基于SNMP協議的海關實驗室儀器設備績效監控系統研發

周守宇?傅文睿?宋兆磊?宮開禎

摘要：目前，海關儀器設備使用率數據依賴人工巡檢統計，缺少自動采集與分析手段。基于SNMP協議設計了海關儀器設備績效監控系統整體框架與功能，使用物聯網監控終端自動采集儀器設備電流電壓，利用SNMP協議實現數據傳輸，對海關儀器設備工作狀態時長、非工作狀態時長進行統計，分析海關實驗室儀器設備使用率。根據績效評估算法，通過對儀器設備不同工作狀態下電流電壓數據的統計分析，生成儀器設備績效考核結果，為海關儀器設備統籌使用、業務能力提升、技術保障等提供績效數據支撐。

關鍵詞：SNMP；物聯網；績效監控；儀器設備績效

一、前言

近年來，海關深入推進科技興關戰略，持續推進智慧海關建設，不斷提升科技支撐引領保障水平。為深入開展海關儀器設備績效評估系統研究，繼續完善海關科技績效考核與評估指標體系，針對海關儀器設備數量多、位置分散，運維保障要求高等現狀，通過SNMP標準協議獲取儀器設備不同工作狀態下電流電壓數據，對獲取的數據經統計分析后生成儀器設備績效考核結果，進一步加強海關科技績效考核能力，提高海關儀器設備運維保障水平。

SNMP協議被稱為簡單網絡管理協議，是一種應用層協議，主要用于服務器、工作站、路由器、交換機等設備的網絡管理。SNMP協議簡潔高效，能夠完成設備信息的采集和配置。隨著物聯網技術的不斷發展，越來越多的硬件設備支持SNMP協議[1]，多種開源代碼支持SNMP協議的對接，為不同設備提供了統一管理、標準接口、快速部署的協議支撐[2]。在能效監測領域，越來越多的能效監控設備支持與使用SNMP協議，能效監控系統及被管理設備均可按照SNMP協議，定義設備績效管理信息庫，實現設備工作狀態信息的獲取，為儀器設備使用率統計分析提供數據支撐。

二、系統總體設計

建設海關實驗室儀器設備績效監控系統，實現實驗室儀器設備的使用效能相關數據等數據的自動獲取，實時掌握設備狀態，全過程進行動態跟蹤監控。根據績效評估算法，通過對儀器設備不同工作狀態下電流電壓數據的統計分析，生成儀器設備績效考核結果。海關儀器設備績效監控系統總體架構主要分為數據采集模塊、數據處理模塊、SNMP協議對接模塊、數據統計展示模塊，總體架構如圖1所示。

軟件架構為B/S結構，利用Thymeleaf、SpringBoot、MyBatis等技術構建了MVC架構服務端。服務器使用Linux系統，部署了Nginx、MySQL數據庫、JDK1.8、Zabbix等運行環境[2]。

本系統通過SNMP協議實現數據的采集與通信。SNMP中的管理程序和代理程序按客戶服務器方式工作，管理程序運行SNMP客戶程序，代理程序運行SNMP服務器程序，在被管對象上運行的SNMP服務器程序實時監聽來自管理站SNMP客戶程序的請求或命令。

SNMP由3個部分組成，即SNMP、管理信息結構SMI（Structure of Management Information）、管理信息庫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值，SNMP可讀取和改變變量及狀態值。SMI定義了SNMP框架所用信息的組織和標識，為MIB定義管理對象及使用管理對象提供模板。MIB定義了管理對象的集合。

三、數據采集模塊

數據采集模塊主要依托電源分配插座、SNMP適配模組、單相電量測量模組等組成。電源分配插座主要用于海關儀器設備的電力分配，能夠對儀器設備提供100～240V、10～32A的電源供應，提供安全穩定的電源供應。單相電量測量模組能夠對儀器設備的電壓、電流進行實時采集與監測。SNMP適配模組將單相電量測量模組獲取的電壓、電流原始值進行數據轉換，通過SNMP標準協議進行MIB庫的生成和導出，績效監控平臺可以通過SNMP協議查詢模組采集數據。數據采集模塊部署后，開啟SNMP trap服務，并配置設備IP、trap端口和社區名稱，為協議對接提供接口。

四、SNMP協議對接模塊

SNMP協議對接模塊采用SNMP4J進行開發，SNMP4J是由德國AGENTPP公司使用Java實現SNMP協議的開源項目，這是目前國內流行的開源SNMP實現方式之一[4]。

通過SNMP協議將被監測的儀器設備實時電流、電壓等屬性組織成MIB，并在MIB中通過OID識別樹形結構的各個屬性節點，對設備實時電流、設備實時電壓等屬性值進行結構化組織。按照預設采集頻率，SNMP協議使用無連接的UDP報文，被監測的儀器設備通過端口161來接收數據采集報文，績效監控管理平臺使用端口162接收被監測儀器設備的響應報文。

五、數據處理模塊

海關儀器設備績效與儀器設備使用率具有關聯性，儀器設備使用率高，則儀器設備績效考核得分高。通過對海關儀器設備工作狀態、非工作狀態的電壓、電流進行統計分析，能夠及時準確地獲得單臺儀器設備的使用率，獲得儀器設備系統的績效評價結果，為儀器設備統籌使用、科學配置提供決策性技術支撐。

（一）設備運行績效數據計算

每臺儀器設備的狀態分為非工作狀態、工作狀態等兩種情況。

第一種情況為儀器設備開機后非工作狀態。該狀態下，儀器設備已開機，但未運行實驗軟件，儀器設備運行功率處于較低水平。通過績效監控系統，對海關儀器設備非工作狀態下的功率值進行采集，獲取非工作狀態設備功率平均值，作為設備功率基準值為Pj。某型號實驗室設備基準值Pj如表1所示。

第二種情況為儀器設備開機后處于工作狀態。該狀態下，儀器設備已開機，正常運行實驗軟件，儀器設備運行功率處于較高水平。通過績效監控系統，對海關儀器設備工作狀態下的功率值進行采集，獲取工作狀態設備功率平均值，作為設備功率負荷值Pw。實驗室某型號設備負荷值Pw如表2所示。

（二）績效評估算法設計

在績效考核前，對儀器設備非工作狀態與工作狀態下的電壓、電流值進行采集，使用算術平均計算方法得出某儀器設備基準值Pj與負荷值Pw。

在T時段內，設備使用率為S，工作狀態設備功率閾值為Pj+Pw/2，設備運行功率大于等于閾值的設備，設備狀態為工作狀態；設備運行功率小于閾值的設備，設備狀態為非工作狀態。對設備處于工作狀態的時長進行統計及累加，通過公式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?，計算設備工作狀態占T工作周期的時間比例，得出設備的使用率。

六、數據統計展示模塊

數據統計展示模塊接收來自數據采集模塊、數據處理模塊傳遞的數據，對海關實驗室儀器設備不同工作狀態下電流、電壓數據進行展示、統計、分析。根據海關儀器設備績效評估算法，自動生成海關儀器設備績效考核結果。海關儀器設備績效統計展示模塊如圖2所示。

（一）設備管理子模塊

該模塊主要為實現實驗室儀器設備的同步、編輯、刪除等功能，支持添加及維護設備信息。設備數據同步后，可通過數據采集模塊，通過儀表盤界面展示儀器設備實時監測數據，顯示設備狀態信息，主要包括設備名稱、電流、電壓指標等信息。可配置設備名稱、設備保管人、所屬實驗室、工作閾值、設備IP、端口、協議類型、協議版本、寫入社區、讀取社區等設備連接信息。

（二）績效管理子模塊

該模塊主要為實現設備實時狀態展示、設備績效統計、實驗室績效統計展示等信息。展示海關儀器設備績效統計信息，包括年運行時長、月平均時長、日平均時長、年用電量、功率等周期性績效指標。同時可針對每個設備設置績效預警，達到預設條件時發出提醒。預設條件包括預警周期、績效閾值等。展示海關實驗室績效統計信息，包括在線設備數、離線設備數、設備運行總時長、日運行時長、年總耗電量、設備總功率等績效指標。同時可針對每個實驗室設置績效預警，達到預設條件時發出提醒。預設條件包括預警周期、績效閾值等。

（三）實驗室系統管理子模塊

該模塊主要實現實驗室信息的維護和展示，支持實驗室與儀器設備之間的信息關聯，以便顯示設備所在實驗室名稱、設備部署地址等信息。系統可以編輯、展示實驗室名稱、實驗室地址、所屬單位等實驗室機構信息。

七、結果與討論

海關儀器設備績效監控系統使用物聯網監控終端自動采集儀器設備電流電壓，通過對海關儀器設備工作狀態、非工作狀態的電壓、電流統計分析，及時準確獲得單臺儀器設備的使用率，獲得儀器設備系統的績效評價結果。績效監控系統能夠與儀器設備管理流程有效融合，主要業務流程如圖3所示。

1.儀器設備到貨環節。讀取儀器設備上的RFID標簽信息，獲得設備ID號后，RFID標簽與設備資產臺賬信息進行關聯。通過RFID標簽能夠查詢到設備的購置日期、購置金額、設備型號品牌、序列號，購買日期等資產臺賬信息。

2.儀器設備安裝環節。儀器設備安裝于海關實驗室后，通過物聯網終端與后臺系統互聯互通，將收集到的能耗等各類數據，通過物聯網SIM卡發送至后臺。

3.績效監控環節。儀器設備加電運行后，通過績效監控系統實時監控儀器設備的實時電流、電壓數據，并通過績效評估算法輸出設備使用率數據，并通過與設備臺賬數據的關聯分析，獲得績效考核得分。

4.績效考核環節。將儀器設備績效考核、臺賬管理數據、業務績效等數據提交至海關科技績效評估與考核平臺。

八、結語

海關儀器設備績效監控系統基于SNMP協議能夠快速實現數據接口對接，增強了績效數據采集的全面性，豐富了考核手段，提高了績效考核的精準性。相對于現有儀器設備使用率人工統計方式，降低了績效考核的人工及時間成本，儀器設備績效考核的科學性獲得提升。海關儀器設備績效監控系統既可以用于實驗室自身儀器設備的日常管理與風險預警，同時支撐管理部門對實驗室的績效監控，對于優化工作方式，提升儀器設備管理水平與績效考核效率具有雙重意義，社會效益與經濟效益顯著[5]。由于海關儀器設備的復雜性，數據接口標準不統一，未來海關儀器設備績效考核物聯網監控終端將不斷優化升級，并進一步擴展儀器設備工作狀態數據的采集指標，推進海關儀器設備績效監控系統的試點與應用。

參考文獻

[1]張文川.基于SNMP協議的計算機網絡自診斷系統設計[J].自動化技術與應用，2022，41（6）：46-50.

[2]山東國子軟件股份有限公司.淺談如何借助信息化加強大型設備使用績效管理[J].行政事業資產與財務，2018（21）：18-19.

[3]吳威，王鳴.基于SNMP的監控系統關鍵技術研究與開發[J].無線互聯科技，2018，15（6）：22-25.

[4]王慶喜，黃均樂，左楓.基于SNMP4J的交換機臺賬核對及運維管理[J].電腦知識與技術，2016，12（18）：235-237.

[5]王刻銘，劉浩源，劉仲華.基于模糊理論的高校大型儀器設備績效考核探究[J].實驗室研究與探索，2021，40（11）：238-245.

基金項目：海關科技績效評估集成體系研究與應用體系的研究（課題編號：2021HK288）