基于SNMP协议的海关实验室仪器设备绩效监控系统研发

周守宇?傅文睿?宋兆磊?宫开祯

摘要：目前，海关仪器设备使用率数据依赖人工巡检统计，缺少自动采集与分析手段。基于SNMP协议设计了海关仪器设备绩效监控系统整体框架与功能，使用物联网监控终端自动采集仪器设备电流电压，利用SNMP协议实现数据传输，对海关仪器设备工作状态时长、非工作状态时长进行统计，分析海关实验室仪器设备使用率。根据绩效评估算法，通过对仪器设备不同工作状态下电流电压数据的统计分析，生成仪器设备绩效考核结果，为海关仪器设备统筹使用、业务能力提升、技术保障等提供绩效数据支撑。

关键词：SNMP；物联网；绩效监控；仪器设备绩效

一、前言

近年来，海关深入推进科技兴关战略，持续推进智慧海关建设，不断提升科技支撑引领保障水平。为深入开展海关仪器设备绩效评估系统研究，继续完善海关科技绩效考核与评估指标体系，针对海关仪器设备数量多、位置分散，运维保障要求高等现状，通过SNMP标准协议获取仪器设备不同工作状态下电流电压数据，对获取的数据经统计分析后生成仪器设备绩效考核结果，进一步加强海关科技绩效考核能力，提高海关仪器设备运维保障水平。

SNMP协议被称为简单网络管理协议，是一种应用层协议，主要用于服务器、工作站、路由器、交换机等设备的网络管理。SNMP协议简洁高效，能够完成设备信息的采集和配置。随着物联网技术的不断发展，越来越多的硬件设备支持SNMP协议[1]，多种开源代码支持SNMP协议的对接，为不同设备提供了统一管理、标准接口、快速部署的协议支撑[2]。在能效监测领域，越来越多的能效监控设备支持与使用SNMP协议，能效监控系统及被管理设备均可按照SNMP协议，定义设备绩效管理信息库，实现设备工作状态信息的获取，为仪器设备使用率统计分析提供数据支撑。

二、系统总体设计

建设海关实验室仪器设备绩效监控系统，实现实验室仪器设备的使用效能相关数据等数据的自动获取，实时掌握设备状态，全过程进行动态跟踪监控。根据绩效评估算法，通过对仪器设备不同工作状态下电流电压数据的统计分析，生成仪器设备绩效考核结果。海关仪器设备绩效监控系统总体架构主要分为数据采集模块、数据处理模块、SNMP协议对接模块、数据统计展示模块，总体架构如图1所示。

软件架构为B/S结构，利用Thymeleaf、SpringBoot、MyBatis等技术构建了MVC架构服务端。服务器使用Linux系统，部署了Nginx、MySQL数据库、JDK1.8、Zabbix等运行环境[2]。

本系统通过SNMP协议实现数据的采集与通信。SNMP中的管理程序和代理程序按客户服务器方式工作，管理程序运行SNMP客户程序，代理程序运行SNMP服务器程序，在被管对象上运行的SNMP服务器程序实时监听来自管理站SNMP客户程序的请求或命令。

SNMP由3个部分组成，即SNMP、管理信息结构SMI（Structure of Management Information）、管理信息库MIB（Management Information Base）[3]。SNMP定义了管理站和代理直接所交换的分组格式，包含各代理中的变量及状态值，SNMP可读取和改变变量及状态值。SMI定义了SNMP框架所用信息的组织和标识，为MIB定义管理对象及使用管理对象提供模板。MIB定义了管理对象的集合。

三、数据采集模块

数据采集模块主要依托电源分配插座、SNMP适配模组、单相电量测量模组等组成。电源分配插座主要用于海关仪器设备的电力分配，能够对仪器设备提供100～240V、10～32A的电源供应，提供安全稳定的电源供应。单相电量测量模组能够对仪器设备的电压、电流进行实时采集与监测。SNMP适配模组将单相电量测量模组获取的电压、电流原始值进行数据转换，通过SNMP标准协议进行MIB库的生成和导出，绩效监控平台可以通过SNMP协议查询模组采集数据。数据采集模块部署后，开启SNMP trap服务，并配置设备IP、trap端口和社区名称，为协议对接提供接口。

四、SNMP协议对接模块

SNMP协议对接模块采用SNMP4J进行开发，SNMP4J是由德国AGENTPP公司使用Java实现SNMP协议的开源项目，这是目前国内流行的开源SNMP实现方式之一[4]。

通过SNMP协议将被监测的仪器设备实时电流、电压等属性组织成MIB，并在MIB中通过OID识别树形结构的各个属性节点，对设备实时电流、设备实时电压等属性值进行结构化组织。按照预设采集频率，SNMP协议使用无连接的UDP报文，被监测的仪器设备通过端口161来接收数据采集报文，绩效监控管理平台使用端口162接收被监测仪器设备的响应报文。

五、数据处理模块

海关仪器设备绩效与仪器设备使用率具有关联性，仪器设备使用率高，则仪器设备绩效考核得分高。通过对海关仪器设备工作状态、非工作状态的电压、电流进行统计分析，能够及时准确地获得单台仪器设备的使用率，获得仪器设备系统的绩效评价结果，为仪器设备统筹使用、科学配置提供决策性技术支撑。

（一）设备运行绩效数据计算

每台仪器设备的状态分为非工作状态、工作状态等两种情况。

第一种情况为仪器设备开机后非工作状态。该状态下，仪器设备已开机，但未运行实验软件，仪器设备运行功率处于较低水平。通过绩效监控系统，对海关仪器设备非工作状态下的功率值进行采集，获取非工作状态设备功率平均值，作为设备功率基准值为Pj。某型号实验室设备基准值Pj如表1所示。

第二种情况为仪器设备开机后处于工作状态。该状态下，仪器设备已开机，正常运行实验软件，仪器设备运行功率处于较高水平。通过绩效监控系统，对海关仪器设备工作状态下的功率值进行采集，获取工作状态设备功率平均值，作为设备功率负荷值Pw。实验室某型号设备负荷值Pw如表2所示。

（二）绩效评估算法设计

在绩效考核前，对仪器设备非工作状态与工作状态下的电压、电流值进行采集，使用算术平均计算方法得出某仪器设备基准值Pj与负荷值Pw。

在T时段内，设备使用率为S，工作状态设备功率阈值为Pj+Pw/2，设备运行功率大于等于阈值的设备，设备状态为工作状态；设备运行功率小于阈值的设备，设备状态为非工作状态。对设备处于工作状态的时长进行统计及累加，通过公式                               ，计算设备工作状态占T工作周期的时间比例，得出设备的使用率。

六、数据统计展示模块

数据统计展示模块接收来自数据采集模块、数据处理模块传递的数据，对海关实验室仪器设备不同工作状态下电流、电压数据进行展示、统计、分析。根据海关仪器设备绩效评估算法，自动生成海关仪器设备绩效考核结果。海关仪器设备绩效统计展示模块如图2所示。

（一）设备管理子模块

该模块主要为实现实验室仪器设备的同步、编辑、删除等功能，支持添加及维护设备信息。设备数据同步后，可通过数据采集模块，通过仪表盘界面展示仪器设备实时监测数据，显示设备状态信息，主要包括设备名称、电流、电压指标等信息。可配置设备名称、设备保管人、所属实验室、工作阈值、设备IP、端口、协议类型、协议版本、写入社区、读取社区等设备连接信息。

（二）绩效管理子模块

该模块主要为实现设备实时状态展示、设备绩效统计、实验室绩效统计展示等信息。展示海关仪器设备绩效统计信息，包括年运行时长、月平均时长、日平均时长、年用电量、功率等周期性绩效指标。同时可针对每个设备设置绩效预警，达到预设条件时发出提醒。预设条件包括预警周期、绩效阈值等。展示海关实验室绩效统计信息，包括在线设备数、离线设备数、设备运行总时长、日运行时长、年总耗电量、设备总功率等绩效指标。同时可针对每个实验室设置绩效预警，达到预设条件时发出提醒。预设条件包括预警周期、绩效阈值等。

（三）实验室系统管理子模块

该模块主要实现实验室信息的维护和展示，支持实验室与仪器设备之间的信息关联，以便显示设备所在实验室名称、设备部署地址等信息。系统可以编辑、展示实验室名称、实验室地址、所属单位等实验室机构信息。

七、结果与讨论

海关仪器设备绩效监控系统使用物联网监控终端自动采集仪器设备电流电压，通过对海关仪器设备工作状态、非工作状态的电压、电流统计分析，及时准确获得单台仪器设备的使用率，获得仪器设备系统的绩效评价结果。绩效监控系统能够与仪器设备管理流程有效融合，主要业务流程如图3所示。

1.仪器设备到货环节。读取仪器设备上的RFID标签信息，获得设备ID号后，RFID标签与设备资产台账信息进行关联。通过RFID标签能够查询到设备的购置日期、购置金额、设备型号品牌、序列号，购买日期等资产台账信息。

2.仪器设备安装环节。仪器设备安装于海关实验室后，通过物联网终端与后台系统互联互通，将收集到的能耗等各类数据，通过物联网SIM卡发送至后台。

3.绩效监控环节。仪器设备加电运行后，通过绩效监控系统实时监控仪器设备的实时电流、电压数据，并通过绩效评估算法输出设备使用率数据，并通过与设备台账数据的关联分析，获得绩效考核得分。

4.绩效考核环节。将仪器设备绩效考核、台账管理数据、业务绩效等数据提交至海关科技绩效评估与考核平台。

八、结语

海关仪器设备绩效监控系统基于SNMP协议能够快速实现数据接口对接，增强了绩效数据采集的全面性，丰富了考核手段，提高了绩效考核的精准性。相对于现有仪器设备使用率人工统计方式，降低了绩效考核的人工及时间成本，仪器设备绩效考核的科学性获得提升。海关仪器设备绩效监控系统既可以用于实验室自身仪器设备的日常管理与风险预警，同时支撑管理部门对实验室的绩效监控，对于优化工作方式，提升仪器设备管理水平与绩效考核效率具有双重意义，社会效益与经济效益显著[5]。由于海关仪器设备的复杂性，数据接口标准不统一，未来海关仪器设备绩效考核物联网监控终端将不断优化升级，并进一步扩展仪器设备工作状态数据的采集指标，推进海关仪器设备绩效监控系统的试点与应用。

参考文献

[1]张文川.基于SNMP协议的计算机网络自诊断系统设计[J].自动化技术与应用，2022，41（6）：46-50.

[2]山东国子软件股份有限公司.浅谈如何借助信息化加强大型设备使用绩效管理[J].行政事业资产与财务，2018（21）：18-19.

[3]吴威，王鸣.基于SNMP的监控系统关键技术研究与开发[J].无线互联科技，2018，15（6）：22-25.

[4]王庆喜，黄均乐，左枫.基于SNMP4J的交换机台账核对及运维管理[J].电脑知识与技术，2016，12（18）：235-237.

[5]王刻铭，刘浩源，刘仲华.基于模糊理论的高校大型仪器设备绩效考核探究[J].实验室研究与探索，2021，40（11）：238-245.

基金项目：海关科技绩效评估集成体系研究与应用体系的研究（课题编号：2021HK288）