基于SNMP協(xié)議的海關(guān)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)

周守宇?傅文睿?宋兆磊?宮開(kāi)禎

摘要：目前，海關(guān)儀器設(shè)備使用率數(shù)據(jù)依賴人工巡檢統(tǒng)計(jì)，缺少自動(dòng)采集與分析手段。基于SNMP協(xié)議設(shè)計(jì)了海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)整體框架與功能，使用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控終端自動(dòng)采集儀器設(shè)備電流電壓，利用SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)海關(guān)儀器設(shè)備工作狀態(tài)時(shí)長(zhǎng)、非工作狀態(tài)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析海關(guān)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備使用率。根據(jù)績(jī)效評(píng)估算法，通過(guò)對(duì)儀器設(shè)備不同工作狀態(tài)下電流電壓數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，生成儀器設(shè)備績(jī)效考核結(jié)果，為海關(guān)儀器設(shè)備統(tǒng)籌使用、業(yè)務(wù)能力提升、技術(shù)保障等提供績(jī)效數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：SNMP；物聯(lián)網(wǎng)；績(jī)效監(jiān)控；儀器設(shè)備績(jī)效

一、前言

近年來(lái)，海關(guān)深入推進(jìn)科技興關(guān)戰(zhàn)略，持續(xù)推進(jìn)智慧海關(guān)建設(shè)，不斷提升科技支撐引領(lǐng)保障水平。為深入開(kāi)展海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效評(píng)估系統(tǒng)研究，繼續(xù)完善海關(guān)科技績(jī)效考核與評(píng)估指標(biāo)體系，針對(duì)海關(guān)儀器設(shè)備數(shù)量多、位置分散，運(yùn)維保障要求高等現(xiàn)狀，通過(guò)SNMP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議獲取儀器設(shè)備不同工作狀態(tài)下電流電壓數(shù)據(jù)，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后生成儀器設(shè)備績(jī)效考核結(jié)果，進(jìn)一步加強(qiáng)海關(guān)科技績(jī)效考核能力，提高海關(guān)儀器設(shè)備運(yùn)維保障水平。

SNMP協(xié)議被稱為簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，是一種應(yīng)用層協(xié)議，主要用于服務(wù)器、工作站、路由器、交換機(jī)等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理。SNMP協(xié)議簡(jiǎn)潔高效，能夠完成設(shè)備信息的采集和配置。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的硬件設(shè)備支持SNMP協(xié)議[1]，多種開(kāi)源代碼支持SNMP協(xié)議的對(duì)接，為不同設(shè)備提供了統(tǒng)一管理、標(biāo)準(zhǔn)接口、快速部署的協(xié)議支撐[2]。在能效監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，越來(lái)越多的能效監(jiān)控設(shè)備支持與使用SNMP協(xié)議，能效監(jiān)控系統(tǒng)及被管理設(shè)備均可按照SNMP協(xié)議，定義設(shè)備績(jī)效管理信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作狀態(tài)信息的獲取，為儀器設(shè)備使用率統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

建設(shè)海關(guān)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的使用效能相關(guān)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)控。根據(jù)績(jī)效評(píng)估算法，通過(guò)對(duì)儀器設(shè)備不同工作狀態(tài)下電流電壓數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，生成儀器設(shè)備績(jī)效考核結(jié)果。海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、SNMP協(xié)議對(duì)接模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)展示模塊，總體架構(gòu)如圖1所示。

軟件架構(gòu)為B/S結(jié)構(gòu)，利用Thymeleaf、SpringBoot、MyBatis等技術(shù)構(gòu)建了MVC架構(gòu)服務(wù)端。服務(wù)器使用Linux系統(tǒng)，部署了Nginx、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、JDK1.8、Zabbix等運(yùn)行環(huán)境[2]。

本系統(tǒng)通過(guò)SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與通信。SNMP中的管理程序和代理程序按客戶服務(wù)器方式工作，管理程序運(yùn)行SNMP客戶程序，代理程序運(yùn)行SNMP服務(wù)器程序，在被管對(duì)象上運(yùn)行的SNMP服務(wù)器程序?qū)崟r(shí)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自管理站SNMP客戶程序的請(qǐng)求或命令。

SNMP由3個(gè)部分組成，即SNMP、管理信息結(jié)構(gòu)SMI（Structure of Management Information）、管理信息庫(kù)MIB（Management Information Base）[3]。SNMP定義了管理站和代理直接所交換的分組格式，包含各代理中的變量及狀態(tài)值，SNMP可讀取和改變變量及狀態(tài)值。SMI定義了SNMP框架所用信息的組織和標(biāo)識(shí)，為MIB定義管理對(duì)象及使用管理對(duì)象提供模板。MIB定義了管理對(duì)象的集合。

三、數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要依托電源分配插座、SNMP適配模組、單相電量測(cè)量模組等組成。電源分配插座主要用于海關(guān)儀器設(shè)備的電力分配，能夠?qū)x器設(shè)備提供100～240V、10～32A的電源供應(yīng)，提供安全穩(wěn)定的電源供應(yīng)。單相電量測(cè)量模組能夠?qū)x器設(shè)備的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測(cè)。SNMP適配模組將單相電量測(cè)量模組獲取的電壓、電流原始值進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)SNMP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行MIB庫(kù)的生成和導(dǎo)出，績(jī)效監(jiān)控平臺(tái)可以通過(guò)SNMP協(xié)議查詢模組采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊部署后，開(kāi)啟SNMP trap服務(wù)，并配置設(shè)備IP、trap端口和社區(qū)名稱，為協(xié)議對(duì)接提供接口。

四、SNMP協(xié)議對(duì)接模塊

SNMP協(xié)議對(duì)接模塊采用SNMP4J進(jìn)行開(kāi)發(fā)，SNMP4J是由德國(guó)AGENTPP公司使用Java實(shí)現(xiàn)SNMP協(xié)議的開(kāi)源項(xiàng)目，這是目前國(guó)內(nèi)流行的開(kāi)源SNMP實(shí)現(xiàn)方式之一[4]。

通過(guò)SNMP協(xié)議將被監(jiān)測(cè)的儀器設(shè)備實(shí)時(shí)電流、電壓等屬性組織成MIB，并在MIB中通過(guò)OID識(shí)別樹(shù)形結(jié)構(gòu)的各個(gè)屬性節(jié)點(diǎn)，對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)電流、設(shè)備實(shí)時(shí)電壓等屬性值進(jìn)行結(jié)構(gòu)化組織。按照預(yù)設(shè)采集頻率，SNMP協(xié)議使用無(wú)連接的UDP報(bào)文，被監(jiān)測(cè)的儀器設(shè)備通過(guò)端口161來(lái)接收數(shù)據(jù)采集報(bào)文，績(jī)效監(jiān)控管理平臺(tái)使用端口162接收被監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的響應(yīng)報(bào)文。

五、數(shù)據(jù)處理模塊

海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效與儀器設(shè)備使用率具有關(guān)聯(lián)性，儀器設(shè)備使用率高，則儀器設(shè)備績(jī)效考核得分高。通過(guò)對(duì)海關(guān)儀器設(shè)備工作狀態(tài)、非工作狀態(tài)的電壓、電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲得單臺(tái)儀器設(shè)備的使用率，獲得儀器設(shè)備系統(tǒng)的績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果，為儀器設(shè)備統(tǒng)籌使用、科學(xué)配置提供決策性技術(shù)支撐。

（一）設(shè)備運(yùn)行績(jī)效數(shù)據(jù)計(jì)算

每臺(tái)儀器設(shè)備的狀態(tài)分為非工作狀態(tài)、工作狀態(tài)等兩種情況。

第一種情況為儀器設(shè)備開(kāi)機(jī)后非工作狀態(tài)。該狀態(tài)下，儀器設(shè)備已開(kāi)機(jī)，但未運(yùn)行實(shí)驗(yàn)軟件，儀器設(shè)備運(yùn)行功率處于較低水平。通過(guò)績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)海關(guān)儀器設(shè)備非工作狀態(tài)下的功率值進(jìn)行采集，獲取非工作狀態(tài)設(shè)備功率平均值，作為設(shè)備功率基準(zhǔn)值為Pj。某型號(hào)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備基準(zhǔn)值Pj如表1所示。

第二種情況為儀器設(shè)備開(kāi)機(jī)后處于工作狀態(tài)。該狀態(tài)下，儀器設(shè)備已開(kāi)機(jī)，正常運(yùn)行實(shí)驗(yàn)軟件，儀器設(shè)備運(yùn)行功率處于較高水平。通過(guò)績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)海關(guān)儀器設(shè)備工作狀態(tài)下的功率值進(jìn)行采集，獲取工作狀態(tài)設(shè)備功率平均值，作為設(shè)備功率負(fù)荷值Pw。實(shí)驗(yàn)室某型號(hào)設(shè)備負(fù)荷值Pw如表2所示。

（二）績(jī)效評(píng)估算法設(shè)計(jì)

在績(jī)效考核前，對(duì)儀器設(shè)備非工作狀態(tài)與工作狀態(tài)下的電壓、電流值進(jìn)行采集，使用算術(shù)平均計(jì)算方法得出某儀器設(shè)備基準(zhǔn)值Pj與負(fù)荷值Pw。

在T時(shí)段內(nèi)，設(shè)備使用率為S，工作狀態(tài)設(shè)備功率閾值為Pj+Pw/2，設(shè)備運(yùn)行功率大于等于閾值的設(shè)備，設(shè)備狀態(tài)為工作狀態(tài)；設(shè)備運(yùn)行功率小于閾值的設(shè)備，設(shè)備狀態(tài)為非工作狀態(tài)。對(duì)設(shè)備處于工作狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及累加，通過(guò)公式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?，計(jì)算設(shè)備工作狀態(tài)占T工作周期的時(shí)間比例，得出設(shè)備的使用率。

六、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)展示模塊

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)展示模塊接收來(lái)自數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊傳遞的數(shù)據(jù)，對(duì)海關(guān)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備不同工作狀態(tài)下電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、統(tǒng)計(jì)、分析。根據(jù)海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效評(píng)估算法，自動(dòng)生成海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效考核結(jié)果。海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效統(tǒng)計(jì)展示模塊如圖2所示。

（一）設(shè)備管理子模塊

該模塊主要為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的同步、編輯、刪除等功能，支持添加及維護(hù)設(shè)備信息。設(shè)備數(shù)據(jù)同步后，可通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)儀表盤(pán)界面展示儀器設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，顯示設(shè)備狀態(tài)信息，主要包括設(shè)備名稱、電流、電壓指標(biāo)等信息。可配置設(shè)備名稱、設(shè)備保管人、所屬實(shí)驗(yàn)室、工作閾值、設(shè)備IP、端口、協(xié)議類型、協(xié)議版本、寫(xiě)入社區(qū)、讀取社區(qū)等設(shè)備連接信息。

（二）績(jī)效管理子模塊

該模塊主要為實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)展示、設(shè)備績(jī)效統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室績(jī)效統(tǒng)計(jì)展示等信息。展示海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效統(tǒng)計(jì)信息，包括年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、月平均時(shí)長(zhǎng)、日平均時(shí)長(zhǎng)、年用電量、功率等周期性績(jī)效指標(biāo)。同時(shí)可針對(duì)每個(gè)設(shè)備設(shè)置績(jī)效預(yù)警，達(dá)到預(yù)設(shè)條件時(shí)發(fā)出提醒。預(yù)設(shè)條件包括預(yù)警周期、績(jī)效閾值等。展示海關(guān)實(shí)驗(yàn)室績(jī)效統(tǒng)計(jì)信息，包括在線設(shè)備數(shù)、離線設(shè)備數(shù)、設(shè)備運(yùn)行總時(shí)長(zhǎng)、日運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、年總耗電量、設(shè)備總功率等績(jī)效指標(biāo)。同時(shí)可針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置績(jī)效預(yù)警，達(dá)到預(yù)設(shè)條件時(shí)發(fā)出提醒。預(yù)設(shè)條件包括預(yù)警周期、績(jī)效閾值等。

（三）實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)管理子模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息的維護(hù)和展示，支持實(shí)驗(yàn)室與儀器設(shè)備之間的信息關(guān)聯(lián)，以便顯示設(shè)備所在實(shí)驗(yàn)室名稱、設(shè)備部署地址等信息。系統(tǒng)可以編輯、展示實(shí)驗(yàn)室名稱、實(shí)驗(yàn)室地址、所屬單位等實(shí)驗(yàn)室機(jī)構(gòu)信息。

七、結(jié)果與討論

海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控終端自動(dòng)采集儀器設(shè)備電流電壓，通過(guò)對(duì)海關(guān)儀器設(shè)備工作狀態(tài)、非工作狀態(tài)的電壓、電流統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)準(zhǔn)確獲得單臺(tái)儀器設(shè)備的使用率，獲得儀器設(shè)備系統(tǒng)的績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果?？?jī)效監(jiān)控系統(tǒng)能夠與儀器設(shè)備管理流程有效融合，主要業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

1.儀器設(shè)備到貨環(huán)節(jié)。讀取儀器設(shè)備上的RFID標(biāo)簽信息，獲得設(shè)備ID號(hào)后，RFID標(biāo)簽與設(shè)備資產(chǎn)臺(tái)賬信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。通過(guò)RFID標(biāo)簽?zāi)軌虿樵兊皆O(shè)備的購(gòu)置日期、購(gòu)置金額、設(shè)備型號(hào)品牌、序列號(hào)，購(gòu)買日期等資產(chǎn)臺(tái)賬信息。

2.儀器設(shè)備安裝環(huán)節(jié)。儀器設(shè)備安裝于海關(guān)實(shí)驗(yàn)室后，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)終端與后臺(tái)系統(tǒng)互聯(lián)互通，將收集到的能耗等各類數(shù)據(jù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)SIM卡發(fā)送至后臺(tái)。

3.績(jī)效監(jiān)控環(huán)節(jié)。儀器設(shè)備加電運(yùn)行后，通過(guò)績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控儀器設(shè)備的實(shí)時(shí)電流、電壓數(shù)據(jù)，并通過(guò)績(jī)效評(píng)估算法輸出設(shè)備使用率數(shù)據(jù)，并通過(guò)與設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，獲得績(jī)效考核得分。

4.績(jī)效考核環(huán)節(jié)。將儀器設(shè)備績(jī)效考核、臺(tái)賬管理數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)績(jī)效等數(shù)據(jù)提交至海關(guān)科技績(jī)效評(píng)估與考核平臺(tái)。

八、結(jié)語(yǔ)

海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)基于SNMP協(xié)議能夠快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口對(duì)接，增強(qiáng)了績(jī)效數(shù)據(jù)采集的全面性，豐富了考核手段，提高了績(jī)效考核的精準(zhǔn)性。相對(duì)于現(xiàn)有儀器設(shè)備使用率人工統(tǒng)計(jì)方式，降低了績(jī)效考核的人工及時(shí)間成本，儀器設(shè)備績(jī)效考核的科學(xué)性獲得提升。海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)既可以用于實(shí)驗(yàn)室自身儀器設(shè)備的日常管理與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，同時(shí)支撐管理部門(mén)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的績(jī)效監(jiān)控，對(duì)于優(yōu)化工作方式，提升儀器設(shè)備管理水平與績(jī)效考核效率具有雙重意義，社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益顯著[5]。由于海關(guān)儀器設(shè)備的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，未來(lái)海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效考核物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控終端將不斷優(yōu)化升級(jí)，并進(jìn)一步擴(kuò)展儀器設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集指標(biāo)，推進(jìn)海關(guān)儀器設(shè)備績(jī)效監(jiān)控系統(tǒng)的試點(diǎn)與應(yīng)用。

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基金項(xiàng)目：海關(guān)科技績(jī)效評(píng)估集成體系研究與應(yīng)用體系的研究（課題編號(hào)：2021HK288）