基于物聯網技術的IT資產管理系統方案設計

殷錦輝 陸庭輝 羅序良 郭鳳嬋 黃和錕

摘 要：文章針對IT資產管理中普遍存在的人工統計效率低，資產設備無法動態追蹤，賬目與實物不一致等問題，首先調研了采購、倉庫和運行管理的主要需求；然后提出了基于物聯網技術的3層體系架構，并重點討論了感知層的RFID子系統、U位子系統、WiFi子系統和LoRa子系統；最后討論了本系統方案的優勢。基于多種物聯網感知技術的系統方案符合IT資產管理的需求，為實現IT資產全生命周期的數字化管理，提供了可行方案。

關鍵詞：物聯網；IT資產管理；資產定位；資產跟蹤；越界預警

電網企業IT資產數量龐大、種類繁多，從采購申請、進貨檢驗、收貨入庫、領用出庫、盤點追蹤到資產報廢，整個過程除了耗費大量的人力外，還經常出現管理不善的問題[1-3]。多數電網企業IT資產管理都存在定位難、維護難、管理難、追蹤難、效率低等問題[4-5]。為了革新傳統IT資產管理的理念和方法，使電網企業IT資產實現高效率的全過程管理。將引入物聯網技術，改善傳統方法的效率，實現資產設備的動態追蹤、降低人力成本。本文從需求分析入手，討論基于物聯網技術的IT資產管理系統方案設計，重點分析感知層WiFi、LoRa、UWB和U位4個子系統，從技術的角度為電網企業提供可行的技術方案，實現企業IT資產全生命周期的數字化管理，提高IT資產管控效率及力度，減少資產遺失[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、進貨檢驗等環節。傳統的采購方式存在很多弊端，無法做到在合適的時間，采購合適的產品，并保證按時供應。問題主要表現在：傳統方法無法及時了解到整個供應鏈的供應狀態，無法及時制定采購計劃，造成采購延遲；同時無法全面準確地把握庫存信息、需求信息，在不合適的時間點購入了數量不合適的物資，造成了庫存的積壓；傳統采購模式簽訂合同后，缺乏對物資生產環節、物流環節的有效跟蹤，在生產過程中無法確保原始資料的完整性和準確性，同時忽視運輸過程中的風險，可能導致物資損壞或無法保證供應。IT資產管理在采購管理方面的主要需求總結如下。

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

（2）把握準確的采購時機，避免資產積壓。在準確的時間購入合適的IT資產且不會造成庫存的積壓，從而實現“簡單購買”向“合理采購”轉變。

（3）有效的全過程跟蹤。利用不可重復寫入的RFID標簽，為產品建立產品履歷，在生產指導、物流流通環節實現全過程監控。

1.2 倉庫管理模塊需求分析

電網企業的IT資產數量龐大、種類繁多，如打印機、顯示器、路由器、機房設備、電腦還有各類耗材，倉庫管理是重要的一個環節，主要包括入庫、盤點、出庫和移庫。傳統出入庫有3個基本要素是嚴格控制的：經手人員、IT資產、記錄，一般需要多層多次檢查才能確保準確性，IT資產基礎數據采用人工采集、手工輸入，將耗費大量時間。IT資產盤點涉及企業的各個部門，下屬分支機構地域分散，傳統的盤點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。在移庫過程中資產移動是大批量的，工作量大、效率低的問題尤為突出，更容易造成遺漏。IT資產管理在倉庫場景下的主要需求有以下幾方面。

（1）快速準確出入庫登記。通過在出、入庫口通道處的讀寫器，快速識別IT資產物品的電子標簽，并在數據庫中找到相應物品的信息并自動輸入電子標簽的庫存管理系統中。物資出、入庫完畢后，通過管理系統打印出、入庫清單，責任人進行確認。

（2）快速盤點。IT資產擺放在貨架上，通過手持RFID讀寫器對IT資產盤點時，將RFID標簽存儲的信息讀入手持設備后在導入（或無線實時傳輸）系統管理軟件中，生成相應的盤點記錄表，并與設備臺帳進行自動對帳，并生成盤點報告，從而快速準確地完成盤點工作。

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

1.3 運行管理模塊需求分析

運行管理包括IT資產領用、移動、調撥和盤點環節，IT資產在領用出庫后進入使用環節，根據設備功能的不同，將進入不同的應用場所。耗材等物資領用后將被消耗完，本文將不做討論；電腦、打印機、復印機等設備進入辦公區域；服務器、核心交換機等將進入機房。傳統的管理模式采用人工方法，去各部門把IT資產逐一清點，由于無法有效追蹤資產設備的位置，導致效率低下。機房管理處于手工+表格處理的“啞設備”管理狀態，無法保證資產數據的準確性且運維效率低，機柜空間的管理方法落后，導致數據中心利用率低，造成基礎設施投資的極大浪費。IT資產管理在運行管理環節中的主要需求有：（1）資產的動態追蹤。在辦公區域和機房環境下，利用物聯網技術對資產進行定位和追蹤。當重要IT資產非法離開指定的區域范圍時，發出相應警報。（2）高效的主動盤點。重要資產設備出庫后，系統發出盤點信息，定位標簽可以主動響應。

2 系統方案設計

2.1 總體設計

針對電網企業中IT資產管理定位難、維護難、管理難、追蹤難、效率低等問題，將RFID、U位、WiFi和LoRa 4種技術融合在一起，設計基于物聯網技術的IT資產管理系統。系統架構采用物聯網經典的3層體系結構：感知層、網絡層和應用層，如圖1所示。

應用層位于物聯網3層結構中的最頂層，通過物聯網云平臺可以對感知層采集數據進行計算、處理和知識挖掘，從而實現對IT資產管理的精確管理和動態追蹤。從結構上看，本系統應用層包括兩個部分：IT資產管理系統和云計。IT資產管理系統主要管理IT資產服務，單純就管理功能來說，與原有系統差別不太大；云計算是基于日積月累的IT資產數據進入深度分析，為采購計劃制定、資產壽命估計、資產利用率評估等服務。網絡層利用有線網絡和4G蜂窩通信網絡對采集的數據進行傳輸。感知層位于物聯網3層結構中的最底層，通過感知網絡獲取IT資產設備所處位置和狀態，是IT資產管理系統的核心。本系統利用RFID標簽和讀寫器、U位定位模塊和定位標簽、WiFi AP和節點、LoRa基站和節點、具有定位和通信功能的能耗檢測標簽實現IT資產信息的全面感知。在本系統中，由于WiFi和LoRa局域網絡除了通信功能外，還將用于IT資產的定位與跟蹤，在功能上與普通無線傳感網絡類似，因此被劃分到感知層。

應用層的IT資產管理系統與傳統系統差異較小，本文不詳細討論，但是在感知層的數據采集和資產定位跟蹤方面與傳統手工采集方式完全不同，本文將感知層劃分為RFID子系統、U位子系統、WiFi子系統和LoRa子系統，并逐一進行討論。

2.2 RFID子系統

RFID是一種非接觸式的自動識別技術[7]，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，一個基本系統包括：RFID標簽、讀寫器、天線和管理系統，如圖1所示。RFID標簽種類很多，根據數據讀寫方式可以分為只讀式（一次寫入）和讀寫式（多次擦寫）標簽；根據封裝方式可以分為粘貼式軟質標簽、塑料硬質標簽、抗金屬標簽；根據有無電源可以分為有源標簽和無源標簽。管理系統在實施過程中可以根據資產設備的特性和應用需求進行選擇，如服務器可以選擇無源抗金屬標簽[8]。

采用無源一次性寫入的RFID標簽在設備生產環節就寫入IT資產的信息，以確保原始資料的完整性；將RFID電子標簽貼在固定資產表面，讀寫器讀取標簽內存儲的資產信息進入采購管理系統，以實現對資產在供應鏈和物流運輸環節的動態追蹤。利用高頻讀卡器和內置防碰撞算法可以同時掃描100個標簽而不發生漏檢，實現批量快速的出入庫、批量移庫。工作人員通過手持讀寫器對固定資產進行定期或不定期的盤點，手持讀寫器通過網絡，把掃描到的信息與系統信息進行自動比對，可以實現高效的資產盤點。IT資產設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域，使倉庫人員能夠快速查詢到該資產所處位置。

2.3 U位子系統

由于機房的封閉性和金屬材質對無線通信的干擾，基于無線通信技術的管理方式會出現通信被干擾，導致資產在追蹤過程中遺漏。U位資產管理系統采用U位定位模塊（Smart Rack）和U位標簽（UTag）實現對機房服務器的定位和管理，如圖2所示。服務器放置在機柜中，在機柜的側面部署U位定位模塊，定位模塊上每個小隔對應一個U位，模塊通過有線與物聯網云平臺相連。U位標簽中存儲服務器的ID號、設備名等信息，標簽一頭綁定（粘貼）在服務器上，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位標簽進行通信，確定標簽位置，把標簽信息發送到物聯網云平臺。U位定位模塊和標簽獨立存儲IT資產數據，實時更新，確保資產位置信息準確。

在機房的應用場景下，資產的定位和追蹤將變得非常容易。服務器規定安裝在某個機柜，機柜的位置和編號是固定的，U位定位模塊固定在機柜上，初始位置是固定的。服務器與定位標簽粘貼在一起，定位標簽吸附在定位模塊的位置就是服務器所處的位置（U位）。在IT資產管理系統中，把服務器與具體的位置進行綁定，一旦服務器搬離，粘貼在一起的定位標簽也將一同搬離，定位標簽與定位模塊的通信中斷，當有服務器異動發生時，系統在現場自動發出聲光報警，并且在軟件管理平臺中實時提示，響應速度≤3 s。管理系統發出盤點指令，定位模塊通過有線網絡接收到指令信息后，讀取定位標簽上存儲的信息，向管理系統匯報各服務器的信息以及位置。服務器的具體位置信息和功耗情況在軟件上都可進行實時監控。

2.4 WiFi子系統

WiFi子系統重點解決無線組網和IT資產在辦公區域的定位問題[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，下一代標準最高傳輸速率可達6.7 G[10]。以上優點，都為其在IT資產設備管理的應用奠定了良好的基礎。本系統中，采用POE交換機[11]和面板AP的部署方式來滿足無線網絡的覆蓋和定位需求，部署方法如圖3所示。

POE交換機+AP面板的方案可以很好地解決無線網絡覆蓋問題，本方案美觀漂亮，墻壁上的一個面板，不拖線，不落灰；信號好、網絡快；同一個SSID，無縫切換。POE交換機除通信之外，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+AP面板的方案同樣也可以解決定位問題，定位終端（定位標簽）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現定位。某個位置上通信信號的多徑結構、某個位置上是否能檢測到接入點或基站、某個位置上檢測到的來自基站信號的接收信號強度（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，構建一個數據庫，需要在指定的區域進行繁瑣的勘測，采集好的數據有時也稱為訓練集。在在線階段，IT資產粘貼上帶有WiFi定位的標簽，利用室內部署的無線網絡指紋信息，系統將估計待定位的IT資產設備的位置，并記錄設備的位置信息，當設備離開設定區域，發生警報信息，保證資產設備的安全性。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，定位精度可以達到某個樓層或某個房間。

2.5 LoRa子系統

LoRa是一種低功耗局域網無線標準[12]，它最大特點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，實現了低功耗和遠距離的統一，它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻通信距離擴大3～5倍，傳輸距離在城鎮可達2～5 km，郊區可達15 km[13]。本系統采用LoRa技術在于解決在偏遠地區（如供電所），沒有WiFi或有線網絡覆蓋的網絡通信與資產定位問題[14]。LoRa網關（同時作為定位基站）采用SX1301，通信節點（同時作為定位終端）采用SX1278，IT資產設備信息和位置匯聚到網關后，經過有線或者4G網絡，發送到遠端服務器處理，部署如圖4所示。

LoRa傳輸范圍很廣，通常一個網關就可以為整個供電所實現無線網絡覆蓋，本方案采用主從式3個網關，目的在于兼顧通信的同時，也考慮IT資產的定位。基于RSS的定位方式定位精度較低，因此，本系統采用基于無線信號的飛行時間和到達網關的時間差來進行定位，需要在所有的網關實現時鐘同步，目前采用北斗衛星時間基準加上無線通信校準的方式實現高精度同步。

3 結語

將物聯網技術融合在IT資產管理中，比傳統的方法有以下好處。

（1）提高運行效率：利用物聯網技術能很好地監控運行維護各環節的細節和情況，簡化維護工作。

（2）降低人力和管理成本：RFID標簽與讀寫器價格不高，利用相關物聯網技術可以提高人員的效率，能夠適當降低人力成本和資產管理的成本。

（3）保持數據同步與精度：利用物聯網技術及時收集設備具體位置信息和資產信息，系統中的賬目與實際的資產可以一一對應，不再出現資產遺漏的問題。

（4）動態跟蹤與預警：采用物聯網技術方式可以動態地實時跟蹤資產移動軌跡，一旦資產離開設定范圍，將在會發出預警信息。

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