烟叶平台统一硬件设备接入管控的设计与实现论文

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　　摘要：为推动烟草行业高质量发展，结合数字经济发展趋势和行业相关探索实践经验，烟草行业2020年启动全国烟草生产经营管理一体化平台建设，烟叶平台是其中一个重要领域。管控烟叶包装条码打扫码硬件设备是烟叶平台核心建设内容之一，文章着重介绍烟叶平台打扫码硬件设备接入管控以及基于Web浏览器及硬件网关实现打码控制的设计与实现。

　　关键词：烟叶   打扫码   物流

　　烟叶平台的核心功能之一是进行烟叶包装条码打扫码，涉及到烟叶平台“二打八扫”全流程，贯穿烟叶资源流通的各个物流环节。故需建立安全可靠的扫码设备接入及管控机制，保障各业务环节的有序稳定运行。基于Web应用系统可实现信息设备在网络平台上的管理，企业能够及时地掌握信息设备的信息，实现信息资源的共享，最大限度地发挥了信息化对于设备管理的作用，提高了信息设备管理的效率[1]。烟叶行业平台是全烟叶行业全国统一应用，不仅需全局把控相关设备安全接入，更要保障设备接入数据传输的效率与稳定。打造支持不同设备与云平台之间的数据通信机制，建立保障硬件设备与云平台之间结构化及非结构化数据稳定传输平台。烟叶平台通过基于Web技术的B/S应用建立硬件网关服务，实现多平台多品牌多厂商的不同设备型号的集成，把控所有设备的安全接入以及与云服务通信，完成业务功能操作。

　　一、烟叶硬件网关服务现状

　　（一）硬件网关服务系统研究现状

　　为了改进这种通信方式，北京信息科技大学黄艳庭、谷玉海、王菊远设计了基于WebSocket的风电机组Web实时监测系统，数据服务器通过TCP/IP通信获取高速同步采集系统采集的监测数据，并通过Go语言提供的Channel消息通信机制建立数据服务器与Web服务器之间的数据传输，确保了数据显示的实时性。在浏览器端实现对采集数据的实时在线监测、处理、分析和诊断，对准确了解风电机组设备实时状况及延长设备寿命具有重要意义[2]。

　　同时，目前烟叶设备也正向集成度高的一体机发展，例如四川省烟草公司泸州市公司公开了一种一体式烟叶收购机，包括集成柜、无线模块以及分别与所述集成柜连接的智能终端、打印机、身份证读卡器和RFID读卡器，所述智能终端、打印机、身份证读卡器、RFID读卡器和无线模块的电性连接包括内部连接和外部连接，所述内部连接的连接线内置于所述集成柜，所述外部连接的若干接口设置在所述集成柜的外围。本实用新型设计以现有的软硬件设备为基础，通过集成创新，将智能终端、打印机、身份证读卡器和RFID读卡器进行一体集成，同时将它们之间的内部连接件内置于集成柜内，外部接口设置在集成柜的外围，能够减少操作人员的线路连接，在投入少的前提下，有效地解决了当前烟叶收购设备的痛点难点，成本低廉且便于维护[3]，以上在实现硬件高度集成的同时,也对Web应用对各类设备终端兼容性提出更高的要求，一个应用就要设置对集成的所有设备进行兼容，同时还要支持扩展，对硬件网关应用软件提出了更高的要求。

　　硬件设备的应用不仅在烟叶流通的起始收购环节有应用，在烟叶流通的各个环节都有重要的应用意义，例如目前各企业重点建设的烟叶质量追溯体系应用，陈洲、王丽娟、王秀山等着重研究烟叶从农业生产到复烤过程的追溯体系，可追溯种植、采收、烘烤、分级、收购、储存调运以及复烤环节的质量信息[4]。王志勇、祝世敏等应用二维码技术对烟叶生产、分级、收购、仓储等节点进行全程信息标记，并通过信息报送系统打通烟叶供应链信息流，实现工商信息共享和工业企业对烟叶质量的追溯到户、追溯到岗[5]。刘国庆、蔡桦等针对打叶复烤企业的烟叶质量追踪追溯进行分析研究，依托RFID等物联网技术对打叶复烤过程中的交接、加工、运输、存储等环节进行跟踪和追溯，在发现问题时能及时完善处理，并追查到问题产生的根源[6]。从案例分析可见，硬件设备在烟叶全流程的广泛应用前景，故更需要设计出符合行业要求的硬件设备接入管控系统，是行业发展必然结果。

　　（二）硬件网关服务演变历史

　　烟叶硬件网关服务已历经4代。第一代直接使用硬件设备接口文件，缺点就是与设备驱动耦合度较高，如果有新增设备，需增加开发对应的适配功能包。第二代通过使用OCX插件调用硬件设备的接口，优点就是降低耦合度，解决了BS无法直接访问本地硬件的问题，但是依然有缺点，就是通过OCX的调用非常消耗IE资源，导致IE不稳定。第三代通过添加硬件服务，IE不直接调用硬件设备接口文件，大大降低了对IE资源的消耗，解决了IE不稳定的问题。第四代通过SOCKET技术，实现web浏览器与硬件网关服务通信，间接调用硬件设备的接口文件，实现web应用与硬件服务的轻量化，实现应用与设备的松耦合。

　　二、烟叶平台统一硬件设备接入管控的系统设计

　　烟叶平台统一硬件设备接入管控系统是建立在2个基础功能上实现的，第一个就是设备接入管控，另外一个就是硬件网关服务。通过以上2个功能，即可实现对烟叶平台接入设备的全局接入管控，以及硬件设备与web应用之间的数据通信传输，实现高质量烟叶平台硬件设备管控平台，支撑烟叶全流程的硬件设备安全、可靠、稳定运行。

　　（一）技术架构设计

　　1.基于行业云平台的硬件访问权限控制系统。

　　依托行业云平台环境，基于“新数基”服务访问标准，构建基于云平台原生PaaS应用的硬件访问权限控制系统，实现云服务与硬件设备之间标准化信息交互。

　　统一硬件设备管控系统技术架构共分五层：

　　第一层是硬件设备层，烟叶平台需支持PDA及打扫码PC主机等多种硬件设备的接入，通过云平台负载均衡组件实现对烟叶平台打扫码应用服务的访问，进行业务操作。

　　第二层即烟叶平台各类前端应用，其基于目前流行的VUE技术栈进行开发，实现轻量化扫码与扫码应用，支撑全国各单位执行打扫码相关作业。同时支持PDA设备离线批量扫码功能，方便现场快捷完成烟叶各类包装条码扫码作业。

　　第三层是烟叶平台关键的统一硬件设备接入管控层，其包含两部分内容：第一部分即设备接入权限控制服务，实现对接入烟叶平台各类设备的安全管控，是保障设备接入的安全屏障；第二部分即硬件网关服务，实现各类已授权的PC主机访问打扫码WEB应用对各种接口底层硬件设备的控制。

　　第四层为技术平台层，为烟叶平台统一硬件设备接入管控应用提供包含多级数据传输平台服务、多云适配服务以及基础技术框架，基础计划框架提供后端服务开发技术栈，其包含Spring、SpringBoot、SpringClound、MyBatis及Hutool等技术组件。

　　第五层即云平台底座层，也是行业“新数基”核心基础，为烟叶平台统一硬件设备接入管控应用提供分布式数据库、分布式事务、服务监控、搜索引擎、流程引擎、分布式配置中心、分布式对象存储、分布式缓存、消息队列、分布式调度中心等PaaS层服务，以及VPC、ECS、Docker、K8S、IT网络设备、安防设备、服务器机房运维等IssS层服务。

　　2.硬件网关服务技术架构。业务应用通过socket长连接硬件服务器，当业务应用向硬件服务器发起设备指令时，硬件服务器socket接收，将接收到的数据存入接收数据对列，对列中的数据（起到数据不丢失）会依次将数据提交到数据处理中心进行处理，当设备处理中心接收到处理指令后和具体指定设备进行设备的数据交互，将数据交互结果提示到数据处理中心，并提交到发送数据对列，返回socket消息给业务。

　　3.标准设备和非标准设备。

　　（1）标准设备是指设备符合《烟叶管理信息系统外围设备接口标准》的设备，由第三方厂商或者供应商提供按《烟叶管理信息系统外围设备接口标准》开发动态库提供给我司，我司帮忙重新验证测试动态库没问题后，将动态库加到硬件服务器中，只在hwcell数据库增加对应的设备脚本，硬件服务器不需要修改。

　　（2）非标准设备是指相对于标准设备之外的设备，需要针对非标准设备各个不同开发，加到硬件服务器，硬件服务器需要做修改并发对应的版本。

　　（二）硬件网关服务系统功能设计

　　1.硬件服务器目录结构和主要文件。

　　（1）Print目录：存放fr3等文件，此类文件需要在业务调用打印任务方会从业务后台中下载到这个目录。

　　（2）Serverlog目录。一是存放业务和硬件服务器之间交互的日志文件，每天一个日期文件名文件，支持最近30天的日志记录。二是在allinonelog子目录存放第三方外围设备接口和硬件服务器交互的日志文件，每天一个日期的文件名文件，支持最近30天日志记录。

　　（3）sound目录。存放语音文件。

　　（4）hwServer.exe文件。硬件服务器主要的文件，需要依赖Bolndmm.dll和Hook.dll（hook键盘），默认在后台隐藏运行，可以按ctrl+alt+p切换显示隐藏。

　　（5）hwUpdate.exe文件。提供硬件服务器升级的文件。

　　（6）SystemSet.hs文件。硬件服务器的配置文件，一般都不用关心这个文件内容。

　　其中ServerModel值0表示TSOBS，值1表示TSOCS，值2表示CELLBS，值3表示CELLCS UpdateAddr值表示升级地址。

　　2.Hwcell后台系统。目前支持的功能有：一是支持硬件服务器设备驱动文件的升级，提供3个升级用的调用接口，如下：

　　a)获取版本号http://IP:PORT/hwcell/downloadFile.do?method=getVersionNo&dllFileArr=xxx。

　　b)获取文件MD5http://IP:PORT/hwcell/downloadFile.do?method=getFileMD5&dllFileArr=xxx。

　　c)下载文件http://IP:PORT/hwcell/downloadFile.do?method=downloadDllFile&dllFileName=xxx。

　　二是cell系统的硬件参数设置页面模块。

　　3.硬件服务器的升级机制。通过业务调用协议Dev_Init中的参数aRemoteURLIP传升级地址内容，并保存到SystemSet.hs文件对应的UpdateAddr内容，tso和cell升级方式如下：

　　（1）在tso升级步骤。

　　a)hwUpdate.exe开机启动运行（安装包HwServerSetup_TSO.msc安装）。

　　b)hwUpdate.exe根据UpdateAddr升级地址，升级hwServer.exe并启动hwServer.exe。

　　c)hwServer.exe在调用连接各个设备时，根据UpdateAddr升级地址升级当前设备驱动文件。

　　（2）在cell升级步骤。

　　a)bs调用hsDev.ocx。

　　b)hsDev.ocx根据UpdateAddr升级地址，升级hwServer.exe和启动hwServer.exe。

　　c)hwServer.exe在调用连接各个设备时，根据UpdateAddr升级地址升级当前设备驱动文件。

　　三、应用效果分析

　　烟叶平台统一硬件设备接入管控系统在贵州省烟草公司及下属遵义、毕节、黔南州（市）公司及贵州复烤公司遵义复烤厂的试点应用，系统运行良好，基本达成预期试点效果。

　　（一）实现烟叶平台统一硬件设备接入管控标准模式

　　安全性向来一直都是行业信息化建设的重要课题，由于烟叶平台涉及全国众多企业、部门及业务环节，必须保证硬件设备的安全性，把控好设备客户端的接入安全，建立烟叶平台统一硬件设备接入标准是实现烟叶设备安全可控的基础。依托贵州试点验证项目，极大促进了烟叶硬件安全管控的相关行业标准的完善与落实。

　　一是通过对烟叶平台设备管理中设备注册授权码申请与下发，实现对接入硬件设备的管控，形成统一的设备注册与接入标准模式。

　　二是通过贵州试点验证，对与云平台与硬件设备之间的数据交互进行充分测试验证，并对高并发场景下的设备接入服务访问进行性能测试，均达到了设计要求，具体验证结果如下：

　　1.端与云环境打码模拟服务性能验证结果。在阿里云、华为云环境下，验证端与云环境打码模拟服务性能，打码服务成功率为100%,；平均RT、平均TPS、数据库平均CPU和平均内存等方面均符合性能要求；各组件的平均CPU、平均内存均符合性能要求。

　　2.端与云平台扫码模拟服务性能验证。在阿里云、华为云环境下，验证端与云环境扫码模拟服务性能，扫码服务成功率为100%,；平均RT、平均TPS、数据库平均CPU和平均内存等方面均符合性能要求；各组件的平均CPU、平均内存均符合性能要求。

　　（二）打通硬件网关操作系统壁垒，实现跨操作系统跨设备厂商硬件高兼容性

　　贵州全省涉及的硬件设备涉及设备厂商众多，不仅有国产硬件设备，还有霍尼韦尔等国外硬件设备厂商。通过对基于行业统一硬件网关服务在贵州全省现有设备的试点验证，并对验证结果分析可知，目前硬件网关服务对目前贵州全省商业在用的主流打码设备类型标签打印机和成包赋码一体机都是支持的，且均有较高的适配度。

　　四、总结与展望

　　烟叶平台统一硬件设备接入管控系统是在行业“新数基”统一底座上，结合烟叶《烟叶业务功能规范》《烟叶包装标签标识标准》《烟叶硬件设备接口标准》《烟草行业二维码技术规范》等行业标准，建立起的覆盖工业企业、复烤企业、商业企业全过程的烟叶硬件设备统一接入管控体系。通过在贵州省、云南省等参与烟叶平台试点验证的烟草公司单位的试点运行测试验证，系统可全面提高设备接入安全水平、烟叶流通环节质量管理水平及烟叶物流管控效率。

　　下一阶段，关于烟叶平台统一硬件设备接入管控系统研究重点是在贵州省等单位试点应用效果的基础上，进一步探索如何以更轻量化的技术手段，提高设备运转与响应效率问题，实现各单位不同场景下硬件设备接入在不降低安全性与兼容性的前提下，实现所有设备的快速接入，满足各类设备接入的高可用、高性能、高拓展的需求，进一步释放劳动力，降低用工成本，提高烟叶流通效率，进而推进信息化与烟叶产业的深度融合，持续推进烟叶供给侧结构性改革、推动烟叶高质量发展。

　　参考文献：

　　[1]王秋.基于WEB的信息设备管理系统开发与实现[J].信息通信,2012(05):122,117.

　　[2]黄艳庭,谷玉海,王菊远.基于WebSocket的风电机组Web实时监测系统设计[J].设备管理与维修,2018(13):67-69.

　　[3]四川省烟草公司泸州市公司.一体式烟叶收购机:CN202121740987.2[P].2022-05-10..

　　[4]陈洲,王丽娟,王秀山.基于物联网的烟叶质量可追溯系统的设计与实现[J].现代农业科技，2015(09):344-345.

　　[5]王志勇，祝世敏.烟叶全程质量追溯系统设计与实现[J].计算机工程应用技术，2014,10(24):5779-5782.

　　[6]刘国庆，蔡桦.RFID技术在打叶复烤烟叶质量追踪追溯中的应用[J].电脑编程技巧与维护，2015(16):18-19.

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