對等度量模式下電力物資智能盤點系統設計

吳偉， 錢利， 朱凱琳， 劉曄

(國網江蘇省電力有限公司常州供電分公司， 江蘇， 常州 213000)

0 引言

電力是我國現代國民經濟的基礎，電力物資是保障其正常運行的重要條件，因此盤點和管理電力物資十分關鍵。但目前我國電力物資的盤點和統計主要依靠人工方式進行,通過人工逐一對倉儲中的電力物資進行清點和統計后，再輸入計算機中，盤點效率較低，浪費大量時間。因此智能盤點系統逐漸應用廣泛。目前的智能盤點系統還停留在智能技術的初級階段，很多高科技手段沒有得到全面和成熟的應用。文獻[1]提出了基于物聯網技術的應急電力物資智能倉儲與調配管理系統，在分析應急電力物資需求特點的基礎上，提出基于物聯網技術的應急電力物資調配方案。文獻[2]基于“物聯網+”背景下，對電力物資倉庫智能化實時管控系統的應用進行了研究，但是在電力物資盤點的過程中，會涉及到多個職能部門和不同辦公地點，因此最大用戶并發數、網絡復雜多樣性等外在因素嚴重地影響了系統響應速度，網絡模式不對等，系統響應變慢也影響了電力物資智能盤點的準確性，對電力物資智能盤點系統的性能有重要的影響。

為改善此問題，本文設計了一種對等度量模式下電力物資智能盤點系統，基于這一對等度量模式，凝練可以準確反映電力物資智能盤點系統中的各個指標，且在對等度量模式中，網絡中的客戶機和服務器是相互對應的，能夠精準定位和搜索節點、資源，并分別從硬件和軟件兩方面設計實現，通過仿真實驗驗證了所設計系統具有更好的應用性能。

1 對等度量模式下電力物資智能盤點系統設計

1.1 硬件設計

1.1.1 智能盤點對等度量模式網絡結構設計

在傳統的智能盤點系統中，通信網絡主要是依靠于客戶機和服務器模式，因此在盤點過程中需要安裝相應的客戶端程序。但也顯現出了一些缺點：一些盤點信息主要集中在一小部分的服務器節點中，當服務器節點存在隱患時，易造成網絡的崩潰，并且對于網絡的重構和維護有一定限制。因此在系統設計的過程中，采用智能對等度量模式下的網絡結構。結構如圖1所示。

圖1 對等度量模式網絡結構

如圖1所示的全分布式非結構化拓撲網絡，也可叫作純對等度量模式網絡，采用的是隨機圖架構，因此中央索引服務器就可以在該對等度量模式下省略[3-4]。由于這種對等度量網絡的節點之間是完全隨機的，因此可以通過“泛洪”廣播完成隨機定位查詢，能夠精準定位和搜索節點和資源。對等網絡通過連接和利用網絡中的暫時閑置資源來進行協同計算，能夠用來存儲和計算Peta級的數據，在對電力物資進行盤點的過程中，對等度量模式下，主要參與協同計算、文件內容共享與下載、儲存資源以及資源的分布式搜索等，這些典型應用為智能盤點系統提供了良好的工作動力儲備。

1.1.2 電路設計

在本文設計的電力物資智能盤點系統中，主要應用技術為RFID射頻技術，通過射頻技術將每批出入庫的貨物信息均生成包裝箱外的條形碼，實現出入庫條形碼的統一。RFID射頻技術能夠有效提高電力物資信息收集的自動化程度，在射頻發射電路中，其主要作用是能夠完成載波以及調制信號的發射，其調制深度為100%，調制方式為ASK，可以使用FPGA進行配置[5-6]。在射頻接收電路中，主要作用是實現標簽返回信號的調節，結構如圖2所示。

圖2 射頻接收電路

在圖2的電路結構中，為降低后端DSP的處理難度,采用IQ兩路直接下變頻解調。但在此過程中，閱讀器會在工作過程中出現載波泄露干擾，因此本文在系統的電路設計中，采用1 dB截止點比較高的無源混頻器實現混頻[7-8]。在接收的信號中，除了標簽返回的信號，其中還夾帶發射電路中泄露的載波信號，移相反饋回路能夠有效地抵消這種載波噪音。其具體做法為引用載波對消的理論，在接收電路當中添加一個射頻移相反饋電路，如圖3所示。

圖3 載波對消電路

從圖3可以看出，接入了射頻移相反饋同路，通過定向耦合器進行耦合，得到部分發射載波信號，并將此信號進行移相，接入一個射頻移相反饋電路，并利用其中包含的定向耦合器進行載波信號的發射。至此完成系統硬件方面的設計。

1.2 軟件設計

在系統的軟件設計中，電力物資智能盤點系統中的上位機的模塊劃分原則為“高內聚，低耦合”。在依托于系統硬件組成的基礎上，軟件中可以劃分出各個功能模塊，上位機軟件中各個模塊之間的結構關系如4圖所示。

針對以上軟件中各個模塊之間的總體結構關系，對系統的軟件功能進行設計。

1.2.1 QR編碼設計

QR編碼即快速響應矩陣碼，相對于傳統的條形碼來說，其具有信息密度大、加密能力強等優點，且能夠高效、全方位進行識讀。QR編碼結構如圖5所示。

圖4 軟件模塊總體結構關系

圖5 QR編碼結構

圖5包含尋像圖形、分隔符、定位圖形和校正圖形等幾種功能圖形。對于QR碼的編碼字符來說，數字型數據的具體表達為數字0～9，與此同時，還能夠有效地表示漢字，其特定的數據壓縮格式中，一般13～16字節就可以表示一個漢字[9-10]。QR編碼結構的左下角和右上角是探測圖形，這3個圖形是相同的，都是由同心正方形進行疊加而得到的，共同組成了尋像圖形。QR碼具有2個定位圖形，一個為水平，一個為豎直，主要作用為確定符號的密度與版本。校正圖形的數量是根據QR碼的版本不同而發生變化的，更新的版本越新，校正圖形的數量就越多。

對于電力物資編碼來說，需要將其按照分類的內容對QR碼進行有序的編排，需要用簡單的文字、數字或是其他符號來提示電力物資的“名稱”“類別”等。對QR碼賦予信息時，電力物資中特殊材料的信息的編碼是由總類別、大類別、小類別、品名、材質、規格等幾部分組成；電力物資機電產品的編碼主要由機電品類、類屬代碼、大類代碼以及明細代碼等幾部分組成，明細代碼會根據產品的不同而有不同的組成。將上述設計進行畫圖表述如圖6所示。

圖6 電力物資編碼格式

本文盤點系統中使用QR碼最主要的作用就是可以糾正拒讀錯誤和替代錯誤。本文使用R-S糾錯算法，R-S碼是非二進制循環碼，由m個比特構成碼元[15]。校驗碼生成的多項式的一般形式可以表示為

G(x)=(x-αm0)(x-αm0+1)(x-αm0+2)…(x-αm0+?-2)

(1)

式中，m0表示偏移量，在一般情況下的取值為1，α表示有限閾中的本源元素，?表示R-S碼的設計距離，由此可以得到編碼的信息多項式M(x)，并添加監督多項式P(x)。用信息多項式除以生成多項式：

(2)

式中，Q(x)表示商多項式，G(x)表示生成多項式，P(x)以余數多項式的結構來充當監督多項式，也就是糾錯的碼字多項式，實現R-S糾錯。至此完成對等度量模式下電力物資智能盤點系統的設計。軟件實現流程如圖7所示。

圖7 軟件流程

2 實驗設計與結果分析

2.1 搭建系統測試環境

在上文中詳細研究了對等度量模式下電力物資智能盤點系統中軟件和硬件的構成，為驗證本文設計的系統是否具有良好的性能，需要對設計的系統進行性能測試。在測試過程中，將系統部署在J2ME中能夠提供跨越平臺的安全網絡傳輸，在終端PC設備機上使用微軟移動設備模擬器，搭建出一個適合系統運動的Windows Mobile 6.0的仿真環境，并在其中安裝虛擬機Java CrEme，將虛擬機啟動后，設置相關的檢測內存上限數據，如表1所示。

表1 模擬設備內存數據表

在表1內存使用上限的限制下，對系統進行壓力測試。首先使用B/S架構創建Web類型的單協議腳本，并對腳本進行編輯，設置重復次數，考慮到真實的用戶登錄之后，會進行多次操作，因此需要設置迭代次數為2。由于多用戶在進行操作的過程中，會出現不同時間的延遲，控制迭代的時間間隔為60～90 s。不同的用戶在測試過程中發送不同的內容，將錄制的短信內容使用參數進行代替,因此在運行腳本的過程中，需要從參數文件中取值從而模擬出用戶的操作。在上述操作下，得到的資產盤點界面如圖8所示。

圖8 盤點數據統計界面

在系統功能測試正常的情況下，對系統進行負載測試，在測試中模擬50個用戶同時加壓，如圖9所示。

圖9 模擬50個用戶同時加壓的操作界面

為了驗證本文設計的系統具有一定的有效性，在相同的測試環境下對傳統的電力物資智能判斷系統進行測試，并將測試結果進行分析和比較。

2.2 實驗結果對比與分析

在上述實驗條件下，分別得到2個系統的復雜加壓運行結果如圖10、圖11所示。

圖10 原有系統模擬50個用戶同時加壓運行結果

圖11 本研究設計系統模擬50個用戶同時加壓運行結果

分析圖10、圖11中的相關參數，對2個系統的測試結果進行統計，得到結果如表2所示。

表2 兩系統壓力測試指標統計

從表2中的數據可看出，在相同數量的用戶加壓情況下，本文系統的運行參數明顯好于原有系統的運行參數，本文方法的物資盤點系統可容忍的最大用戶并發數為50，與原有系統相比提升了2倍，通過最大運行Vuser、吞吐量以及點擊次數等參數來看，本文設計的系統明顯優于傳統系統，因此在電力物資智能盤點的過程中，能夠加快響應速度，驗證了本文系統的有效性。

3 總結

本文通過分析電力物資智能盤點系統在使用中存在的問題，找到了相關原因，設計了一種對等度量模式下電力物資智能盤點系統。系統主要從硬件和軟件兩方面進行研究和優化，目的是為了使電力物資智能盤點系統在復雜的使用情況下仍能保持良好得工作響應速度。通過系統性能測試結果表明，在相同的實驗條件下，設計的系統能有效提高工作參數。但是本文也存在一些缺陷和不足，只實現了基本的盤點功能，但是對于更高級的定位和報警功能還沒有實現，可以作為未來的研究方向。