節(jié)點的新增部署方案進(jìn)行了建模。通過服務(wù)需求程度、部署建設(shè)能力、資源均衡因子等數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，本文完成了對國家頂級節(jié)點新增模型的構(gòu)建，并對我國未來國家頂級節(jié)點新增部署和擴(kuò)容升級提供了理論性模型參考。