基于物联网技术的IT资产管理系统方案设计

殷锦辉 陆庭辉 罗序良 郭凤婵 黄和锟

摘 要：文章针对IT资产管理中普遍存在的人工统计效率低，资产设备无法动态追踪，账目与实物不一致等问题，首先调研了采购、仓库和运行管理的主要需求；然后提出了基于物联网技术的3层体系架构，并重点讨论了感知层的RFID子系统、U位子系统、WiFi子系统和LoRa子系统；最后讨论了本系统方案的优势。基于多种物联网感知技术的系统方案符合IT资产管理的需求，为实现IT资产全生命周期的数字化管理，提供了可行方案。

关键词：物联网；IT资产管理；资产定位；资产跟踪；越界预警

电网企业IT资产数量庞大、种类繁多，从采购申请、进货检验、收货入库、领用出库、盘点追踪到资产报废，整个过程除了耗费大量的人力外，还经常出现管理不善的问题[1-3]。多数电网企业IT资产管理都存在定位难、维护难、管理难、追踪难、效率低等问题[4-5]。为了革新传统IT资产管理的理念和方法，使电网企业IT资产实现高效率的全过程管理。将引入物联网技术，改善传统方法的效率，实现资产设备的动态追踪、降低人力成本。本文从需求分析入手，讨论基于物联网技术的IT资产管理系统方案设计，重点分析感知层WiFi、LoRa、UWB和U位4个子系统，从技术的角度为电网企业提供可行的技术方案，实现企业IT资产全生命周期的数字化管理，提高IT资产管控效率及力度，减少资产遗失[6]。

1 需求分析

1.1 采购管理模块需求分析

采购管理主要包括采购申请、采购订货、进货检验等环节。传统的采购方式存在很多弊端，无法做到在合适的时间，采购合适的产品，并保证按时供应。问题主要表现在：传统方法无法及时了解到整个供应链的供应状态，无法及时制定采购计划，造成采购延迟；同时无法全面准确地把握库存信息、需求信息，在不合适的时间点购入了数量不合适的物资，造成了库存的积压；传统采购模式签订合同后，缺乏对物资生产环节、物流环节的有效跟踪，在生产过程中无法确保原始资料的完整性和准确性，同时忽视运输过程中的风险，可能导致物资损坏或无法保证供应。IT资产管理在采购管理方面的主要需求总结如下。

（1）制定快速合理的采购计划。实时地了解整个供应链的供应状态，从而更好地把握库存信息，及时对采购计划进行制定和管理，并及时生成有效的采购订单。

（2）把握准确的采购时机，避免资产积压。在准确的时间购入合适的IT资产且不会造成库存的积压，从而实现“简单购买”向“合理采购”转变。

（3）有效的全过程跟踪。利用不可重复写入的RFID标签，为产品建立产品履历，在生产指导、物流流通环节实现全过程监控。

1.2 仓库管理模块需求分析

电网企业的IT资产数量庞大、种类繁多，如打印机、显示器、路由器、机房设备、电脑还有各类耗材，仓库管理是重要的一个环节，主要包括入库、盘点、出库和移库。传统出入库有3个基本要素是严格控制的：经手人员、IT资产、记录，一般需要多层多次检查才能确保准确性，IT资产基础数据采用人工采集、手工输入，将耗费大量时间。IT资产盘点涉及企业的各个部门，下属分支机构地域分散，传统的盘点方式不仅增加了很大的时间和人力成本，而且容易造成遗漏和重复。在移库过程中资产移动是大批量的，工作量大、效率低的问题尤为突出，更容易造成遗漏。IT资产管理在仓库场景下的主要需求有以下几方面。

（1）快速准确出入库登记。通过在出、入库口通道处的读写器，快速识别IT资产物品的电子标签，并在数据库中找到相应物品的信息并自动输入电子标签的库存管理系统中。物资出、入库完毕后，通过管理系统打印出、入库清单，责任人进行确认。

（2）快速盘点。IT资产摆放在货架上，通过手持RFID读写器对IT资产盘点时，将RFID标签存储的信息读入手持设备后在导入（或无线实时传输）系统管理软件中，生成相应的盘点记录表，并与设备台帐进行自动对帐，并生成盘點报告，从而快速准确地完成盘点工作。

（3）批量快速移库。批量资产需要转移到其他仓库时，如一次性转移100个墨盒，利用读写器批量读取RFID标签的资产信息，具有多标签读取能力和较高的标签防冲撞性能。

1.3 运行管理模块需求分析

运行管理包括IT资产领用、移动、调拨和盘点环节，IT资产在领用出库后进入使用环节，根据设备功能的不同，将进入不同的应用场所。耗材等物资领用后将被消耗完，本文将不做讨论；电脑、打印机、复印机等设备进入办公区域；服务器、核心交换机等将进入机房。传统的管理模式采用人工方法，去各部门把IT资产逐一清点，由于无法有效追踪资产设备的位置，导致效率低下。机房管理处于手工+表格处理的“哑设备”管理状态，无法保证资产数据的准确性且运维效率低，机柜空间的管理方法落后，导致数据中心利用率低，造成基础设施投资的极大浪费。IT资产管理在运行管理环节中的主要需求有：（1）资产的动态追踪。在办公区域和机房环境下，利用物联网技术对资产进行定位和追踪。当重要IT资产非法离开指定的区域范围时，发出相应警报。（2）高效的主动盘点。重要资产设备出库后，系统发出盘点信息，定位标签可以主动响应。

2 系统方案设计

2.1 总体设计

针对电网企业中IT资产管理定位难、维护难、管理难、追踪难、效率低等问题，将RFID、U位、WiFi和LoRa 4种技术融合在一起，设计基于物联网技术的IT资产管理系统。系统架构采用物联网经典的3层体系结构：感知层、网络层和应用层，如图1所示。

应用层位于物联网3层结构中的最顶层，通过物联网云平台可以对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现对IT资产管理的精确管理和动态追踪。从结构上看，本系统应用层包括两个部分：IT资产管理系统和云计。IT资产管理系统主要管理IT资产服务，单纯就管理功能来说，与原有系统差别不太大；云计算是基于日积月累的IT资产数据进入深度分析，为采购计划制定、资产寿命估计、资产利用率评估等服务。网络层利用有线网络和4G蜂窝通信网络对采集的数据进行传输。感知层位于物联网3层结构中的最底层，通过感知网络获取IT资产设备所处位置和状态，是IT资产管理系统的核心。本系统利用RFID标签和读写器、U位定位模块和定位标签、WiFi AP和节点、LoRa基站和节点、具有定位和通信功能的能耗检测标签实现IT资产信息的全面感知。在本系统中，由于WiFi和LoRa局域网络除了通信功能外，还将用于IT资产的定位与跟踪，在功能上与普通无线传感网络类似，因此被划分到感知层。

应用层的IT资产管理系统与传统系统差异较小，本文不详细讨论，但是在感知层的数据采集和资产定位跟踪方面与传统手工采集方式完全不同，本文将感知层划分为RFID子系统、U位子系统、WiFi子系统和LoRa子系统，并逐一进行讨论。

2.2 RFID子系统

RFID是一种非接触式的自动识别技术[7]，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，一个基本系统包括：RFID标签、读写器、天线和管理系统，如图1所示。RFID标签种类很多，根据数据读写方式可以分为只读式（一次写入）和读写式（多次擦写）标签；根据封装方式可以分为粘贴式软质标签、塑料硬质标签、抗金属标签；根据有无电源可以分为有源标签和无源标签。管理系统在实施过程中可以根据资产设备的特性和应用需求进行选择，如服务器可以选择无源抗金属标签[8]。

采用无源一次性写入的RFID标签在设备生产环节就写入IT资产的信息，以确保原始资料的完整性；将RFID电子标签贴在固定资产表面，读写器读取标签内存储的资产信息进入采购管理系统，以实现对资产在供应链和物流运输环节的动态追踪。利用高频读卡器和内置防碰撞算法可以同时扫描100个标签而不发生漏检，实现批量快速的出入库、批量移库。工作人员通过手持读写器对固定资产进行定期或不定期的盘点，手持读写器通过网络，把扫描到的信息与系统信息进行自动比对，可以实现高效的资产盘点。IT资产设备或耗材放置仓库中的某货架或库位后，可以输入信息通过货架/货位指示灯或其他辅助方式指示货物所处的区域，使仓库人员能够快速查询到该资产所处位置。

2.3 U位子系统

由于机房的封闭性和金属材质对无线通信的干扰，基于无线通信技术的管理方式会出现通信被干扰，导致资产在追踪过程中遗漏。U位资产管理系统采用U位定位模块（Smart Rack）和U位标签（UTag）实现对机房服务器的定位和管理，如图2所示。服务器放置在机柜中，在机柜的侧面部署U位定位模块，定位模块上每个小隔对应一个U位，模块通过有线与物联网云平台相连。U位标签中存储服务器的ID号、设备名等信息，标签一头绑定（粘贴）在服务器上，另一头通过磁性元件吸附在U位定位模块上。U位定位模块通过与U位标签进行通信，确定标签位置，把标签信息发送到物联网云平台。U位定位模块和标签独立存储IT资产数据，实时更新，确保资产位置信息准确。

在机房的应用场景下，资产的定位和追踪将变得非常容易。服务器规定安装在某个机柜，机柜的位置和编号是固定的，U位定位模块固定在机柜上，初始位置是固定的。服务器与定位标签粘贴在一起，定位标签吸附在定位模块的位置就是服務器所处的位置（U位）。在IT资产管理系统中，把服务器与具体的位置进行绑定，一旦服务器搬离，粘贴在一起的定位标签也将一同搬离，定位标签与定位模块的通信中断，当有服务器异动发生时，系统在现场自动发出声光报警，并且在软件管理平台中实时提示，响应速度≤3 s。管理系统发出盘点指令，定位模块通过有线网络接收到指令信息后，读取定位标签上存储的信息，向管理系统汇报各服务器的信息以及位置。服务器的具体位置信息和功耗情况在软件上都可进行实时监控。

2.4 WiFi子系统

WiFi子系统重点解决无线组网和IT资产在办公区域的定位问题[9]。WiFi覆盖范围广，无需布线，传输速度快，300 M的WiFi路由器正在普及，下一代标准最高传输速率可达6.7 G[10]。以上优点，都为其在IT资产设备管理的应用奠定了良好的基础。本系统中，采用POE交换机[11]和面板AP的部署方式来满足无线网络的覆盖和定位需求，部署方法如图3所示。

POE交换机+AP面板的方案可以很好地解决无线网络覆盖问题，本方案美观漂亮，墙壁上的一个面板，不拖线，不落灰；信号好、网络快；同一个SSID，无缝切换。POE交换机除通信之外，还需要给面板AP供电和控制面板AP，以及用户在AP间切换。

POE交换机+AP面板的方案同样也可以解决定位问题，定位终端（定位标签）在多个AP（定位基站）覆盖的情况下可以利用指纹定位算法实现定位。某个位置上通信信号的多径结构、某个位置上是否能检测到接入点或基站、某个位置上检测到的来自基站信号的接收信号强度（RSS）、某个位置上通信时信号的往返时间或延迟，这些都能作为一个位置指纹，或者也可以将其组合起来作为位置指纹。

使用位置指纹进行定位通常有两个阶段：离线阶段和在线阶段。在离线阶段，为了采集各个位置上的指纹，构建一个数据库，需要在指定的区域进行繁琐的勘测，采集好的数据有时也称为训练集。在在线阶段，IT资产粘贴上带有WiFi定位的标签，利用室内部署的无线网络指纹信息，系统将估计待定位的IT资产设备的位置，并记录设备的位置信息，当设备离开设定区域，发生警报信息，保证资产设备的安全性。采用基于WiFi的指纹定位方法成本较低，不需要额外添加设备，但是定位精度较低，在AP分布比较稠密时，定位精度可以达到某个楼层或某个房间。

2.5 LoRa子系统

LoRa是一种低功耗局域网无线标准[12]，它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3～5倍，传输距离在城镇可达2～5 km，郊区可达15 km[13]。本系统采用LoRa技术在于解决在偏远地区（如供电所），没有WiFi或有线网络覆盖的网络通信与资产定位问题[14]。LoRa网关（同时作为定位基站）采用SX1301，通信节点（同时作为定位终端）采用SX1278，IT资产设备信息和位置汇聚到网关后，经过有线或者4G网络，发送到远端服务器处理，部署如图4所示。

LoRa传输范围很广，通常一个网关就可以为整个供电所实现无线网络覆盖，本方案采用主从式3个网关，目的在于兼顾通信的同时，也考虑IT资产的定位。基于RSS的定位方式定位精度较低，因此，本系统采用基于无线信号的飞行时间和到达网关的时间差来进行定位，需要在所有的网关实现时钟同步，目前采用北斗卫星时间基准加上无线通信校准的方式实现高精度同步。

3 结语

将物联网技术融合在IT资产管理中，比传统的方法有以下好处。

（1）提高运行效率：利用物联网技术能很好地监控运行维护各环节的细节和情况，简化维护工作。

（2）降低人力和管理成本：RFID标签与读写器价格不高，利用相关物联网技术可以提高人员的效率，能够适当降低人力成本和资产管理的成本。

（3）保持数据同步与精度：利用物联网技术及时收集设备具体位置信息和资产信息，系统中的账目与实际的资产可以一一对应，不再出现资产遗漏的问题。

（4）动态跟踪与预警：采用物联网技术方式可以动态地实时跟踪资产移动轨迹，一旦资产离开设定范围，将在会发出预警信息。

[参考文献]

[1]钟辉强.物联网技术在电力系统中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（17）：6.

[2]陈磊.物联网在电力行业的应用[J].电子世界，2018（8）：27-28.

[3]张敏，杨智勤，张国君，等.电网企业固定资产管理的物联网技术应用[J].财务与会计，2017（11）：35-37.

[4]张维志.物联网技术在电力设备管理中的应用[J].电子制作，2016（2）：99.

[5]姚洪林，方靖宇.基于物联网的电网资产全寿命周期管理策略[J].华北电力大学学报（社会科学版），2013（5）：48-51.

[6]汪延龄.物联网技术在电力设备管理中的应用与研究[J].计算机产品与流通，2017（12）：89-90.

[7]范江东，王克平，屠晓栋，等.基于RFID的电力智能仓储管理系统应用研究[J].自动化与仪器仪表，2018（10）：10-13，17.

[8]夏江林.无芯片多标签RFID的信号源研究与设计[D].绵阳：西南科技大学，2018.

[9]苏州新导智能科技有限公司.基于WiFi的实时定位系统（RTLS）方案[J].金卡工程，2014（10）：56-58.

[10]田家英，张志华.基于近邻法的WIFI室内定位改进算法研究[J].测绘工程，2018（12）：31-36.

[11]劉嘉滨.PoE交换机设计与配置管理[J].实验室研究与探索，2012（6）：79-81，85.

[12]王阳，温向明，路兆铭，等.新兴物联网技术—LoRa[J].信息通信技术，2017（1）：55-59，72.

[13]卢小姣，庞成鑫，邵嘉，等.LoRa覆盖性能评估及定位技术研究[J].通信技术，2018（9）：2117-2122.

[14]蒋武洲，周海东，刘福，等.物联网LoRa技术的应用与发展[J].电视技术，2018（8）：100-103.