基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

殷錦輝 陸庭輝 羅序良 郭鳳嬋 黃和錕

摘 要：文章針對IT資產(chǎn)管理中普遍存在的人工統(tǒng)計(jì)效率低，資產(chǎn)設(shè)備無法動態(tài)追蹤，賬目與實(shí)物不一致等問題，首先調(diào)研了采購、倉庫和運(yùn)行管理的主要需求；然后提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的3層體系架構(gòu)，并重點(diǎn)討論了感知層的RFID子系統(tǒng)、U位子系統(tǒng)、WiFi子系統(tǒng)和LoRa子系統(tǒng)；最后討論了本系統(tǒng)方案的優(yōu)勢?；诙喾N物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的系統(tǒng)方案符合IT資產(chǎn)管理的需求，為實(shí)現(xiàn)IT資產(chǎn)全生命周期的數(shù)字化管理，提供了可行方案。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；IT資產(chǎn)管理；資產(chǎn)定位；資產(chǎn)跟蹤；越界預(yù)警

電網(wǎng)企業(yè)IT資產(chǎn)數(shù)量龐大、種類繁多，從采購申請、進(jìn)貨檢驗(yàn)、收貨入庫、領(lǐng)用出庫、盤點(diǎn)追蹤到資產(chǎn)報(bào)廢，整個過程除了耗費(fèi)大量的人力外，還經(jīng)常出現(xiàn)管理不善的問題[1-3]。多數(shù)電網(wǎng)企業(yè)IT資產(chǎn)管理都存在定位難、維護(hù)難、管理難、追蹤難、效率低等問題[4-5]。為了革新傳統(tǒng)IT資產(chǎn)管理的理念和方法，使電網(wǎng)企業(yè)IT資產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效率的全過程管理。將引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改善傳統(tǒng)方法的效率，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)設(shè)備的動態(tài)追蹤、降低人力成本。本文從需求分析入手，討論基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析感知層WiFi、LoRa、UWB和U位4個子系統(tǒng)，從技術(shù)的角度為電網(wǎng)企業(yè)提供可行的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)企業(yè)IT資產(chǎn)全生命周期的數(shù)字化管理，提高IT資產(chǎn)管控效率及力度，減少資產(chǎn)遺失[6]。

1 需求分析

1.1 采購管理模塊需求分析

采購管理主要包括采購申請、采購訂貨、進(jìn)貨檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的采購方式存在很多弊端，無法做到在合適的時間，采購合適的產(chǎn)品，并保證按時供應(yīng)。問題主要表現(xiàn)在：傳統(tǒng)方法無法及時了解到整個供應(yīng)鏈的供應(yīng)狀態(tài)，無法及時制定采購計(jì)劃，造成采購延遲；同時無法全面準(zhǔn)確地把握庫存信息、需求信息，在不合適的時間點(diǎn)購入了數(shù)量不合適的物資，造成了庫存的積壓；傳統(tǒng)采購模式簽訂合同后，缺乏對物資生產(chǎn)環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)的有效跟蹤，在生產(chǎn)過程中無法確保原始資料的完整性和準(zhǔn)確性，同時忽視運(yùn)輸過程中的風(fēng)險，可能導(dǎo)致物資損壞或無法保證供應(yīng)。IT資產(chǎn)管理在采購管理方面的主要需求總結(jié)如下。

（1）制定快速合理的采購計(jì)劃。實(shí)時地了解整個供應(yīng)鏈的供應(yīng)狀態(tài)，從而更好地把握庫存信息，及時對采購計(jì)劃進(jìn)行制定和管理，并及時生成有效的采購訂單。

（2）把握準(zhǔn)確的采購時機(jī)，避免資產(chǎn)積壓。在準(zhǔn)確的時間購入合適的IT資產(chǎn)且不會造成庫存的積壓，從而實(shí)現(xiàn)“簡單購買”向“合理采購”轉(zhuǎn)變。

（3）有效的全過程跟蹤。利用不可重復(fù)寫入的RFID標(biāo)簽，為產(chǎn)品建立產(chǎn)品履歷，在生產(chǎn)指導(dǎo)、物流流通環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控。

1.2 倉庫管理模塊需求分析

電網(wǎng)企業(yè)的IT資產(chǎn)數(shù)量龐大、種類繁多，如打印機(jī)、顯示器、路由器、機(jī)房設(shè)備、電腦還有各類耗材，倉庫管理是重要的一個環(huán)節(jié)，主要包括入庫、盤點(diǎn)、出庫和移庫。傳統(tǒng)出入庫有3個基本要素是嚴(yán)格控制的：經(jīng)手人員、IT資產(chǎn)、記錄，一般需要多層多次檢查才能確保準(zhǔn)確性，IT資產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用人工采集、手工輸入，將耗費(fèi)大量時間。IT資產(chǎn)盤點(diǎn)涉及企業(yè)的各個部門，下屬分支機(jī)構(gòu)地域分散，傳統(tǒng)的盤點(diǎn)方式不僅增加了很大的時間和人力成本，而且容易造成遺漏和重復(fù)。在移庫過程中資產(chǎn)移動是大批量的，工作量大、效率低的問題尤為突出，更容易造成遺漏。IT資產(chǎn)管理在倉庫場景下的主要需求有以下幾方面。

（1）快速準(zhǔn)確出入庫登記。通過在出、入庫口通道處的讀寫器，快速識別IT資產(chǎn)物品的電子標(biāo)簽，并在數(shù)據(jù)庫中找到相應(yīng)物品的信息并自動輸入電子標(biāo)簽的庫存管理系統(tǒng)中。物資出、入庫完畢后，通過管理系統(tǒng)打印出、入庫清單，責(zé)任人進(jìn)行確認(rèn)。

（2）快速盤點(diǎn)。IT資產(chǎn)擺放在貨架上，通過手持RFID讀寫器對IT資產(chǎn)盤點(diǎn)時，將RFID標(biāo)簽存儲的信息讀入手持設(shè)備后在導(dǎo)入（或無線實(shí)時傳輸）系統(tǒng)管理軟件中，生成相應(yīng)的盤點(diǎn)記錄表，并與設(shè)備臺帳進(jìn)行自動對帳，并生成盤點(diǎn)報(bào)告，從而快速準(zhǔn)確地完成盤點(diǎn)工作。

（3）批量快速移庫。批量資產(chǎn)需要轉(zhuǎn)移到其他倉庫時，如一次性轉(zhuǎn)移100個墨盒，利用讀寫器批量讀取RFID標(biāo)簽的資產(chǎn)信息，具有多標(biāo)簽讀取能力和較高的標(biāo)簽防沖撞性能。

1.3 運(yùn)行管理模塊需求分析

運(yùn)行管理包括IT資產(chǎn)領(lǐng)用、移動、調(diào)撥和盤點(diǎn)環(huán)節(jié)，IT資產(chǎn)在領(lǐng)用出庫后進(jìn)入使用環(huán)節(jié)，根據(jù)設(shè)備功能的不同，將進(jìn)入不同的應(yīng)用場所。耗材等物資領(lǐng)用后將被消耗完，本文將不做討論；電腦、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等設(shè)備進(jìn)入辦公區(qū)域；服務(wù)器、核心交換機(jī)等將進(jìn)入機(jī)房。傳統(tǒng)的管理模式采用人工方法，去各部門把IT資產(chǎn)逐一清點(diǎn)，由于無法有效追蹤資產(chǎn)設(shè)備的位置，導(dǎo)致效率低下。機(jī)房管理處于手工+表格處理的“啞設(shè)備”管理狀態(tài)，無法保證資產(chǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性且運(yùn)維效率低，機(jī)柜空間的管理方法落后，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心利用率低，造成基礎(chǔ)設(shè)施投資的極大浪費(fèi)。IT資產(chǎn)管理在運(yùn)行管理環(huán)節(jié)中的主要需求有：（1）資產(chǎn)的動態(tài)追蹤。在辦公區(qū)域和機(jī)房環(huán)境下，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對資產(chǎn)進(jìn)行定位和追蹤。當(dāng)重要IT資產(chǎn)非法離開指定的區(qū)域范圍時，發(fā)出相應(yīng)警報(bào)。（2）高效的主動盤點(diǎn)。重要資產(chǎn)設(shè)備出庫后，系統(tǒng)發(fā)出盤點(diǎn)信息，定位標(biāo)簽可以主動響應(yīng)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

針對電網(wǎng)企業(yè)中IT資產(chǎn)管理定位難、維護(hù)難、管理難、追蹤難、效率低等問題，將RFID、U位、WiFi和LoRa 4種技術(shù)融合在一起，設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)采用物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)典的3層體系結(jié)構(gòu)：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

應(yīng)用層位于物聯(lián)網(wǎng)3層結(jié)構(gòu)中的最頂層，通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺可以對感知層采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理和知識挖掘，從而實(shí)現(xiàn)對IT資產(chǎn)管理的精確管理和動態(tài)追蹤。從結(jié)構(gòu)上看，本系統(tǒng)應(yīng)用層包括兩個部分：IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)和云計(jì)。IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)主要管理IT資產(chǎn)服務(wù)，單純就管理功能來說，與原有系統(tǒng)差別不太大；云計(jì)算是基于日積月累的IT資產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)入深度分析，為采購計(jì)劃制定、資產(chǎn)壽命估計(jì)、資產(chǎn)利用率評估等服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層利用有線網(wǎng)絡(luò)和4G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)3層結(jié)構(gòu)中的最底層，通過感知網(wǎng)絡(luò)獲取IT資產(chǎn)設(shè)備所處位置和狀態(tài)，是IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)利用RFID標(biāo)簽和讀寫器、U位定位模塊和定位標(biāo)簽、WiFi AP和節(jié)點(diǎn)、LoRa基站和節(jié)點(diǎn)、具有定位和通信功能的能耗檢測標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)IT資產(chǎn)信息的全面感知。在本系統(tǒng)中，由于WiFi和LoRa局域網(wǎng)絡(luò)除了通信功能外，還將用于IT資產(chǎn)的定位與跟蹤，在功能上與普通無線傳感網(wǎng)絡(luò)類似，因此被劃分到感知層。

應(yīng)用層的IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)差異較小，本文不詳細(xì)討論，但是在感知層的數(shù)據(jù)采集和資產(chǎn)定位跟蹤方面與傳統(tǒng)手工采集方式完全不同，本文將感知層劃分為RFID子系統(tǒng)、U位子系統(tǒng)、WiFi子系統(tǒng)和LoRa子系統(tǒng)，并逐一進(jìn)行討論。

2.2 RFID子系統(tǒng)

RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)[7]，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，一個基本系統(tǒng)包括：RFID標(biāo)簽、讀寫器、天線和管理系統(tǒng)，如圖1所示。RFID標(biāo)簽種類很多，根據(jù)數(shù)據(jù)讀寫方式可以分為只讀式（一次寫入）和讀寫式（多次擦寫）標(biāo)簽；根據(jù)封裝方式可以分為粘貼式軟質(zhì)標(biāo)簽、塑料硬質(zhì)標(biāo)簽、抗金屬標(biāo)簽；根據(jù)有無電源可以分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽。管理系統(tǒng)在實(shí)施過程中可以根據(jù)資產(chǎn)設(shè)備的特性和應(yīng)用需求進(jìn)行選擇，如服務(wù)器可以選擇無源抗金屬標(biāo)簽[8]。

采用無源一次性寫入的RFID標(biāo)簽在設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)就寫入IT資產(chǎn)的信息，以確保原始資料的完整性；將RFID電子標(biāo)簽貼在固定資產(chǎn)表面，讀寫器讀取標(biāo)簽內(nèi)存儲的資產(chǎn)信息進(jìn)入采購管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對資產(chǎn)在供應(yīng)鏈和物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)的動態(tài)追蹤。利用高頻讀卡器和內(nèi)置防碰撞算法可以同時掃描100個標(biāo)簽而不發(fā)生漏檢，實(shí)現(xiàn)批量快速的出入庫、批量移庫。工作人員通過手持讀寫器對固定資產(chǎn)進(jìn)行定期或不定期的盤點(diǎn)，手持讀寫器通過網(wǎng)絡(luò)，把掃描到的信息與系統(tǒng)信息進(jìn)行自動比對，可以實(shí)現(xiàn)高效的資產(chǎn)盤點(diǎn)。IT資產(chǎn)設(shè)備或耗材放置倉庫中的某貨架或庫位后，可以輸入信息通過貨架/貨位指示燈或其他輔助方式指示貨物所處的區(qū)域，使倉庫人員能夠快速查詢到該資產(chǎn)所處位置。

2.3 U位子系統(tǒng)

由于機(jī)房的封閉性和金屬材質(zhì)對無線通信的干擾，基于無線通信技術(shù)的管理方式會出現(xiàn)通信被干擾，導(dǎo)致資產(chǎn)在追蹤過程中遺漏。U位資產(chǎn)管理系統(tǒng)采用U位定位模塊（Smart Rack）和U位標(biāo)簽（UTag）實(shí)現(xiàn)對機(jī)房服務(wù)器的定位和管理，如圖2所示。服務(wù)器放置在機(jī)柜中，在機(jī)柜的側(cè)面部署U位定位模塊，定位模塊上每個小隔對應(yīng)一個U位，模塊通過有線與物聯(lián)網(wǎng)云平臺相連。U位標(biāo)簽中存儲服務(wù)器的ID號、設(shè)備名等信息，標(biāo)簽一頭綁定（粘貼）在服務(wù)器上，另一頭通過磁性元件吸附在U位定位模塊上。U位定位模塊通過與U位標(biāo)簽進(jìn)行通信，確定標(biāo)簽位置，把標(biāo)簽信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)云平臺。U位定位模塊和標(biāo)簽獨(dú)立存儲IT資產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)時更新，確保資產(chǎn)位置信息準(zhǔn)確。

在機(jī)房的應(yīng)用場景下，資產(chǎn)的定位和追蹤將變得非常容易。服務(wù)器規(guī)定安裝在某個機(jī)柜，機(jī)柜的位置和編號是固定的，U位定位模塊固定在機(jī)柜上，初始位置是固定的。服務(wù)器與定位標(biāo)簽粘貼在一起，定位標(biāo)簽吸附在定位模塊的位置就是服務(wù)器所處的位置（U位）。在IT資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，把服務(wù)器與具體的位置進(jìn)行綁定，一旦服務(wù)器搬離，粘貼在一起的定位標(biāo)簽也將一同搬離，定位標(biāo)簽與定位模塊的通信中斷，當(dāng)有服務(wù)器異動發(fā)生時，系統(tǒng)在現(xiàn)場自動發(fā)出聲光報(bào)警，并且在軟件管理平臺中實(shí)時提示，響應(yīng)速度≤3 s。管理系統(tǒng)發(fā)出盤點(diǎn)指令，定位模塊通過有線網(wǎng)絡(luò)接收到指令信息后，讀取定位標(biāo)簽上存儲的信息，向管理系統(tǒng)匯報(bào)各服務(wù)器的信息以及位置。服務(wù)器的具體位置信息和功耗情況在軟件上都可進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

2.4 WiFi子系統(tǒng)

WiFi子系統(tǒng)重點(diǎn)解決無線組網(wǎng)和IT資產(chǎn)在辦公區(qū)域的定位問題[9]。WiFi覆蓋范圍廣，無需布線，傳輸速度快，300 M的WiFi路由器正在普及，下一代標(biāo)準(zhǔn)最高傳輸速率可達(dá)6.7 G[10]。以上優(yōu)點(diǎn)，都為其在IT資產(chǎn)設(shè)備管理的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)中，采用POE交換機(jī)[11]和面板AP的部署方式來滿足無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和定位需求，部署方法如圖3所示。

POE交換機(jī)+AP面板的方案可以很好地解決無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，本方案美觀漂亮，墻壁上的一個面板，不拖線，不落灰；信號好、網(wǎng)絡(luò)快；同一個SSID，無縫切換。POE交換機(jī)除通信之外，還需要給面板AP供電和控制面板AP，以及用戶在AP間切換。

POE交換機(jī)+AP面板的方案同樣也可以解決定位問題，定位終端（定位標(biāo)簽）在多個AP（定位基站）覆蓋的情況下可以利用指紋定位算法實(shí)現(xiàn)定位。某個位置上通信信號的多徑結(jié)構(gòu)、某個位置上是否能檢測到接入點(diǎn)或基站、某個位置上檢測到的來自基站信號的接收信號強(qiáng)度（RSS）、某個位置上通信時信號的往返時間或延遲，這些都能作為一個位置指紋，或者也可以將其組合起來作為位置指紋。

使用位置指紋進(jìn)行定位通常有兩個階段：離線階段和在線階段。在離線階段，為了采集各個位置上的指紋，構(gòu)建一個數(shù)據(jù)庫，需要在指定的區(qū)域進(jìn)行繁瑣的勘測，采集好的數(shù)據(jù)有時也稱為訓(xùn)練集。在在線階段，IT資產(chǎn)粘貼上帶有WiFi定位的標(biāo)簽，利用室內(nèi)部署的無線網(wǎng)絡(luò)指紋信息，系統(tǒng)將估計(jì)待定位的IT資產(chǎn)設(shè)備的位置，并記錄設(shè)備的位置信息，當(dāng)設(shè)備離開設(shè)定區(qū)域，發(fā)生警報(bào)信息，保證資產(chǎn)設(shè)備的安全性。采用基于WiFi的指紋定位方法成本較低，不需要額外添加設(shè)備，但是定位精度較低，在AP分布比較稠密時，定位精度可以達(dá)到某個樓層或某個房間。

2.5 LoRa子系統(tǒng)

LoRa是一種低功耗局域網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn)[12]，它最大特點(diǎn)就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴(kuò)大3～5倍，傳輸距離在城鎮(zhèn)可達(dá)2～5 km，郊區(qū)可達(dá)15 km[13]。本系統(tǒng)采用LoRa技術(shù)在于解決在偏遠(yuǎn)地區(qū)（如供電所），沒有WiFi或有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)通信與資產(chǎn)定位問題[14]。LoRa網(wǎng)關(guān)（同時作為定位基站）采用SX1301，通信節(jié)點(diǎn)（同時作為定位終端）采用SX1278，IT資產(chǎn)設(shè)備信息和位置匯聚到網(wǎng)關(guān)后，經(jīng)過有線或者4G網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到遠(yuǎn)端服務(wù)器處理，部署如圖4所示。

LoRa傳輸范圍很廣，通常一個網(wǎng)關(guān)就可以為整個供電所實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，本方案采用主從式3個網(wǎng)關(guān)，目的在于兼顧通信的同時，也考慮IT資產(chǎn)的定位?；赗SS的定位方式定位精度較低，因此，本系統(tǒng)采用基于無線信號的飛行時間和到達(dá)網(wǎng)關(guān)的時間差來進(jìn)行定位，需要在所有的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)時鐘同步，目前采用北斗衛(wèi)星時間基準(zhǔn)加上無線通信校準(zhǔn)的方式實(shí)現(xiàn)高精度同步。

3 結(jié)語

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合在IT資產(chǎn)管理中，比傳統(tǒng)的方法有以下好處。

（1）提高運(yùn)行效率：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能很好地監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)各環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)和情況，簡化維護(hù)工作。

（2）降低人力和管理成本：RFID標(biāo)簽與讀寫器價格不高，利用相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高人員的效率，能夠適當(dāng)降低人力成本和資產(chǎn)管理的成本。

（3）保持?jǐn)?shù)據(jù)同步與精度：利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時收集設(shè)備具體位置信息和資產(chǎn)信息，系統(tǒng)中的賬目與實(shí)際的資產(chǎn)可以一一對應(yīng)，不再出現(xiàn)資產(chǎn)遺漏的問題。

（4）動態(tài)跟蹤與預(yù)警：采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方式可以動態(tài)地實(shí)時跟蹤資產(chǎn)移動軌跡，一旦資產(chǎn)離開設(shè)定范圍，將在會發(fā)出預(yù)警信息。

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