物聯網應用系統的質量評估研究

周自斌

(安徽經濟管理學院 信息工程系，安徽 合肥 230059)

一、引 言

隨著物聯網技術及其市場的不斷成熟，越來越多的企業和組織開始關注物聯網系統質量的管理與實踐，質量控制已成為物聯網應用系統推廣的關鍵要素。物聯網概念早在1999年的移動計算機和網絡國際會議上便被提出，它是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，將物品信息接入到互聯網中，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡［1］。2005年11月，國際電信聯盟正式引用了“物聯網”的概念［2］。然而，直到近兩年物聯網應用系統的不斷推廣才真正進入普通大眾的視野。在此背景下，2010年，福建省政府依托福建省電子產品監督檢驗所開始建設物聯網應用系統的技術評估與質量控制公共平臺。整體上看，物聯網應用系統在質量評估方面的研究還十分滯后，物聯網應用系統質量評估的管理與實踐仍然停留在傳統信息系統評估技術和方法的基礎上。

將傳統信息系統的質量管理理論和評估方法應用到物聯網應用系統的管理中是可行和必要的。物聯網是在現有信息網絡的基礎上發展的網絡框架，是對當前互聯網在承載網絡和終端的拓展。因此，物聯網應用系統較傳統的信息系統是一種在應用上的發展和延伸。由于物聯網應用系統自身的特殊性，傳統信息系統質量管理理論和評估方法的應用同樣存在局限性。本文以物聯網系統相對于信息系統在應用上的延伸為主線，依托傳統信息系統質量評估方法，探討物聯網應用系統的質量管理需求、評估框架和實施方法。

二、全面質量評估方案設計

(一)物聯網應用系統的質量特性分析

在GB/T19000-2008中，質量被定義為：一組固有特性滿足要求的程度。從用戶對于傳統信息系統的質量特性［3］角度，借鑒ISO/IEC 9126對于軟件系統質量特性的界定［4］，將互聯網絡信息系統的質量特性劃分為：功能性、可靠性、易使用性、效率、可維護性和可移植性六個方面。對于無線傳感網絡中信息采集系統的質量特性劃分為：耗能性、覆蓋性、數據融合性和擁塞性［5-6］。

從層次上看，物聯網主要劃分為三個層次：感知層、網絡層和應用層［7］，傳統信息系統主要建立在物聯網的應用層和部分網絡層上。以不同層次的質量需求為切入點，本文對于物聯網應用系統的質量特性分析如圖1所示。

圖1 物聯網應用系統的質量特性

(二)指標體系建立

指標體系的構建是物聯網應用系統質量評估的基礎和前提，在此，以物聯網應用系統的質量特性為一級指標構建如表1所示指標體系。

表1 評價指標體系

(三）指標權重的確定

本文以構建判斷矩陣的方式確定指標權重，主要步驟如下：

1.指標篩選

設E={功能性，可靠性，易使用性，效率，可維護性，可移植性，耗能性，覆蓋性，數據融合性，擁塞性}

2.指標重要程度賦值

3.基于hadamard凸組合的矩陣集結

為盡量消除多個專家數據的偏差，采用hadamard凸組合的方式對判斷矩陣進行集結［9］，在此以加性凸組合為例，構建綜合判斷矩陣A*

4.權重計算與一致性檢驗

對于權重的計算，在AHP層次分析法中，通過使用判斷矩陣最大特征根λ對應的特征向量w作為權重的值，即A*w=λw，具體計算采用判斷矩陣中各行連乘、開方、歸一化等具體操作來確定。

對于計算得到權重w值的合理性的前提是判斷矩陣具有一致性，為驗證矩陣的一致性，引入一致性指標：

同時，引入相應的平均隨機一致性指標RI，具體RI值參見文獻［10］，引入一致性比率CR：

若CR＜0.1，則認為判斷矩陣具有一致性，否則，所計算得到的權重不可接受，還需要對判斷矩陣進行必要的調整。

(四)指標項的量化與模型構建

(1)設各一級指標項的量化值ei由其子指標項函數確定。

(2)設各子指標項的評價等級分為{很差，較差，一般，較好，很好}五個等級，同時五個等級的對應的量化值為{0，1，2，3，4}，即={0，1，2，3，4}

(3)為便于討論，按照算術平均的方式計算一級指標的量化值，

(4)設V為質量量化結果，則可構建評估模型：

三、評估方案實施

(一)評估方案的實施途徑

產品的質量特性可以實現事后有針對性、有目標的產品檢驗，但由于物聯網應用系統規模大、成本高、技術復雜等特性，僅僅在物聯網應用系統建立之后再實施質量評估，顯然存在局限性，因為質量并不是檢驗出來的而是設計出來的。隨著質量管理理論從事后檢驗提前到生產階段、設計階段，因此對物聯網應用系統的質量評估同樣需要應用在整個設計開發過程中。物聯網應用系統評估框架如圖2所示。

圖2 物聯網應用系統質量評估框架

框架說明：

(1)質量評估是一個全員參與的過程，因此整個質量評估需要設計者、用戶和第三方的參與。

(2)質量評估是一個全過程質量控制行為，因此，既要評估最終的產品，也需要在整個過程按照一定項目階段實施評估。同時，考慮到參與方的不同特點和技術能力，框架中設計了第三方實施面向過程和面向產品，設計開發者、用戶分別實施面向過程和面向產品的質量評估。

(3)評估的實施是一個以物聯網應用系統的質量特性為目標，量化評價，不斷修正的過程。

(二)實施案例

依托某校企合作的產學研項目，實施了對項目設計開發、升級的質量評估工作。實施過程的簡要描述如下：

1.面向過程的質量評估

第一步，確定內部項目評估組，確定第三方評估組。

第二步，確定評估時間階段，依據項目的不同特性有所不同，案例中所設定的時間段分別為需求分析階段、質量設計階段、系統實現階段、測試修正階段四個部分。

第三步，確定質量目標，質量目標并不是越高越好，而是追求一個更優的質量、成本的平衡，因此在不同階段實施質量評估在評價指標和權重上應該是有所不同的，對于不同階段的指標及權重調整在此不作贅述。

第四步，數據收集，形成評估結果。案例中四個階段的數據收集后可以形成如圖3所示數據結果。

圖3 面向過程的質量評估數據

第五步，分析結果，提供改進建議。

評估在本質上是提高產品質量的手段。因此，在數據收集，評估后的重要工作是提供改進建議，改進建議能否得到更好的實施，可以在后續的質量評估中得到驗證。從圖3可以得到，當第三方的評估值與項目組的評估值在趨勢上相同，在量化值上項目組評估值與第三方評估值的偏差在合理的范圍內(±10%)，認為評估結果是合理的。

2.面向產品的質量評估

面向產品的質量評估從時間段上看，主要集中在測試修正階段之后的使用維護階段，在方法上與面向過程的質量評估類似，僅是在參與方、評估階段上有所不同。用戶在一次評價后，提供相應建議，項目組實施一次完善或升級，之后用戶實施下一次評估。相應的數據結果如圖4所示。

從圖4可見，使用維護階段的第三方評價相對穩定，而用戶評估則變化明顯，可能的原因是，此段評估對第三方而言是之前多次評估的延續，因此相對穩定，對于用戶而言是通過項目組實施的培訓、完善、升級工作對自身需求不斷滿足的一個過程，因此應該是一個逐漸上升并趨于穩定的過程。因此，當用戶評估穩定在第三方評估的合理范圍內時，則認為評估是合理的。

圖4 面向產品的質量評估數據

四、結束語

物聯網應用系統在研發和實施過程中較傳統的信息系統均有所不同，由于物聯網應用系統技術更復雜、規模更宏大、成本更高昂，其對質量的需求則顯得尤為迫切。因此，加強物聯網應用系統的質量評估研究是十分必要的。本文從物聯網應用系統的質量特性出發，探討了指標篩選、權重確定、指標量化等問題，構建了一個物聯網應用系統的質量評估方案，同時給出一個應用實例，這對于物聯網應用系統的質量評估研究和實踐是一個積極的嘗試和探索。

［1］中關村物聯網產業聯盟，長城戰略咨詢.物聯網產業發展研究［R］.北京：下一代互聯網與物聯網高峰論壇，2010.

［2］UTU.ITU Internet Reports2005：The Internet of Things［R/OL］.http://www.itu.int/pub./s-POL-IR.IT-2005/e.

［3］GB/T19000-2008，質量管理體系基礎和術語［S］.

［4］ISO/IEC9126-1，Software Engineering－ Product Quality：Quality Model［S］.

［5］蔡雅莉，張淑菁，焦利.無線傳感器網絡的服務質量保障技術［J］.無線電技術與信息，2007(10)：17-23.

［6］喻其財.無線傳感器網絡能量有效性和服務質量問題的研究［D］.濟南：山東大學，2007.

［7］陳紅霞，趙俊鈺.物聯網感知層標準體系架構研究［J］.電信科學，2011(9)：101-106.

［8］馬農樂，趙中極.基于層次分析法及其改進對確定權重系數的分析［J］.水利科技與經濟，2006(11)：732-734.

［9］劉心報，楊善林.判斷矩陣的Hadamard凸組合［J］.系統工程理論與實踐，2000，20(4)：83-85.

［10］洪志國，李焱，范植華，等.層次分析法中高階平均隨機一致性指標(RI)的計算［J］.計算機工程與應用，2002(12)：45-47.