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[摘 要]针对银行业网点多、网点地域分布跨度大、用电设备数量和种类众多问题，根据银行日常管理和运维的要求，采用基于NB-IoT物联网技术的控制终端，结合B/S架构模式设计一套控制和能耗管理系统，解决传统银行业用电管理手段落后、能耗数据采集滞后等问题。该系统由信息采集、远程控制、能效分析等子系统组成，经开发测试上线验证后，运行稳定，实现了对跨区域银行网点能耗的实时管理，并具有良好的扩展性和推广性，为绿色金融在金融机构自身的环境和社会表现上进行了有益的探索。
[关键词]远程控制;能耗管理;系统设计
[中图分类号]TN929.5;TP391.44 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–04
[Abstract]In view of the problems of many banking outlets， large geographical distribution span of outlets， large number and variety of electrical equipment， according to the requirements of daily management and operation and maintenance of the bank， a control and energy consumption management system is designed based on Nb IOT technology and B / S architecture mode， which solves the problems of backward power management means and energy consumption data acquisition in traditional banking industry. The system is composed of information collection， remote control， energy efficiency analysis and other subsystems. After development and testing， the system runs stably， realizes the real-time management of energy consumption of cross regional bank outlets， and has good scalability and popularization， which makes a beneficial exploration for green finance in the environment and social performance of financial institutions.
[Keywords]remote control; energy consumption management; system design
隨着银行业数字化进程的发展，银行业务和管理系统的数字化水平得到了迅猛发展，支持银行业务发展的核心系统、支付系统、管理系统种类繁多且功能完善齐备。银行在主要业务和管理方面已初步实现数字化，且正在努力向平台化、智能化方向高速发展。随着数字化进程的快速推进，对跨地域分布种类繁多的各类用电设备管理和能耗管理提出了新的要求。
当前传统银行主要的用电设备为分散到各营业网点的门头招牌大屏、室内照明设备、空调、室内风盘风机、UPS不间断电源等，对用电设备的管理要求对于有人值守网点，通过发布各类管理办法，从制度上严格要求，或者通过定时巡检来督促检查落实;对于无人值守网点只能依托于时控器或者保持长期开机、关机状态，无法做到随时监控状态、关闭启动。能耗数据采集依靠人工上报，不仅时间上延后且极可能产生误报漏报。银行当前的管理方式严重制约了企业信息网络自动化管理的水平，需要一套设计合理、高度自动化系统来实现精确管理。
本文根据某银行的实际管理需求，使用软件工程理论方法结合当前主流技术，对远程控制及能耗管理需求进行了深入分析，并根据需求分析报告，完成了详细的系统分析和开发设计。该系统采用安全可靠的应用架构设计，能够及时、准确控制目标用电设备，按照预定的规则对用电设备进行控制，同时实现实时能耗数据采集。
1 系统功能需求分析
本文将远程控制及能耗管理系统的用户分为管理员和一般操作员，一般操作员具有辖内的用电设备控制操作权限、当前设备状态查看和历史能耗数据查询功能。管理员除具有一般操作员权限外，还具有用户管理、网点机构管理、用电设备管理、定时控制及告警规则管理权限。见图1。
2 系统设计及实现
2.1 系统总体设计
系统控制及能耗管理系统使用了基于NB-IoT物联网协议的控制终端，控制设备接入使用NB协议负责子网内设备间的组网及通信。后台服务采用2台应用服务器、2台数据服务器保障系统安全稳定运行，各网点机构通过安装控制设备用于负载设备的控制及能耗采集、环境温湿度数据采集。整个系统设计简单、安全、可实施性高。
在应用架构设计方面，采用的是B/S架构的应用模式，2台应用服务器使用Apache的mod_proxy模块实现负载均衡，负载分配规则根据挂起的请求数进行平衡，提高系统的整体可用。数据持久层采用2台Mysql数据库服务器，通过Master-Slave主从复制的方式同步数据，再通过MySQL-Proxy读写分离来提升系统的并发负载能力。消息及告警服务模块通过ESB接入行内统一的邮件和短消息服务。后端服务与控制终端采用TCP同步短连接通讯，根据向远程控制设备发送不同的报文实现远程控制后端用电设备的开、关、状态查询、电力监测、温湿度监测。总体设计见图2。 2.2 系统应用架构
应用层级架构采用三层设计模式，展示层使用jsp+ajax技术，通过业务逻辑层获得操作结果，负责用户交互、数据录入、控制操作、结果展示。业务逻辑层作为展示层和数据层的中间层级，基于J2EE架构设计遵循J2EE开发规范，为整个系统提供功能和服务，是整个系统的中枢控制中心。数据层采用mysql用于持久化保存系统产生的业务数据，并为业务逻辑层提供数据的变更、查询、存储功能服务。应用架构设计见图3。
2.3 系统主要功能实现
本系统与NB-IoT控制终端通信方式采用TCP短连接半双工通信方式，控制终端为服务器端，应用系统为客户端。每个控制装置配置有地址编码，通信链路的建立与解除均由主站发出的信息帧来控制。每帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据域长度、数据域、帧信息纵向校验码及帧结束符7个域组成，帧格式见表1。
每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位（1），共11位。其传输序列如图6。D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位。先传低位，后传高位。字节传输序列见图4。
（1）用户通过web页面对控制设备后端用电设备进行关闭、打开或者查询操作时，系统通过TCP短连接协议连接到控制终端，并发送按照协议格式组织的数据格式，读取控制终端返回数据判断操作是否成功，如操作失败或者返回异常等非明确成功信息，系统再次组织发送查询报文，获取控制端口最新状态，确保系统中记录的控制端口状态与实际情况完全一致。流程图见图5。
（2）依据定时规则进行控制时，检索定时规则控制表中当前需要执行控制的记录信息，根据定时规则定义的控制设备ID，查询设备信息表获取控制设备IP地址、端口号等信息，根据定时规则配置的操作类型，根据协议格式组织关闭或打开报文，以TCP短连接方式发送报文并接受解析控制终端操作结果。操作成功，修改控制设备当前状态表用电设备状态。为保证当前状态表中用电设备的准确，在操作失败或者返回异常后，组织状态查询报文，获取用电设备最新状态，如与控制规则不一致，则以邮件或短信告知管理人员。流程图见图6。
（3）关键代码实例如下：
int i1=0x68;int i9=0x14;//控制码
int i10= 0x02;int i11 =iDevPort;//要控制器端口编号
int i13=i1+i2+i3+i4+i5+i6+i7+i8+i9+i10+i11+i12;
if（i13>=256）i13 =i13-256;//校验码
int i14=0x16; //结束码
s=new Socket（szSvrIp，iSvrPort）;//连接到控制终端
s.setSoTimeout（iTimeOut）;//设置超时时间
os=s.getOutputStream（）;
is=s.getInputStream（）;
//发送闭合控制器端口报文
os.write（i1）;os.write（i2）;os.write（i3）;os.write（i4）;os.write（i5）;os.write（i6）;os.write（i7）;os.write（i8）;os.write（i9）;os.write（i10）; os.write（i11）;os.write（i12）;os.write（i13）;os.write（i14）;
byte[]buf = new byte[512];
is.read（buf）;//读取返回数据
//解析返回报文
szReturnMsg=SplitGetAllReturnStr（buf，0x94）;
if（errcode！=0）return null;
//其他省略
3 关键技术应用
3.1 mysql主从切换技术
通过使用MySQL+keepalived来解决在一台数据库发生了宕机或者意外中断等故障，保证业务不会因为数据库的故障而中断，尽可能减少停机时间。两台MySQL主机设为主从关系，然后用keepalived实现虚拟IP，通过keepalived自带的服务监控功能来实现MySQL故障时自动切换。如果作为Master的Mysql停止服务的话，Keppalived将通过执行keepalived_check_mysql.sh脚本，将mysqld的服务切换到从数据库。
3.2 mysql主从模式
利用MySQL主从复制来解决MySQL的数据一致性问题，确保用作备份、只读副本等功能的Slave的数据和Master的数据实时或者最终保持一致。从库开启一个I/O线程，向主库请求Binlog日志。主库开启一个binlog dump线程，检查自己的二进制日志，发送给从库，从库将接收到的数据保存到中继日志（Relay log）中，执行Relay中的操作完成MySQL的主从复制，确保Slave的数据始终与Master保持一致。Mysql主从模式如图7所示：
4 系统测试
本系统测试工作主要经过单元测试、集成测试、系统测试、验收测试。开发工程师依据代码及代码注释和详细设计文档，以白盒测试方法验证功能模块代码。在单元测试通过后，以黑白盒测试方法相结合方式开展系统测试，验证系统的接口及集成后的功能正确性。系统测试后，由测试人员对包括功能、性能以及系统运行的软硬件环境进行测试。最后，在系统部署前由需求提出方组织开展验收测试，确保系统准备就绪。运行结果如图8～图12所示。
5 结语
远程控制及能耗管理系统通过对远程的设备控制、设备状态监控及能耗数据采集，有效解决用电设备的管理手段落后、能耗数据采集滞后等实际管理中的问题，不仅提高了工作效率，扩展了日常管理工作的深度和广度，还减轻了相应人员的工作强度和压力，填补了传统金融机构在用电设备管理方面数字化空白。同时随着系统成功的上线运行，客观上还提升了对银行运行安全至关重要的基础环境设备设施的保障能力和运行环境的安全警戒能力。该系统的实施是以银行基层、集中管理的问题、堵点为抓手，契合了银行，乃至证券、保险等传统金融业的管理特点，有效解决了目前行业中网点类型层级众多，地域跨度大、人员配置不足且不平衡、基础运行保障管理信息及能耗数据反映、收集整理不及时、不统一等情况，具有集约化、数字化管理的技术特征。
参考文献
[1] 陈晓莉，王志铎.基于ZigBee的道路智能照明控制系统设计[J].现代电子技术，2019（12）：72-75.
[2] 宋洪儒，王宜怀，杨凡.基于窄带物联网的智能路灯控制系统设计与实现[J].现代电子技术，2019（2）：172-176，182.
[3] 赵远超，赵建平，徐娟，等.基于NB-IoT技术的仓储环境远程监控系统设计[J].自动化仪表，2019（3）：55-58.
[4] 黄伟，彭晓宏，张明明，等.一种基于窄带物联网的智能水表设计[J].现代电子技术，2019（14）：169-172，176.
[5] 王洪輝，卓天祥，魏超宇，等.地质灾害监测NB-IoT数据传输系统研制[J].中国测试，2019（5）：121-127.
[关键词]远程控制;能耗管理;系统设计
[中图分类号]TN929.5;TP391.44 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–04
[Abstract]In view of the problems of many banking outlets， large geographical distribution span of outlets， large number and variety of electrical equipment， according to the requirements of daily management and operation and maintenance of the bank， a control and energy consumption management system is designed based on Nb IOT technology and B / S architecture mode， which solves the problems of backward power management means and energy consumption data acquisition in traditional banking industry. The system is composed of information collection， remote control， energy efficiency analysis and other subsystems. After development and testing， the system runs stably， realizes the real-time management of energy consumption of cross regional bank outlets， and has good scalability and popularization， which makes a beneficial exploration for green finance in the environment and social performance of financial institutions.
[Keywords]remote control; energy consumption management; system design
隨着银行业数字化进程的发展，银行业务和管理系统的数字化水平得到了迅猛发展，支持银行业务发展的核心系统、支付系统、管理系统种类繁多且功能完善齐备。银行在主要业务和管理方面已初步实现数字化，且正在努力向平台化、智能化方向高速发展。随着数字化进程的快速推进，对跨地域分布种类繁多的各类用电设备管理和能耗管理提出了新的要求。
当前传统银行主要的用电设备为分散到各营业网点的门头招牌大屏、室内照明设备、空调、室内风盘风机、UPS不间断电源等，对用电设备的管理要求对于有人值守网点，通过发布各类管理办法，从制度上严格要求，或者通过定时巡检来督促检查落实;对于无人值守网点只能依托于时控器或者保持长期开机、关机状态，无法做到随时监控状态、关闭启动。能耗数据采集依靠人工上报，不仅时间上延后且极可能产生误报漏报。银行当前的管理方式严重制约了企业信息网络自动化管理的水平，需要一套设计合理、高度自动化系统来实现精确管理。
本文根据某银行的实际管理需求，使用软件工程理论方法结合当前主流技术，对远程控制及能耗管理需求进行了深入分析，并根据需求分析报告，完成了详细的系统分析和开发设计。该系统采用安全可靠的应用架构设计，能够及时、准确控制目标用电设备，按照预定的规则对用电设备进行控制，同时实现实时能耗数据采集。
1 系统功能需求分析
本文将远程控制及能耗管理系统的用户分为管理员和一般操作员，一般操作员具有辖内的用电设备控制操作权限、当前设备状态查看和历史能耗数据查询功能。管理员除具有一般操作员权限外，还具有用户管理、网点机构管理、用电设备管理、定时控制及告警规则管理权限。见图1。
2 系统设计及实现
2.1 系统总体设计
系统控制及能耗管理系统使用了基于NB-IoT物联网协议的控制终端，控制设备接入使用NB协议负责子网内设备间的组网及通信。后台服务采用2台应用服务器、2台数据服务器保障系统安全稳定运行，各网点机构通过安装控制设备用于负载设备的控制及能耗采集、环境温湿度数据采集。整个系统设计简单、安全、可实施性高。
在应用架构设计方面，采用的是B/S架构的应用模式，2台应用服务器使用Apache的mod_proxy模块实现负载均衡，负载分配规则根据挂起的请求数进行平衡，提高系统的整体可用。数据持久层采用2台Mysql数据库服务器，通过Master-Slave主从复制的方式同步数据，再通过MySQL-Proxy读写分离来提升系统的并发负载能力。消息及告警服务模块通过ESB接入行内统一的邮件和短消息服务。后端服务与控制终端采用TCP同步短连接通讯，根据向远程控制设备发送不同的报文实现远程控制后端用电设备的开、关、状态查询、电力监测、温湿度监测。总体设计见图2。 2.2 系统应用架构
应用层级架构采用三层设计模式，展示层使用jsp+ajax技术，通过业务逻辑层获得操作结果，负责用户交互、数据录入、控制操作、结果展示。业务逻辑层作为展示层和数据层的中间层级，基于J2EE架构设计遵循J2EE开发规范，为整个系统提供功能和服务，是整个系统的中枢控制中心。数据层采用mysql用于持久化保存系统产生的业务数据，并为业务逻辑层提供数据的变更、查询、存储功能服务。应用架构设计见图3。
2.3 系统主要功能实现
本系统与NB-IoT控制终端通信方式采用TCP短连接半双工通信方式，控制终端为服务器端，应用系统为客户端。每个控制装置配置有地址编码，通信链路的建立与解除均由主站发出的信息帧来控制。每帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据域长度、数据域、帧信息纵向校验码及帧结束符7个域组成，帧格式见表1。
每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位（1），共11位。其传输序列如图6。D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位。先传低位，后传高位。字节传输序列见图4。
（1）用户通过web页面对控制设备后端用电设备进行关闭、打开或者查询操作时，系统通过TCP短连接协议连接到控制终端，并发送按照协议格式组织的数据格式，读取控制终端返回数据判断操作是否成功，如操作失败或者返回异常等非明确成功信息，系统再次组织发送查询报文，获取控制端口最新状态，确保系统中记录的控制端口状态与实际情况完全一致。流程图见图5。
（2）依据定时规则进行控制时，检索定时规则控制表中当前需要执行控制的记录信息，根据定时规则定义的控制设备ID，查询设备信息表获取控制设备IP地址、端口号等信息，根据定时规则配置的操作类型，根据协议格式组织关闭或打开报文，以TCP短连接方式发送报文并接受解析控制终端操作结果。操作成功，修改控制设备当前状态表用电设备状态。为保证当前状态表中用电设备的准确，在操作失败或者返回异常后，组织状态查询报文，获取用电设备最新状态，如与控制规则不一致，则以邮件或短信告知管理人员。流程图见图6。
（3）关键代码实例如下：
int i1=0x68;int i9=0x14;//控制码
int i10= 0x02;int i11 =iDevPort;//要控制器端口编号
int i13=i1+i2+i3+i4+i5+i6+i7+i8+i9+i10+i11+i12;
if（i13>=256）i13 =i13-256;//校验码
int i14=0x16; //结束码
s=new Socket（szSvrIp，iSvrPort）;//连接到控制终端
s.setSoTimeout（iTimeOut）;//设置超时时间
os=s.getOutputStream（）;
is=s.getInputStream（）;
//发送闭合控制器端口报文
os.write（i1）;os.write（i2）;os.write（i3）;os.write（i4）;os.write（i5）;os.write（i6）;os.write（i7）;os.write（i8）;os.write（i9）;os.write（i10）; os.write（i11）;os.write（i12）;os.write（i13）;os.write（i14）;
byte[]buf = new byte[512];
is.read（buf）;//读取返回数据
//解析返回报文
szReturnMsg=SplitGetAllReturnStr（buf，0x94）;
if（errcode！=0）return null;
//其他省略
3 关键技术应用
3.1 mysql主从切换技术
通过使用MySQL+keepalived来解决在一台数据库发生了宕机或者意外中断等故障，保证业务不会因为数据库的故障而中断，尽可能减少停机时间。两台MySQL主机设为主从关系，然后用keepalived实现虚拟IP，通过keepalived自带的服务监控功能来实现MySQL故障时自动切换。如果作为Master的Mysql停止服务的话，Keppalived将通过执行keepalived_check_mysql.sh脚本，将mysqld的服务切换到从数据库。
3.2 mysql主从模式
利用MySQL主从复制来解决MySQL的数据一致性问题，确保用作备份、只读副本等功能的Slave的数据和Master的数据实时或者最终保持一致。从库开启一个I/O线程，向主库请求Binlog日志。主库开启一个binlog dump线程，检查自己的二进制日志，发送给从库，从库将接收到的数据保存到中继日志（Relay log）中，执行Relay中的操作完成MySQL的主从复制，确保Slave的数据始终与Master保持一致。Mysql主从模式如图7所示：
4 系统测试
本系统测试工作主要经过单元测试、集成测试、系统测试、验收测试。开发工程师依据代码及代码注释和详细设计文档，以白盒测试方法验证功能模块代码。在单元测试通过后，以黑白盒测试方法相结合方式开展系统测试，验证系统的接口及集成后的功能正确性。系统测试后，由测试人员对包括功能、性能以及系统运行的软硬件环境进行测试。最后，在系统部署前由需求提出方组织开展验收测试，确保系统准备就绪。运行结果如图8～图12所示。
5 结语
远程控制及能耗管理系统通过对远程的设备控制、设备状态监控及能耗数据采集，有效解决用电设备的管理手段落后、能耗数据采集滞后等实际管理中的问题，不仅提高了工作效率，扩展了日常管理工作的深度和广度，还减轻了相应人员的工作强度和压力，填补了传统金融机构在用电设备管理方面数字化空白。同时随着系统成功的上线运行，客观上还提升了对银行运行安全至关重要的基础环境设备设施的保障能力和运行环境的安全警戒能力。该系统的实施是以银行基层、集中管理的问题、堵点为抓手，契合了银行，乃至证券、保险等传统金融业的管理特点，有效解决了目前行业中网点类型层级众多，地域跨度大、人员配置不足且不平衡、基础运行保障管理信息及能耗数据反映、收集整理不及时、不统一等情况，具有集约化、数字化管理的技术特征。
参考文献
[1] 陈晓莉，王志铎.基于ZigBee的道路智能照明控制系统设计[J].现代电子技术，2019（12）：72-75.
[2] 宋洪儒，王宜怀，杨凡.基于窄带物联网的智能路灯控制系统设计与实现[J].现代电子技术，2019（2）：172-176，182.
[3] 赵远超，赵建平，徐娟，等.基于NB-IoT技术的仓储环境远程监控系统设计[J].自动化仪表，2019（3）：55-58.
[4] 黄伟，彭晓宏，张明明，等.一种基于窄带物联网的智能水表设计[J].现代电子技术，2019（14）：169-172，176.
[5] 王洪輝，卓天祥，魏超宇，等.地质灾害监测NB-IoT数据传输系统研制[J].中国测试，2019（5）：121-127.