美海軍COTS技術應用對我軍的啟示

王 立

(河南大學歐亞國際學院 開封 475001)

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美海軍COTS技術應用對我軍的啟示

王 立

(河南大學歐亞國際學院 開封 475001)

論文簡要分析了美海軍COTS技術應用概念的提出,主要概念,發展歷程及應用模式?？偨Y了COTS技術應用過程中存在的問題,提出了我軍COTS應用推進的措施建議,為我軍艦載信息裝備發展提供參考。

商用貨架產品; 開放式體系架構; 艦載信息裝備

Class Number TN919.3

1 引言

長期以來,世界各國在軍用信息裝備,如軍用計算機等的開發和研制上采用專門定制的模式,完全遵循軍用標準的要求,這一方面加大了軍用信息裝備的開發難度,增加了成本和經費,延長了開發周期;另一方面由于專門定制的信息裝備更新換代緩慢,導致裝備系統性能差距加大,不能滿足迅速增長的軍事需求。而與此相伴的是,冷戰結束后,世界各國的裝備研制面臨著軍費大為縮減的現實以及以信息化為方向的裝備更新換代的緊迫要求,這都給裝備研制帶來了巨大的壓力。因此,探索技術先進、性能優良、成本低廉的軍品開發新途徑成為裝備建設面臨的新問題。

為此,美國國防部從1990年代初期開始進行裝備采辦改革,采用開放式體系架構,并把經濟可承受性作為其核心內容之一,提出了基于先進的商用標準技術和產品發展軍用裝備的采辦思想,考慮在軍事裝備研制中直接采用現有的商用產品和技術。與此同時,美國國防部著手制定提出了商用產品大力應用于裝備研制的推進政策,提出“采用民用產品、服務和技術”作為其防務采辦工作的基本政策之一,明確采辦決策“優先考慮從民用領域可以獲得的國內或國外技術、系統和設備”,使其成為實現經濟可承受性的一項重要措施,即所謂裝備研制和采辦的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)策略[1]。

2 美軍開放式體系架構及COTS技術的提出

2.1 美軍艦載信息基礎設施曾經面臨的問題

隨著21世紀海上力量設想的提出,美海軍發現已有的艦艇戰術數據處理系統、先進作戰指揮系統、宙斯盾系統(Advanced Electronic Guidance Information System,AEGIS)等艦艇電子信息裝備在設計上已不能滿足作戰能力的需要,這些系統硬件資源缺乏整合,利用率低,計算和顯控設備共用困難,軟件和硬件捆綁緊密,系統開放性、可擴展性差,不論是硬件還是軟件,其任何功能或性能的改變都牽扯到整個系統,從而造成了壟斷,降低了能力,增加了成本。

同時,在建設規劃和管理上存在多頭管理的問題,如美國海軍的一體戰系統辦公室、水面系統司令部、C4I項目辦公室、空中系統司令部等均可規劃各自的信息基礎設施,形成各自專用的解決方案,系統間接口是點對點的方式,不同功能域間的集成能力很弱。

美軍認識到系統建設必須從以單個項目或單平臺為對象進行研制或優化的思路,轉變到以多平臺為對象,提高開放性,重點解決各類C4ISR系統的一體化集成思路上,開放體系架構是完成該轉變的關鍵。2004年,開始將在主流商用軟硬件技術標準和規范基礎上開發的“開放式體系結構”,作為艦艇各類作戰系統共同技術架構,將其作為指導艦艇信息系統建設的依據,推動艦艇公共基礎設施的發展,提高武器平臺的先進性、通用性和可重用性[2]。美國海軍所期待的艦載信息基礎設施必須基于公共的基礎設施平臺,通過開放式接口,提供多域間的互操作解決方案,實現強跨域集成能力[3]。

2.2 COTS主要概念

COTS產品可直譯為商用現貨成品,指已開發成功并能夠快速投入使用的商業產品及其技術,對信息領域而言,通常指可以采購到的具有開放性標準定義的接口的軟硬件產品和技術。

根據美國聯邦項目開發管理條例中的規定,COTS產品被理解為在市場上銷售的商用化產品和標準技術,具體形態一般是材料、元器件、軟件、子系統或系統[1]。它有明確的商品價格和固定的流通或銷售渠道,可直接從制造商或通過制造商的銷售網供應給任何公司或個人使用。另外,COTS產品有明確的描述其功能、性能、機械、電氣和環境特性與極限的技術規范。

實際上,在美國國防采辦中,除要求考慮商用技術和產品外,還同樣建議使用商用服務,如美國防部大量采購商用衛星帶寬,將商用衛星服務用于作戰行動等。

一般而言,商用技術是指主要針對民用市場需求,為達成商用產品功能、性能特性的實現而開發產生的相關技術;商用產品是指按照民用標準設計、選用民用電子元器件生產及按照民用標準進行試驗的產品。兩者的概念和內涵有很強的相關性,但實際上并不完全等同。對于兩者在軍用裝備中應用分析隨裝備領域的不同有不同的解讀。如在信息裝備領域與在核武器、雷達隱身技術等領域對于COTS技術和產品的應用認可程度就會有很大不同,而同樣在信息裝備領域,也存在COTS技術可以大量應用,但卻應控制COTS產品應用范圍的認識。

其次,采用COTS產品和技術的同時必須考慮其適用性。在軍用裝備研制中客觀上存在著一些比較適宜采用COTS產品、技術、工藝和服務的領域,也存在一些不太適合采用COTS產品的領域,特別是當軍事需求獨特、滿足軍事需求的產品與滿足民用需求的產品差異極大時尤其如此。而在電子信息系統領域,包括元器件、模塊等,由于需求差異較小,在一些非關鍵部位,可靠性、安全性要求不高的領域則可通過民品和民用采購方法獲得。

另外,COTS產品應用于裝備系統還要重點考慮軍用環境下COTS的可靠性和抗惡劣環境的性能問題。為了適應軍品使用環境,必須對COTS產品進行適當的封裝和防護。

3 國外艦載信息裝備COTS應用現狀

3.1 美海軍推進COTS的歷程

美軍倡導COTS首先是在電子信息裝備領域興起的。首先,美海軍意識到,相對商用技術先進,運算速度快,價格便宜,升級擴展容易來說,原先以定制開發模式研制的艦載軍用計算機發展緩慢且效率不高。如UYK-43計算機,它開發于1980年,但它的普及卻是1990年代以后的事。雖然軍用計算機的可靠性、安全性、抗惡劣環境與維修性是商用計算機無法比擬的,但運算速度與應用技術趕不上商用產品卻也是不爭的事實。為了能應用最新的技術并降低成本,在1984年2月美國防部廢除了用于軍用計算機指令結構的5000.5X命令,美海軍也不得不降低對艦載計算機系統的標準,于20世紀80年代末期開始在艦上采用加固的現成商用計算機組件,通稱為COTS計算機產品。剛開始時加固計算機僅用于輔助支援性的運算工作,隨著技術的不斷進步,現在加固計算機已逐漸能擔任第一線的作戰任務,真正取代軍用計算機的地位。

80年代中后期至今,美國海軍制定并逐步完善了海軍計算機應用發展計劃,包括以下幾個階段: 1) 從1989年到1992年選用DTC-2計算機作為海軍標準工作站。該工作站以Sun SPARC 4/110系列工作站為基礎加固而成,采用Unix操作系統,可以通過以太網聯網操作; 2) 從1992年到1996年應用TAC-3工作站。TAC-3工作站比DTC-2工作站有更強的處理能力、更好的加固環境和更便宜的價格。該工作站采用HP Apollo 9000系列工作站。其最高檔的A系統是750型工作站,采用PA—RISC計算機。該工作站支持以太網、FDDI和SAFENET局部網絡標準; 3) 從1996年開始采用TAC-4工作站。TAC-4工作站的處理能力是TAC-3的2～3倍,具有大容量實際和虛擬存儲器、大容量磁盤存貯器、高性能圖形和圖形用戶接口、Posix操作系統和GOSIP(美國政府開放系統互連框架)柔性軟件。要求TA-4全部使用COTS產品,采用IBM RISC system/6000、普惠Apollo系列700或DECAlpha RISC工作站; 4) 2000年左右,應用TAC-5計算機,該機將比TAC-4功能更強、價格更便宜,并且是一個真正的開放式系統。

隨著Intel商用CPU技術的快速發展,美海軍艦艇的主流計算機也逐漸朝X86架構體系發展,并在不斷升級更新。如在洛杉磯級核潛艇的計算能力提升計劃——“聲學商用現成技術快速插入”(ARCI)計劃中,將原先用于潛艇聲納的“奔騰”處理器換成了主頻為2.4G赫茲的“至強”處理器,這兩種處理器都是英特爾公司生產的,經過升級后,潛艇的聲納系統檢測可視和聲學信號的能力增強了25%,錯誤報警率下降了40%;在信號被檢測到后,聲納操作人員識別和分類信號的速度加快了27分鐘(分類是通過將檢測到的信號與數據庫中的信號進行比較);在檢測到可視和聲學信號之后,潛艇避免被發現的時間延長了25分鐘。

另外,洛克希德·馬丁公司的計算機系統工程與試驗中心(CSETS)也采用并集成商用現成(COTS)的計算機技術來改進美國海軍“宙斯盾”武器系統的能力。“宙斯盾”武器系統已經從“基線5”型發展到6.3型、7.1型,越來越多的商用技術應用于計算機系統中,而這些計算機系統是“宙斯盾”武器系統的核心,美海軍甚至希望計算機系統可以100%的使用現用商業技術。

由上述發展計劃可以看到,隨著對軍用計算機性能、價格等方面要求的不斷提高,COTS技術因其特有的優勢,其應用不斷得到推廣,占據著越來越重要的位置。

3.2 美海軍應用COTS技術的模式

以軍用計算機為例,自從1994年起,COTS技術開始廣泛應用于美國軍用計算機中。近20年來的發展,COTS硬件和軟件成為絕大多數美國軍用計算機設計、制造、升級的基礎,但這些軍用計算機并不是嚴格定義的COTS產品,而是基于COTS技術,進行相應改裝的產品。今后,按客戶需求進行COTS改裝形成軍用裝備成為美軍方采辦的原則,特別是對于軍用計算機更是如此。這種趨勢日益豐富和發展了COTS概念,并已越來越深刻地影響美軍用計算機的研制和生產。總體來說,按客戶需求定制COTS產品、采用模塊化設計方式,以及必須具備軍工經驗支持成為美軍COTS技術應用于軍用信息裝備領域的基本模式和要求。

1) 客戶需求定制

目前,國際上已有許多公司從事根據軍用客戶需求定制軍用計算機的設計。如Microlink公司,其專業定制設計的VME和CPCI加固計算機已廣泛用于軍用飛行器以及美國海軍研究試驗室等項目中;CRI公司產品50%左右為按軍用客戶需求而定制的,其生產的SGIOnys Ⅱ型計算機工作站是一款非常成功的需求定制的緊湊型COTS產品;此外,還有一些介于標準和全定制加固計算機設計之間的公司,如Dolch公司等。

2) 模塊化設計

模塊化設計是眾多從事定制軍用計算機設計的公司的核心技術之一。如Miltope公司通過采用模塊化設計方式,保證其產品可最大程度上滿足不同客戶需求。該公司以典型軍用環境需求為目標,按照極端惡劣環境要求進行模塊化設計,因此其設計的加固計算機可適用于不同的軍用領域;模塊化設計方式在Dolch公司也得到應用,有利于Dolch公司采用在類似工作條件下已經得到證實可用的COTS組件,與COTS組件供應商建立穩定的供求關系,以及通過提高定制設計和生產的效率以獲取更高的效益。但是模塊化設計也存在其局限性,設計一種適用于所有客戶需求的高度模塊化計算機是基本不可能的,因為這種方式極其昂貴。

3) 軍工經驗支持

將COTS計算機及其部件用于軍事用途,需要大量的專業軍工經驗做支撐。如Argon、Microlink等公司的所有工程師均出身國防工業,具備了大量的專業軍工經驗,并能深刻理解軍用規范和標準。這些經驗都是從諸如Boeing、Raytheon、Hughes等公司逐步積累起來的,可以說,如果沒有具備軍工設計的人才和經歷,應用COTS技術和產品的工作是不可能有效進行的。

總之,美軍裝備中應用COTS技術已經是廣泛趨勢,使得艦載作戰系統也能享受到商用計算機性能越來越高,價格越來越便宜的好處,突破以往性能提升不易的障礙。而軟件則因穩定性與安全性的考慮,在使用商用技術方面的步調落后于硬件COTS產品的應用。

4 COTS技術應用存在的問題

當前,COTS技術和產品在我軍艦載信息裝備中應用還存在以下幾個方面的問題。

4.1 COTS技術和產品的應用存在突出的兩面性

盡管COTS技術和產品正得到越來越多的應用,但是從另一個角度來說,正是隨著COTS技術的應用的發展和延伸,其不足和局限性日漸明顯,如何改善或改進不足,擴大其應用領域,是目前迫切需要解決的關鍵問題。

1) 自主安全、保密問題。安全保密工作對于國防事業尤為重要。在全球化浪潮下,商用技術和產品難以避免國外技術和產品的來源,目前我軍配備的計算機及其系統大量使用國外計算機硬件及系統軟件,其系統的安全保密問題在國防安全和現代軍備競爭中的關鍵性毋庸置疑,但卻無法得到很好的解決;另外標準的COTS產品不能對某些應用提供一切必要的性能,COTS標準選擇不當則會引入風險。因此,當軍用計算機及其系統的可靠性存在問題時或對于關鍵性任務,一定要經過反復驗證,再決定是否采用COTS技術或者選擇何種COTS產品、標準等。因此,在應用COTS技術開發軍用計算機及其系統時,不僅要對引進的COTS技術、產品、標準進行深入的研究,還應該同步研制自主可控知識產權的產品,從源頭上杜絕發生安全保密事故。

2) 適應性問題。一方面,由于商用計算機市場幾乎沒有按軍用環境要求設計制造產品、開發新技術、頒布新標準;另一方面,軍用環境,如高溫、振動、實時操作等對產品要求甚高,如果完全采用軍用標準來衡量、選擇商業標準的COTS產品,則會在很大程度上減小COTS在軍用計算機及其系統中的應用范圍,甚至難以獲取滿意的選擇結果。為此,在使用COTS時,一方面對其的評價和選擇標準需要做必要的修改或偏移,以增強其應用功能和適應能力;另一方面,應該用需求來影響供應,以提供滿足其緊迫需要的COTS產品和服務。

4.2 牽引COTS應用的開放系統標準欠缺,COTS產品的應用有待規范

COTS產品能否在軍事領域應用的關鍵在于它們的標準和規范是否一致。為此,需要采用一種與商用/工業標準一致的開放的系統,以便COTS產品能夠引入;另外由于最新的COTS計算機產品一般都基于最新的工業標準,產品標準化程度高,易升級,且支持多種標準,美海軍為推廣COTS技術,提出了計算機開放系統實施計劃COSIP(Computer Open System Implementation Program),該計劃把海軍標準化要求同開放式結構及商用現成技術相結合,強調采用能有效改善海軍平臺安全性、機動性及連續作戰能力的商用計算機。開放式系統正是在這種軍事需求的牽引下誕生的。而COTS技術則是實現開放式系統結構的支持技術之一。

開放式系統結構不僅涉及計算機體系結構,而且涉及網絡體系結構和應用體系結構。對開放式系統結構的一般認識是:廣泛采用商用標準的COTS軟硬件產品、標準和完全確定的接口;支持相互可操作性;以最低的費用和對現有系統部件的最小影響,實現系統功能和能力的增長、支持軟件的重用和可移植性,以及產品渠道和開發方式上的開放性。

此外,開放式系統結構是由開放系統接口標準所定義的一個結構框架,具有可移植性、可變規模性、可交互操作性。該結構最具吸引力的是在計劃開發、采購、維修及更新時能降低成本,增加了可重新使用機會,更有可能使用COTS,還能快速建立系統模型。采用該結構后,較好地解決了系統的功能擴充、修改、元器件的更新換代。開放式系統結構由民用向軍用推廣存在著爭論,主要由于標準的和最佳性能不能兼顧,一些領域還不能完全滿足軍事上的需要,這就要和專利性標準相結合。另外,同樣的接口,可能有幾個開放式結構的選擇,減少了可重用的優點。但不管如何,開放式工業標準向軍用過渡趨勢已很明顯,因為該標準為減少成本,增加競爭,增加可互用性提供了潛在的優勢。為此,美國有關方面正在不斷探索開放系統結構向軍事上應用的轉移,其發展趨勢是不可逆轉的。

4.3 COTS應用范圍還未明確界定,應用缺乏指導

在軍用計算機大量采用COTS技術時,必須考慮COTS的可靠性和抗惡劣環境的性能。從而在實際上也需要限定COTS產品的軍用范圍。

目前,在我國還缺乏COTS產品應用的相關范圍和評價標準,基本是各個研制單位自行其事,COTS產品應用指導缺失,從而在裝備的實際的效能和可靠性等方面,難以進行有效評估。不利于統一規范和引導COTS技術在裝備中合理應用。

4.4 缺乏COTS應用的可靠性風險控制方法

軍事裝備研制中,采用COTS技術是一把雙刃劍,既可能獲得巨大的收益,也包含了巨大的風險。其收益主要體現在:加快裝備研制進度;降低研制費用;技術成熟;批量大,COTS缺陷暴露充分;可以產生競爭環境。其風險主要體現在可靠性方面,在軍用環境中,COTS是否可靠、故障是否可測、是否易修、可否持續保障。顯然,要實現COTS的巨大收益,必須配套采取有效的管理措施和技術手段,降低其應用風險。

要控制COTS可靠性風險,必須首先找出風險源。分析COTS可靠性風險源,可以從軍民品使用環境的差異、裝備的可靠性(含維修性、維修保障)要求、國情化特色等方面著手。COTS主要包括以下可靠性風險源。

1) 不能滿足軍用環境的要求:COTS技術和產品的適用性不能完全覆蓋裝備的任務能力需求;供貨商不能按照要求進行環境適應性修改。

2) 可靠性不能滿足軍事用途要求:COTS故障的后果不能預期,某些故障在民用中其影響可能是可接受的,在裝備及軍事系統中則可能是致命的;對于只在航空航天及軍事使用中暴露的故障,供貨商能否及時對故障采取糾正措施;由于軍民品任務適用性的巨大差異,COTS在航空航天及軍事使用環境下的可靠性水平難以準確預期。

3) 維修性不能滿足軍事用途要求:COTS故障后的檢測、隔離、恢復能力與裝備BIT/ATE系統不能兼容;COTS故障后的故障檢測、隔離、恢復能力不能滿足裝備及軍事系統的嚴格要求;COTS故障后不能滿足快速更換、分級維修的要求,不能與裝備保障系統相協調。

4) 維修保障不能滿足/持續滿足軍用要求:民品供貨商存在市場競爭風險,供貨商可能被迫改變;民品技術升級后COTS可能不再大批量生產或停產,升級后的產品應是后向兼容的,以實現COTS的持續保障;供貨商自身的供貨鏈的持續保障能力;應分析供貨商的子供貨商的持續供給與保障能力。

5) 特殊風險:軍民品質量水平差異較大,應特別加強供貨商及COTS產品的質量甄選;軍品批量小,導致對供貨商及COTS產品的管理監控難度增大;應特別強調進口民用產品的持續保障風險;非自主知識產權的國產產品的持續保障風險。

5 COTS產品在裝備中應用的推進措施建議

5.1 制定COTS應用的管理辦法和規范

1) 制定裝備COTS應用工作原則

研究總結國內外的裝備研制思路,軍品研制中選用COTS(設備/分系統、軟件和元器件)應遵循下列原則。

性能原則:COTS必須滿足軍事裝備技術指標及接口要求、重量要求、空間要求等。

經濟性原則:綜合考慮采購與保障費用,COTS的采用必須在壽命周期費用上是合算的。

環境適應性原則:COTS必須能在軍事環境下正常工作,應能承受預期的極限溫度、振動、濕度、輻射、鹽霧、霉菌等使用環境。

可靠性原則:COTS必須能在軍事環境下可靠工作,并防止災難性故障后果[4]。

維修保障原則:COTS必須與現有的維修保障體系相協調,并能快速診斷、更換、修理和持續保障。

安全性原則:COTS產品必須安全可控,防止在裝備對抗及使用過程中被操控和癱瘓的風險[5]。

性能原則和經濟性原則是選用COTS時必須具備的前提,環境適應性原則、可靠性原則、維修保障原則則更多對應的是風險,稱之為可靠性風險[6],因此必須建立相應的風險規避機制。

2) COTS應用相關標準規范建立

裝備系統有其比較苛刻的環境適應性和物理特性匹配性要求,特別是艦船裝備的高溫、高濕、高鹽“三高”環境。商用標準如接口標準和工具標準,若以嚴格符合形式應用于裝備系統,在許多情況下是行不通的。

在基于COTS產品進行裝備系統設計和集成過程中,前期需要對COTS產品的準入標準,需求符合度,產品“六性”等建立完善的產品采購、測試和準入制度[7];在后期裝備系統選型過程中,對COTS產品的選用要建立產品選用的指導性文件和規范[8];在裝備系統設計與集成過程中,對COTS產品的適應性,以及系統的整體符合性要建立完善的驗證、評估標準[9]。基于COTS產品的裝備系統設計與集成都要建立在這些完善的標準規范的指導下進行。

另外,對于COTS商用標準與裝備系統標準之間有一定的沖突:沒有完全嚴格遵從裝備標準的商品,但存在滿足需求的非標準商品。因此必須要以標準決定COTS應用的整個過程,即在眾多標準中提選出適合需求的標準、明確標準在整個系統中的作用、明確必須實現的接口、盡可能選擇商業標準,并積極參與標準的制定。

3) COTS應用體系的完善

首先,采用基于COTS的裝備研發和采辦策略必須建立完善的組織體系,對COTS裝備系統的產品準入,產品分析,產品選型,評估機制以及維護保障機制進行全面的組織和管理。組織體系是所有行動的基本保障,也是各項活動的基礎,只有組織體系的保障下,COTS產品在裝備系統中的應用進程才能有序的推進。

第二,建立基于COTS的裝備研發和采辦策略的法規制度體系,目前,COTS產品在裝備領域的應用過程中,產品的檢驗規范,選型規范,可靠性、安全性標準,以及評估和驗證制度等標準規范都比較欠缺。雖然軍方和民用領域的積極性都很高,但由于沒有法規制度的約束和規范,采用COTS產品進行裝備系統研制則難以深入和拓展。

第三,要建立有效的評估檢驗體系。以評估和檢驗COTS產品在裝備系統中應用的技術成熟度、可行性等問題。

5.2 加強COTS的應用領域界定

基于COTS產品進行裝備系統設計和研制首先要對裝備系統中COTS的應用領域及需求進行詳細的分析和研究。

1) 需求定義,分析裝備系統應用需求及COTS產品的需求滿足度,確認COTS產品的適用范圍。

2) COTS產品識別與選擇,減少詳細評估時的候選COTS產品數量。通過分析COTS開發商提供的文檔、評述、識別者的先驗知識和專家的建議進行產品評估。

3) COTS產品檢驗,充分理解實際COTS產品可獲得的功能、性能、質量,深入了解COTS產品與裝備系統的適配度。

4) 可行性研究,從需求定義、系統設計、工作量估測和風險評估等四個角度分析采用COTS產品的可行性。以多元化的研究方案針對不同COTS產品、產品組合和有無COTS產品開展系統的可行性論證。

5) 做出決策,在已獲取的資料基礎上,結合產品研發預算、開發成本和風險進行決策。根據具體情況選擇相應的決策方法,綜合權衡需求、成本和風險等各方面因素對COTS產品進行界定。

5.3 嚴格COTS產品選型及風險控制

COTS產品的選擇將影響到開發過程的復雜度、開發代價以及目標系統的功能和性能。因此,如何從眾多的COTS產品中合理選擇產品就成為裝備系統研制的首要問題。

COTS產品的選擇主要從兩個方面進行:一是管理角度,即有關COTS的可獲取性、安全認證、注冊、升級、價格、知識產權、壽命周期等問題的協商和談判;二是技術角度,即結合COTS功能、質量和項目條件進行評估。

COTS產品的選擇過程包括系統的規劃評估、評估準則的建立、產品數據收集、數據分析和決策選擇等環節。一般而言,COTS的選擇評估并不是一個規劃評估、建立評估準則、收集數據、分析數據和做出選擇的順序過程,而是一個復雜的過程,如圖1所示。 1) 收集數據過程中的意外發現、 2) 分析數據后對COTS的新的理解都可能需要重新修正評估計劃。此外, 3) 分析數據也可能發現數據的缺陷并要求重新收集數據或 4) 分析的結論促使新的評判準則的產生。

COTS產品選擇也可能帶來產品的選型風險。COTS產品的使用引起很多組織發生改變,而已采用COTS方法的組織并沒有意識到這些改變或者對這些改變認識不到位,這就導致對COTS產品抱有不切實際的期望,或被誤導試圖修改COTS產品,或者當新方法更簡單適用時,依然堅持傳統的開發方法或堅持與使用COTS方法不相符的行為。上述種種行為都給裝備系統的開發、保障帶來了風險。因而,如何降低或規避風險就成為COTS產品選型過程中風險評估的主要任務。

圖1 COTS選擇評估過程

5.4 做精基于COTS的裝備系統設計與集成

在裝備系統的設計階段,如何關聯和集成各COTS產品以及開發非COTS模塊是設計階段考慮的主要問題。此外,還需對風險、集成工作量以及全部代價進行重新評估。

集成階段主要將各COTS產品、非COTS模塊及連接件“組裝”集成,研制和選擇COTS產品的軟硬件集成環境和連接件,最終滿足裝備系統的應用需求。裝備系統實現之后同時還需對系統按裝備系統的規范和需求進行完善的集成測試。

5.5 加強基于COTS的裝備系統驗證與評估

由于是基于COTS產品進行的裝備系統設計和集成,各COTS產品的功能、性能及可靠性、安全性等與裝備系統的應用需求都存在差異,因此,對裝備系統進行全面的評估和驗證是需要重點考慮的問題。在裝備系統驗證和評估過程中,以下幾個方面是需要深入分析和研究的問題:

1) 保障性評估。COTS產品采辦的持續、穩定、可靠地供貨,以及后期產品的可靠性與維修保障支持等是裝備系統保障性評估要考慮的問題,應從采購與保障費用兩方面進行裝備系統全壽命周期費用進行綜合分析。

2) 性能、可靠性驗證。對單體COTS產品、基于COTS產品集成后的裝備系統的性能和可靠性要根據裝備系統的需求定義和相應的標準規范進行全面的功能、性能和可靠性驗證,并將COTS產品的功能、性能、可靠性的選用規范化地納入裝備研制過程之中。

3) COTS故障仿真驗證。模擬裝備系統的應用環境,分析裝備系統的故障可能能,建立COTS產品的故障注入平臺和故障檢測機制,仿真分析COTS產品及其集成系統在軍用環境下的故障情況、容錯能力與可靠性水平。

4) 安全性評估。由于不存在絕對安全的COTS產品,因此必須假定所有的COTS構件均存在潛在的系統脆弱源,通過安全風險分析來選擇合適的安全策略。裝備系統的安全需求包括機密性、完整性、訪問控制、認證與不可抵賴性等,提供這些安全的機制主要包括認證、授權與加密技術等,但是,COTS產品由于其“黑箱”性,裝備系統研制時不能依據產品的設計圖、源代碼等對COTS產品進行安全分析和測試,因此必須解決裝備系統的安全需求與COTS產品“封閉性”之間的沖突。同時在分析安全因素時,必須考慮裝備系統的標準。只有符合裝備系統安全性標準的COTS產品,才能作為裝備系統的選型產品。

[1] M. Morisiod, C. B. Seamanb, c, V.R. Basili a,c, A.T. Parrae, S.E. Kraftf. COTS-based software development: Processes and open issues[J]. The Journal of Systems and Software,2002,61:189-199.

[2] 李明.美海軍開放式體系架構計算環境發展綜述及啟示[J].計算機與數字工程,2012,40(12):56-59.

[3] 董曉明,石朝明,黃坤,等.美海軍DDG-1000全艦計算環境體系結構探析[J].中國艦船研究,2012,7(6):7-14.

[4] 歐中紅,袁由光,趙曉勇,等.基于COTS技術的高可靠通用容錯計算機容錯機制研究[J].計算機科學,2006,33(4):284-288.

[5] Ronald ORourke. Navy Aegis Ballistic Missile Defense(BMD) Program: Backgmund and Issues for Congress[R]. Apr,2011.

[6] 董曉明,馮浩,石朝明,等.全艦計算環境體系結構和系統集成框架[J].中國艦船研究,2012,9(1):7-13.

[7] 李明,唐亮,王允峰,等.全艦計算環境工程項目管理研究[J].艦船電子工程,2012,32(12):4-8.

[8] Department of defense joint technical architecture(JTA). version 2.0[R/OL]. 1998. [2013-06-30].http://oai.dtic.mil/oai/oai？verb=getRecord&metadata?Prefix=html&identifier=ADA350368.

[9] THOMAS L. Ship design and construction[M/OL]. New York: The Society of Naval Architects and Marine Engineers,2004[2013-01-19]. http://legacy.sname.org/newsletter/VOLIITOC.pdf.

Enlightenment of COTS Appliance in USA Navy

WANG Li

(Oya International College of Henan University, Kaifeng 475001)

The proposition, concept, main technological innovations and application model of USA navy COTS(Commercial-Off-The-Shelf) strategy was briefly analyzed in this paper. The problems of COTS application process was summarized, and some recommendations of COTS appliance of Chinese navy was brought out, to provide reference of development of shipboard information system.

commercial-off-the-shelf, open architecture, shipboard information system

2015年1月5日,

2015年2月27日 作者簡介:王立,男,實驗師,研究方向:實驗教學與管理。

TN919.3

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.006