CN117290180A - 基于时序数据分析设备运行状态的监测方法、设备及介质 - Google Patents

基于时序数据分析设备运行状态的监测方法、设备及介质 Download PDF

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CN117290180A CN202311254446.2A CN202311254446A CN117290180A CN 117290180 A CN117290180 A CN 117290180A CN 202311254446 A CN202311254446 A CN 202311254446A CN 117290180 A CN117290180 A CN 117290180A
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李红军
宋万顷
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苏鹏
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Abstract

本发明公开了一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，基于工作仪器控制软件所运行的计算机操作平台，输入对工作仪器控制软件运行时所形成的时序数据的数据处理配置信息、数据存储配置信息；基于输入的数据处理配置信息，获取计算机操作平台对所述工作仪器控制软件运行时的监控数据记录，并按照所述数据存储配置信息进行存储，以得到待处理的时序数据文件；调用关系型数据库函数，对待处理的时序数据文件中的数据转换为工作仪器的工作状态，以得到工作仪器设备的使用记录的时序数据分析结果。本发明通过windows系统自带的性能监视器记录仪器操作软件实现局域网下的仪器设备运行数据的监控与分析，进而提供了一种评估仪器设备工作状态的新方式。

Description

基于时序数据分析设备运行状态的监测方法、设备及介质
技术领域
本发明属于数据分析技术领域，具体涉及一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法。
背景技术
随着教育、科技研发、行政机构管理投资的加大，大量高精尖仪器设备涌进高校、企事业单位实验室以及政府等各类管理机构，同时教学与科研对高水平分析测试的依赖性越来越强，大型贵重精密仪器在科研中的支撑作用也日益增强，仪器设备的管理成为高校、企事业单位实验室管理以及政府等行政部门管理的重要内容。切实加强各类仪器设备管理，对于提高学校、企事业单位、以及各类行政管理部门的科研创新水平，促进其更快发展，提高仪器设备的利用率，节约能源，防止国有资产流失，具有十分重要的意义。
目前，国内外仪器设备管理处于安全考虑，为防止信息泄露，较多局限在制度管理和人工统计层面，通过管理人员对制度的执行以及对设备使用情况手工统计报表获取仪器设备使用的相关信息，这两种方法虽然可以提高仪器设备的使用效率和管理水平，但消耗人力、管理烦琐。管理的好坏取决于管理人员的责任心，而仪器设备所表现的很多状态通过该方法无法进行管理，所以如何寻求设备使用过程中的科学管理方法已经成为迫在眉睫的刚性需求。监测仪器设备的运行状态便于及时发现潜在的故障或问题，从而提前采取维修或更换措施，减少设备停机时间和生产成本。同时，通过监测可以帮助优化设备的运行效率，可以制定合理的维护计划和预测设备的寿命，提高设备的可靠性和使用寿命。
因大型仪器重要性，仪器的平台运行以及实验数据的安全变得尤为重要，所以相关高校、企事业单位实验室以及政府等各类管理机构在仪器使用层级做了网络隔离，广域网无法访问仪器平台及对应的操作平台，同时由于基于复杂的IT基础设施和网络环境下的如Prometheus、Zabbix等主流的监控系统的方式变得不再可行，另外，大型仪器的产品原厂层面从平台运行精准度等原因，不允许额外安装可检测运行的IOT测点，这也为仪器运行数据采集增加了难度。所以如何在该特殊环境条件下保证仪器运行操作及数据安全，也为仪器操作使用采集带来了难度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，本发明基于系统监控器，在尽可能减小系统侵入性的前提下，根据对各仪器设备的控制软件所对应的操作系统资源占用情况进行记录并采集，并利用时序数据处理技术，分析出仪器的使用记录的开始时间和结束时间；最后将仪器使用记录按不同的时间维度统计出仪器的机时数。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，包括步骤：
S1、获取各工作仪器使用时段，同时对相应的各工作仪器控制软件的运行数据进行收集，基于各所述工作仪器使用状态与运行数据的对应关系，以建立该对应关系的时序数据库；
S2、基于工作仪器控制软件所运行的计算机操作平台，输入对工作仪器控制软件运行时所形成的时序数据的数据处理配置信息、数据存储配置信息；
S3、基于输入的数据处理配置信息，获取计算机操作平台对所述工作仪器控制软件运行时的监控数据记录，并按照所述数据存储配置信息进行存储，以得到待处理的时序数据文件；
S4、调用时序数据库中函数，对待处理的时序数据文件中的数据转换为工作仪器的工作状态，以得到工作仪器设备的使用记录的时序数据分析结果。
优选地，步骤S2中，所述数据处理配置信息为对所述计算机操作平台自带的系统性能监控器进行的配置，具体为：
打开安装有待监测设备控制软件的操作系统自带的系统监控器，调取该系统监控器对所述待监测设备控制软件运行数据的监控日志，以获取计算机操作平台对所述工作仪器控制软件运行时的监控数据记录。
优选地，步骤S2中，所述数据存储配置信息，是基于所述系统性能监控器，建立数据收集器，以存放对工作仪器的监控数据，具体为：
建立数据收集器，同时将所述监控日志中的数据进行筛选后组成的时序数据存放至所述数据收集器，所述时序数据包括仪器编号以及进程使用监测指标，所述进程使用监测指标至少包括CPU占用率、内存使用率、磁盘IO操作速率任意一个，以得到包含所述进程使用监测指标数据的待处理的时序数据文件。
优选地，所述数据存储配置信息，还包括对对所述数据收集器进行属性配置，所述属性包括日志格式、时间间隔以及停止条件，以得到监测时间内所需格式的时序监控数据。
优选地，所述数据收集器包括多个数据收集器集，单个所述数据收集器用于存放按照时间间隔生成的时序数据文件子文件，多个所述时序数据文件子文件组成时序数据文件。
优选地，步骤S3与步骤S4之间还包括步骤：
通过所述计算机操作平台将所述时序数据文件实时上传至连接有同一局域的用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备，所述用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备存储有所述时序数据库。
优选地，步骤S1中，所述时序数据库至少包括CPU占用率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系、内存使用率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系、以及磁盘IO操作速率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系。
优选地，步骤S4，具体为：
获取时序数据文件中的CPU占用率、内存使用率以及磁盘IO操作速率数据，采用会话窗口函数与所述时序数据库中的数据比对，以得到工作仪器设备的使用记录，所述对比，具体为：
采用会话窗口函数，根据所述时序数据文件中的CPU占用率、内存使用率以及磁盘IO操作速率数据，找出时序数据库中的各CPU占用率、内存使用率以及磁盘IO操作速率数值，以对应得到该时序数据文件所对应的工作仪器各个时刻的使用状态。
一种电子设备，包括处理器以及存储器；
所述处理器与所述存储器相连；
所述存储器，用于存储可执行程序代码；
所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于执行上述方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法。
所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法与现有技术相比具有如下的优点和显著的效果：
一、本发明提供了一种监测大型仪器设备工作状态的方法，在没有安装第三方的软件、没有对实验室原始环境造成侵入性的前提下，记录仪器控制软件的操作系统资源占用情况，并利用时序数据处理技术，分析出仪器每段使用记录的开始时间和结束时间；最后将仪器使用记录按不同的时间维度统计出仪器的机时数。
二、本发明提供的一种监测大型仪器设备工作状态的方法，不需要单独采购检测设备，大大降低了大型仪器设备监测成本；在控制检测的通用性和易用性的前提下，提供了更多维度的指标用来判断仪器的运行状态，为大型仪器设备的利用成效监测提供了新的解决思路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中系统监控器操作示意图；
图2为本发明实施例一中数据收集器的操作流程示意图；
图3为本发明实施例一中结构示意图；
图4为本发明实施例一中CPU使用处理情况表示例图；
图5为本发明实施例一中示例仪器工作数据示意图；
图6为本发明一种基于时序数据分析的大型仪器设备运行状态监测方法流程图。
实施例一：
本发明提供一种基于时序数据分析的大型仪器设备运行状态监测方法，适用于对大型仪器运行平台以及实验数据的安全特殊考虑的应用场景下，基于相关高校、企事业单位实验室以及政府等各类管理机构在仪器使用层级做了网络隔离，广域网无法访问仪器平台及对应的操作平台的情况下，实现仪器运行数据的采集以及分析。
以解决大型仪器设备监测困难的问题。包括以下步骤：
S1、获取各工作仪器使用时段，同时对相应的各工作仪器控制软件的运行数据进行收集，(现有的大型仪器设备基本都有配套的Windows操作电脑及相应的操作软件)，基于各所述工作仪器使用状态与运行数据的对应关系，以建立该对应关系的时序数据库；
具体地：通过仪器的管理员工作数据，获取各工作仪器使用时段；同时，对相应的各工作仪器控制软件的运行数据进行收集，所述运行数据至少包括CPU占用率、内存使用率以及磁盘IO操作速率，将运行数据与仪器的管理员记录的设备运行状态进行对应；并将CPU占用率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系、内存使用率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系、以及磁盘IO操作速率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系并存放至时序数据库。
S2、基于工作仪器控制软件所运行的计算机操作平台，输入对工作仪器控制软件运行时所形成的时序数据的数据处理配置信息、数据存储配置信息；
示例地，鉴于仪器管理员禁止在仪器操作电脑上安装第三方应用，所以通过对计算机操作平台Windows操作系统的配置来确定仪器的状态。具体地，基于Windows操作系统的数据处理配置信息，如图1所示，打开安装有待监测设备控制软件的操作系统自带的系统监控器，即打开Windows操作系统的系统监控器调取该系统监控器对所述待监测设备控制软件运行数据的监控日志，所述日志格式可如图1所示，设置为逗号分割，对应地，示例间隔设置为20秒，代表监视器日志每隔20秒记录一次工作仪器控制软件运行相关的事件，可根据实时的精度需求设置监控日志记录事件的频率。
同样，基于所述系统性能监控器的数据存储配置信息，具体为建立数据收集器，以存放对工作仪器的监控数据，具体地，建立数据收集器，同时将所述监控日志中的数据进行筛选后组成的时序数据存放至所述数据收集器，所述时序数据包括仪器编号和进程使用监测指标，进程使用监测指标包括CPU占有率、内存使用率和磁盘IO操作速率。同时，数据存储配置信息，还包括对对所述数据收集器进行属性配置，所述属性包括日志格式、时间间隔以及停止条件，以得到监测时间内所需格式的时序监控数据。如图2所示，停止条件可设置为运行24小时重新生成一个新的日志文件，避免超大文件的出现。此处也是可根据实际需求和习惯进行选择每个日志文件的时间。生成的日志文件都存放于所述数据收集器中，以形成数据收集器集。
运行配置好的数据收集器，同时打开windows自带的任务计划程序，如图3所示，设置上述创建的数据收集器集为开机自启。
S3、基于上述数据处理配置信息，获取计算机操作平台对所述工作仪器控制软件运行时的监控数据记录，并按照所述数据存储配置信息进行存储，以得到待处理的时序数据文件。
特别的，实际操作中，鉴于仪器操作计算机设备禁止直接接入互联网，此时需要通过将用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备与仪器操作计算机设备在同一个局域下进行联网，并通过仪器操作计算机设备读取待处理的时序数据文件并上传到中心服务器。具体操作步骤为：
将保存待处理的时序数据文件的文件夹共享到局域网，并在用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备上安装日志上传程序，以通过局域网进行传输待处理的时序数据文件。
同时，用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备上的日志上传程序，配置需要读取的局域网共享文件夹地址，日志上传程序通过预设的SMB(Server Message Block)协议读取仪器操作电脑的共享时序数据文件，每天定时根据历史上传记录将增量的时序数据文件上传到中心服务器。
S4、基于上传到中心服务器的文件，在用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备上，对待处理的时序数据文件，利用时序数据处理技术分析出仪器每段使用记录的开始时间和结束时间，具体如下：
服务端(即，用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备)读取待处理的时序数据文件内容，并将文件中的数据插入到时序数据库中，方便之后的分析和查询展现，示例地，展现如图4所示，为根据CPU占有率、内存使用率和磁盘IO操作速率，得到CPU使用处理情况表、内存使用处理情况表及IO操作使用处理情况表。
同时，查询是通过利用时序数据库提供的会话窗口查询功能实现，汇总展现每段使用记录的开始结束时间，具体的查询主要用到关系型数据库，所述关系型数据库用于存放待处理的时序数据文件中的数据与使用记录关系，将时序数据文件中的数据转换为工作仪器的工作状态，以得到工作仪器设备的使用记录的时序数据分析结果，所述分析结果包括开始时间和结束时间。
具体如下：采用会话窗口查询的SQL语句，具体代码为：
PARTITION BY TIMETRUNCATE(ts,1d,1)//将数据按天为维度进行切分处理；
其中，ts字段为待处理的时序数据文件中数据的记录时间；instrumentId为仪器编号，condition参数为判断仪器正在运行的条件，具体示例地，例如：processor_time>20代表操作仪器的进程CPU使用率大于20％时，磁盘IO操作速率大于阈值，即判断该仪器正在被使用；SESSION(ts,600)语句的功能是根据记录的时间戳主键ts的值来确定是否属于同一个会话，如果相邻记录的时间戳ts的间隔小于等于600秒，则两条记录构成2个会话窗口；FIRST(ts)函数用来获取会话窗口中的第一条记录的时间戳，结果对应为仪器使用的开始时间；LAST(ts)函数用来获取会话窗口中的最后一条记录的时间戳，结果对应为仪器使用的结束时间。TIMEDIFF(last(ts),first(ts),1m))函数用来获取会话窗口的大小，结果对应为仪器使用的时长。
示例地，单个仪器设备的查询结果下表所示：
startTime endTime timeDiff
'2023-01-01 00:01:00', 2023-01-01 00:03:00', 2
具体地，表示从'2023-01-01 00:01:00'到'2023-01-01 00:03:00'有一段使用记录，使用时长为2分钟。
多个仪器设备的查询结果如图5所示，以透射式电子显微镜为例，根据开始时间、结束时间，得到使用时长。
此外，关系型数据库还包括用于存储将每段使用记录的开始时间、结束时间、使用时长，方便查询和年月维度的汇总展现，存储日汇总结果的表结构为：
CREATE TABLE`server_instrument_analysis_result`(`instrument_id`
varchar(200)NOT NULL COMMENT'仪器ID',`period_id`varchar(20)NOT NULLCOMMENT'日期',`value`bigint DEFAULT NULL COMMENT'日汇总值',PRIMARY KEY(`instrument_id`,`period_id`))COMMENT＝'仪器日志分析结果(日汇总)'；
基于上述将查询结果按日做汇总展示时，具体地，将日汇总结果插入数据库的代码如下：
insert into server_instrument_analysis_result(instrument_id,period_id,value)
values(#{instrumentId},#{periodId},#{value})on duplicate key updatevalue＝#{value}
从日汇总结果表中查询月汇总结果的语句如下：
SELECT
ym as period_id,
sum(value)as value
FROM(
SELECT
DATE_FORMAT(period_id,'％Y-％m')AS ym,value
FROM server_instrument_analysis_result
WHERE instrument_id＝#{instrumentId}
)AS t
GROUP BY ym；
从日汇总结果表中查询年汇总结果的语句如下：
SELECT
year as period_id,
sum(value)as value
FROM(
SELECT
DATE_FORMAT(period_id,'％Y')AS year,value
FROM server_instrument_analysis_result
WHERE instrument_id＝#{instrumentId}
)AS t
GROUP BY year；
通过上述代码，可实现日、月以及年不同时间维度数据的展示。
实施例二：
一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述处理器与所述存储器相连；
所述存储器，用于存储可执行程序代码；
所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于执行实施例一所述的方法。
实施例三：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例一所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，包括步骤：
S1、获取各工作仪器使用时段，同时对相应的各工作仪器控制软件的运行数据进行收集，基于各所述工作仪器使用状态与运行数据的对应关系，以建立该对应关系的时序数据库；
S2、基于工作仪器控制软件所运行的计算机操作平台，输入对工作仪器控制软件运行时所形成的时序数据的数据处理配置信息、数据存储配置信息；
S3、基于输入的数据处理配置信息，获取计算机操作平台对所述工作仪器控制软件运行时的监控数据记录，并按照所述数据存储配置信息进行存储，以得到待处理的时序数据文件；
S4、调用时序数据库中函数，对待处理的时序数据文件中的数据转换为工作仪器的工作状态，以得到工作仪器设备的使用记录的时序数据分析结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，步骤S2中，所述数据处理配置信息为对所述计算机操作平台自带的系统性能监控器进行的配置，具体为：
打开安装有待监测设备控制软件的操作系统自带的系统监控器，调取该系统监控器对所述待监测设备控制软件运行数据的监控日志，以获取计算机操作平台对所述工作仪器控制软件运行时的监控数据记录。
3.根据权利要求2所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，步骤S2中，所述数据存储配置信息，是基于所述系统性能监控器，建立数据收集器，以存放对工作仪器的监控数据，具体为：
建立数据收集器，同时将所述监控日志中的数据进行筛选后组成的时序数据存放至所述数据收集器，所述时序数据包括仪器编号以及进程使用监测指标，所述进程使用监测指标至少包括CPU占用率、内存使用率、磁盘IO操作速率任意一个，以得到包含所述进程使用监测指标数据的待处理的时序数据文件。
4.根据权利要求3所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，所述数据存储配置信息，还包括对所述数据收集器进行属性配置，所述属性包括日志格式、时间间隔以及停止条件，以得到监测时间内所需格式下不同时间段下的时序监控数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，所述数据收集器包括多个数据收集器集，单个所述数据收集器用于存放按照时间间隔生成的时序数据文件子文件，多个所述时序数据文件子文件组成时序数据文件。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，步骤S3与步骤S4之间还包括步骤：
通过所述计算机操作平台将所述时序数据文件实时上传至连接有同一局域的用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备，所述用于处理待处理的时序数据文件的计算机设备存储有所述时序数据库。
7.根据权利要求6所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，步骤S1中，所述时序数据库至少包括CPU占用率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系、内存使用率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系、以及磁盘IO操作速率与工作仪器各个时刻的运行状态的数据关系。
8.根据权利要求7所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法，其特征在于，步骤S4，具体为：
获取时序数据文件中的CPU占用率、内存使用率以及磁盘IO操作速率数据，采用会话窗口函数与所述时序数据库中的数据比对，以得到工作仪器设备的使用记录，所述对比，具体为：
采用会话窗口函数，根据所述时序数据文件中的CPU占用率、内存使用率以及磁盘IO操作速率数据，找出时序数据库中的各CPU占用率、内存使用率以及磁盘IO操作速率数值，以对应得到该时序数据文件所对应的工作仪器各个时刻的使用状态。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述处理器与所述存储器相连；
所述存储器，用于存储可执行程序代码；
所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于执行如权利要求1～8任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～8任一项所述的一种基于时序数据分析设备运行状态的监测方法。
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