IDS国际数据空间（工业数据空间）

国际数据空间

一、介绍

国际数据空间 (IDS) 是一个利用现有标准和技术，以及在数据经济中广为接受的治理模型，以促进安全可信业务生态系统中的标准化数据交换和数据链接。它由此为创建智能服务场景和促进跨公司创新提供基础业务流程，同时保证数据所有者的数据主权。

1.1 国际数据空间的目标

数据主权是国际数据的核心方面空间。 它可以定义为自然人或公司实体完全自主决定其数据的能力。 国际数据空间倡议为这种特殊能力和相关方面提出了一个参考架构模型，包括商业生态系统中安全和可信数据交换的要求。总的来说，国际数据空间倡议的工作可以分为三类活动：1) 研究活动，2) 标准化活动，以及 3) 为市场开发产品和解决方案的活动

（见图 1.1）：

1. Fraunhofer 将战略计划数据空间作为大型内部研究计划旨在设计和持续发展 IDS 的核心原则参考架构模型 (IDS-RAM)。 一个不断增加的由不同机构进行的进一步研究项目的数量合作伙伴补充这些活动。
2. 国际数据空间协会 (IDSA) 是一个非营利组织，旨在促进 IDS-RAM 在以建立国际标准。 为了实现这一目标，协会汇集了来自各个行业的需求，并提供了用例来测试从模型实施中获得的结果。 该标准旨在在 IDS-RAM 本身中实现，但也在 IDS 连接器（国际数据空间的核心技术组件）促进的安全数据交换和数据共享的定义方法中实现。 为确保该倡议的国际雄心，已在不同国家建立了区域中心。 此外，IDSA 的活动旨在支持 IDS 概念和技术在市场上的采用。
3. 市场参与者可以利用国际数据空间标准向市场提供软件服务和技术。 这些产品和解决方案构成了可操作的 IDS 生态系统。 由于每个产品都必须符合国际数据空间标准，因此必须经过认证过程。 因此，市场需要来自评估和认证机构的产品。

国际数据空间旨在满足以下战略要求：

1. 信任：信任是国际数据空间的基础。 每个参与者在被授予访问受信任的业务生态系统之前都经过评估和认证。
2. 安全和数据主权：国际数据空间的所有组成部分都依赖于最先进的安全措施。除了架构规范外，安全性主要是通过对国际数据空间中使用的每个技术组件的评估和认证来保证的。根据确保数据主权的核心方面，国际数据空间中的数据所有者在将数据转移到数据消费者之前，将使用限制信息附加到其数据中。若要使用数据，数据使用者必须完全接受数据所有者的使用策略。
3. 数据的生态系统：国际数据空间的体系结构不需要中央数据存储能力。相反，它追求的是数据存储的分散化，这意味着数据被转移到各自的数据所有者中，直到被信任方。这种方法需要对每个数据源进行全面的描述，以及其他公司的数据价值和可用性，并结合集成特定领域的数据词汇表的能力。此外，该生态系统中的经纪人还为实时数据搜索提供服务。

图1.1：国际数据空间的三种活动类型

1. 标准化互操作性：国际数据空间连接器作为体系结构的核心组件，在不同的变体中实现，可以从不同的供应商那里获取。然而，每个连接器都能够与国际数据空间生态系统中的任何其他连接器（或其他技术组件）进行通信。
2. 增值应用程序：国际数据空间允许将应用程序注入到IDS连接器中，以便在数据交换过程之上提供服务。这包括数据处理、数据格式对齐和数据交换协议的服务。此外，数据分析服务还可以通过远程执行算法来提供这些服务。
3. 数据市场：国际数据空间能够利用数据应用程序创建新颖的、数据驱动的服务。它还通过提供清算机制和计费功能，以及通过创建特定于领域的代理解决方案和市场，为这些服务培育了新的业务模式。此外，国际数据空间还为参与者提供了模板和其他方法支持，供他们在指定使用限制信息和要求提供法律信息时使用。

作为研究项目的核心交付物，国际数据空间的参考架构模型 (IDS-RAM) 构成了各种软件实现的基础，从而构成了各种商业软件和服务产品的基础。所有研究和 发展活动，以及所有与标准化有关的活动，都是由以下准则：

1. 开放开发过程：国际数据空间协会是一个根据德国协会法制度化的非营利性组织。每个组织都被邀请参与其中，只要它坚持共同的工作原则。
2. 现有技术的再使用：组织间信息系统、数据互操作性和信息安全是成熟的研发领域，市场上有大量的技术。国际数据空间倡议的工作不是基于“重新发明轮子”，而是尽可能地使用现有的技术（例如，来自开源领域）和标准(例如，W3C的语义标准)。
3. 对标准化的贡献：为了自己建立一个国际标准，国际数据空间倡议支持标准化架构堆栈的想法。

1.2 参考架构模型的目的和结构

IDS-RAM 专注于创建安全“可信数据网络”所涉及的概念、功能和整体流程的概括，比具体软件解决方案的通用架构模型驻留在更高的抽象级别。 该文档提供了概述，并辅以专门的架构规范，详细定义了国际数据空间的各个组件（连接器、代理、应用商店等）。

根据通用的系统体系结构模型和标准(例如，ISO42010,4+1视图模型)，参考体系结构模型使用了一个五层结构，以不同的粒度级别表达不同涉众的关注和观点。

参考架构模型的一般结构如图 1.2 所示。该模型由五层组成： 业务层指定和分类国际数据空间的参与者可以承担的不同角色，它指定主要活动和交互与这些角色中的每一个相关联。功能层定义了国际数据空间的功能需求，以及从中派生的具体功能。过程层规定了国际数据空间的不同组件之间发生的交互；使用 BPMN 符号，它提供了参考架构模型的动态视图。信息层定义了一个概念模型，该模型利用链接数据原则来描述国际数据空间组成部分的静态和动态方面。系统层关注逻辑软件组件的分解，考虑这些组件的集成、配置、部署和可扩展性等方面。

此外，参考体系结构模型还包括三个需要在所有五个层中实现的视角：安全性、认证和治理。

图1.2：参考体系结构模型的总体结构

• 关于国际数据空间的上下文

2.1 数据驱动的商业生态系统和智能服务世界

新的数字产品和服务经常出现在商业生态系统中，组织进入这些生态系统是为了共同满足客户的需求，而不是单独完成。 在这种生态系统中，比传统的价值创造网络出现和消亡的速度要快得多，合作伙伴明确关注端到端的客户流程，以共同开发创新产品和服务。 此类生态系统中的参与者可以是企业（也是直接竞争对手）、研究组织、中介机构（例如电子市场）、政府机构和客户。

生态系统的特点是没有成员能够独自创造创新。 相反，整个生态系统需要合作。 换句话说：每个成员都必须为所有人的利益做出贡献。 理想情况下，生态系统在所有成员互惠互利的平衡状态下运作。

商业生态系统的例子有很多，可以在所有行业中找到。其中许多数据已经被智能服务焊接工作组进行了分析和记录。

数据驱动的商业生态系统是一个生态系统，其中数据是成员们用来共同创造创新价值产品的战略资源。成功的关键是在这样的生态系统中共享和共同维护数据，因为只有当合作伙伴联合合作并共同利用他们的数据资源时，才能实现端到端客户流程支持（如图2.1中的一些示例所示）。

图2.1：生态系统中的数据共享

2.2 数据主权作为一个关键的功能

从这两个发展——1）数据变成战略资源，2）公司在商业生态系统中越来越多地合作——导致目标的根本冲突，这是数字经济的一个主要特征：一方面，公司越来越需要 在商业生态系统中交换数据； 另一方面，他们觉得他们比以往任何时候都更需要保护他们的数据，因为数据的重要性已经变得如此之大。 这种目标冲突越严重，公司越是参与一个或多个业务生态系统，数据对协作努力的整体成功的贡献就越大。

数据主权是关于在保护自己的数据的需要和与他人共享自己的数据的需要之间找到一个平衡。它可以被认为是企业为了在数据经济中取得成功而开发的关键能力。

要找到这种平衡，仔细观察数据本身是很重要的，因为并非所有数据都需要相同级别的保护，而且数据的价值贡献也有所不同，这取决于它可以被归入的类别或类别。

2.3 数据作为一种经济效益

无可争辩，数据是有价值的，数据管理产生成本。今天，数据就像一种商品一样在市场上进行交易；它是有价格的，许多公司会监控数据管理的成本。然而，数据作为一种无形商品，在一些属性方面与有形商品不同，其中数据非竞争对手的事实被认为是最重要的一个属性。数据的值随着使用数据的增加而增加（在许多情况下，也随着用户数量的增加而增加）。虽然这些差异阻碍了对数据的管理和使用的采用和适用法律规定，但它们并不质疑数据是一种经济利益这一事实。

根据数据的类型或可以归入的类别，它对开发创新产品和服务的价值可能有所不同。因此，对所有数据类型和数据类别的数据保护的需求是不一样的。例如，任何人都可以访问的公共数据，比私人数据或俱乐部数据需要更低级别的保护。

由于这些关于数据的差异和区别，迄今为止尚未建立一种对数据价值的普遍接受的理解。然而，考虑到智能服务系统的快速发展，人们越来越需要确定数据的价值。

图2.2：数据交换技术标准的演变图

2.4 数据交换和数据共享

在组织间信息系统的帮助下进行跨公司数据交换并不是一个新话题；它已经存在了几十年。随着20世纪80年代电子数据交换(EDI)的普及，随着时间的推移，出现了许多不同的数据交换场景，并伴随着某些技术标准的发展。

图2.2显示了自20世纪80年代以来数据交换技术标准的演变。数据主权是国际数据空间的主要目标之一，在交换和共享之前以与数据相关的“条款和条件”实现。但是，这些条款和条件（如生存时间、转发权、定价信息等）。还没有标准化。为了促进在商业生态系统内数据交换中数据主权的建立，需要更多的标准化活动。

但这并不意味着现有的标准将会过时。相反，在交换和共享数据需要扩展时，公司需要遵守一整套标准。因此，有必要区分数据交换和数据共享：

1. 数据交换发生在公司之间的垂直合作中，以支持、启用或优化价值链和供应链(例如，物流中的EDI信息或医疗场景中的HL7)。
2. 数据共享在公司之间的纵向和横向协作中进行，以实现共同的目标（例如制造中的预测性维护场景）或通过从数据产生额外价值（例如数据市场）来实现新的商业模型。此外，数据共享意味着一种面向合作的合作模式。

图2.3：数据交换与数据共享

2.5 工业云平台

越来越多的工业云平台也将推动对数据主权标准的需求。 随着许多不同平台的出现——由技术提供商、软件公司、系统集成商以及现有的中介机构驱动——平台格局很可能会非常多样化，至少在一段时间内是这样。 平台提供商将越来越需要提供在他们自己的平台和生态系统中的其他平台之间进行安全和可信的数据交换和数据共享的能力。

此外，云平台景观很可能具有多个架构模式，从以高度集中为特征的方法（例如数据湖）到促进最大限度分散化的概念（例如使用区块链技术的分布式应用程序）。

数据所有者或数据提供者将选择利用哪个平台，这将取决于业务的临界性和他们想要交换和分享的数据商品的经济价值。由于一个公司的数据资源由不同的临界性和价值的数据组成，因此可以预期，许多公司将为不同的目的使用不同的平台。

2.6 大数据和人工智能

如今，各公司都广泛地使用了大数据应用程序。常见的用例是通过附加数据（例如，开放数据、来自其他公司的数据或来自数据市场的数据）来补充公司内部可用的数据。通过以这种方式扩展数据组合，公司可以从显著改进的分析结果或全新的使用场景中获益。

除了大数据应用，人工智能（AI）应用也变得越来越成熟和强大。 公司越来越多地使用人工智能，这已经导致并将继续导致对外部数据（例如人工智能模型的训练）的更大需求。 然而，公司内部通常没有足够的可用数据，这就是为什么在使用人工智能方面对数据共享的需求会增加。 数据交换和数据共享的标准化架构将支持大数据和人工智能应用在工业中的发展和接受。 同时，需要明确数据共享的使用政策，为数据提供者保留数据主权。

2.7 物联网和工业物联网

物联网(IoT)和工业物联网(IIoT)分别包含了越来越多的数据生成越来越多的设备。虽然主要关注的是这些数据的主要使用，但它也可能对其他利益相关者感兴趣。这需要(I)物联网体系结构的标准化，但也需要数据交换和数据共享的标准化——以实现数据经济和促进数据市场的建立。在(I)物联网中生成的数据的广泛使用，将导致新的、智能的、以数据为中心的服务，并结合新的商业模式。

2.8 区块链

国际数据空间的核心目的是能够控制组织之间的数据交换和共享——无论数据的类型如何。在国际数据空间的许多用例中，这是某种形式的结构化数据（例如，测量数据、产品数据或物流数据）。但也支持其他类型的（流式）数据。IDS连接器允许数据所有者和数据提供者与IDS生态系统中的其他参与者交换和共享他们的数据，同时随时确保数据主权。

在国际数据空间的用例中，可以找到两种数据共享的基本模式：

1. 数据被共享以提供新的、数据驱动的服务，例如在新的应用程序、智能算法或其他数字服务中使用数据，其中结合了不同来源/供应商的数据。
2. 数据共享用于某种形式的业务流程同步，例如使用数据执行交易（例如交换订单）、启用生产（例如交换产品数据）、检查质量（例如监测易腐货物的温度）或同步过程（例如交换状态数据）。

在许多这些情况下，这种数据共享使具有数据本身的事务成为所谓的“共享数据资产”，从而导致参与组织的责任/责任。

两个例子：

1. 由于易腐货物暴露在不适当的环境温度下，订货公司拒绝接受。因此，温度数据成为共享数据资产，可以存储在共享环境中，该共享环境作为该质量数据的可信记录保存器。
2. 一些公司想要分享他们的能力，以生产某种类型的产品。在这种情况下，每个公司的能力都成为了一个共享的数据资产，可以存储在共享的“黄页”中，生态系统中的所有参与者都可以通过这些共享的“黄页”来访问。

从功能的角度来看，预计区块链技术将在IDS环境中维护这些“共享数据资产”方面发挥重要作用。这将补充IDS体系结构在IDS连接器的帮助下共享（潜在的大型）数据集的现有能力。例如，共享数据资产可能包含一个哈希代码（一段数据的“指纹”），用于验证一个更大的文件(例如发送订单的复杂的由IDS连接器共享的产品设计)。就IDS-RAM而言，区块链技术可用于清算所或经纪人，例如（请参见业务层）。

一般来说，使用区块链技术可以确保数据的一致性和透明度，并与数据主权的通用IDS方法相结合，确保数据交换和共享。相比之下，典型的数据湖侧重于为了提取知识的数据集成。

图2.4：针对数据交换和数据共享的一般体系结构模式

2.9 国际数据空间对工业4.0和数据经济的贡献

通过提出一种安全的数据交换和可信的数据共享的架构，国际数据空间有助于商业和工业数字化场景中的企业架构的设计。它通过弥合研究、工业利益相关者、政治利益相关者和标准机构之间的差距来做到这一点。该架构的设计目的是克服自顶向下方法和自下而上方法之间的差异。图2.5显示了数字工业企业的一个典型架构堆栈。国际数据空间将用于通信和基本数据服务的底层架构与更抽象的智能数据服务架构连接起来。因此，它支持建立从数据源到数据使用的安全数据供应链，同时确保数据所有者的数据主权。

在从个人用例场景扩展到平台景观的过程中，国际数据空间将自己定位为一种架构，通过安全数据交换和可信数据共享（或者，换句话说，通过数据主权原则）的政策和机制连接不同云平台的体系结构。通过IDS连接器，国际数据空间的中心组件、工业数据云以及单个企业云、本地应用程序和单个连接的设备可以连接到国际数据空间（见图2.6）。

有了这种整合的雄心壮志，国际数据空间倡议就将自己定位在国家和国际一级的同源倡议的背景下。国际数据空间成立于德国，它的活动与平板工业4.0密切相关，特别是参考架构、标准和规范工作组。

图 2.5：典型的企业架构堆栈

图2.6：连接不同云平台的国际数据空间

国际数据空间倡议已经确立，并将继续与其他倡议建立联系，其中包括：

物联网创新联盟、大数据价值协会、奥地利数据市场、数据交易联盟、eCl@ss、FIWARE基金会、工业互联网联盟、iSHARE、工业价值链激励、OPC基金会、平板工业4.0、标准化委员会工业4.0和万维网联盟。

此外，国际数据空间倡议寻求与现有的研究和标准化倡议进行合作和交换想法。通过作为自上而下和自下而上的方法之间的中介作用，桥梁差距研究、工业、政治和标准机构，调整经济和社会的需求，并促进关系与其他举措，国际数据空间可以被认为是一个独特的倡议工业4.0。

本文内容来源为《IDS-Reference-Architecture-Model》.pdf