基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試研究

戴慶龍，尉志青，李建武

(1.中國電子科技集團公司電子科學研究院 綜合電子信息系統研究所，北京 100041； 2.北京郵電大學 信息與通信工程學院，北京 100876； 3.中國電子信息產業發展研究院 網絡空間研究所，北京 100846)

0 引言

武器裝備試驗，是面向武器裝備體系作戰應用的試驗測試過程，是武器裝備的質量衛士，對提高作戰效能有著重要作用。隨著新軍事思想和作戰理念的不斷涌現，一體化的聯合作戰將會成為未來主要戰爭形態[1-2]。

在一體化的聯合作戰中，信息系統結構形態、建設模式都發生了顯著變化，作戰模式也在由“平臺中心”向“網絡中心”轉型。聯合作戰，必須通過聯合試驗來檢驗。在這種條件下，以檢驗作戰能力為導向的武器裝備試驗測試也發生了相應的變化。

以往的以客戶機/服務器、瀏覽器/服務器測試模式為代表的面向武器裝備的試驗測試方法，已經難以適應以網絡為中心，以聯合作戰為特征的裝備試驗、訓練、研發、評估一體化需要。現代武器裝備體系的發展對試驗測試技術提出了更高的要求。因此，十分有必要建立跨地域空間、跨軍兵種力量、跨武器裝備、以信息網絡為中心、以聯合試驗為特征的新型試驗測試。

綜合試驗測試的發展趨勢和面臨的問題，考慮將云計算引入試驗測試當中。云計算能夠將各類實體物理資源進行虛擬化，以共享資源池的方式進行統一管理，按需地為用戶分配資源，用于承載服務。云計算能夠通過網絡以按需、易擴展的方式，為用戶提供高擴展性、動態靈活、定制化的服務[3-4]。

在本文中，針對聯合試驗，將云計算技術引入試驗測試領域，改變傳統的基于單一裝備的測試模式，從而建立起面向聯合試驗，基于云計算的武器裝備體系能力試驗模型，并詳細論述了在基于云計算的武器裝備體系能力試驗模型中，測試是如何實現的。

1 相關工作

武器裝備體系試驗測試，從傳統的“煙囪式”獨立試驗測試，向“一體化”聯合試驗測試進行轉變。出于武器裝備體系發展的需要，以往的試驗測試是針對特定軍兵種、武器和試驗測試環境的。這樣，武器裝備之間是彼此獨立、毫無關聯的，建立的試驗測試環境也是物理隔離的，局限于不同的物理場地，無法實現網絡化廣域分布的測試。張傳友等人認為，新的軍事思想和作戰理念不斷出現和涌現，特別是海、陸、空、天一體化聯合作戰思想的形成，要求試驗測試要向以網絡為中心、以多軍兵種、武器裝備聯合作戰為特征的聯合試驗測試進行轉變，形成武器裝備體系試驗測試。

被測武器裝備之間的關系和測試環境，由相對穩定向動態變化進行轉變。以往試驗測試中，武器裝備和測試環境都是特定的，它們之間的關系也是相對穩定的。而在聯合試驗測試當中，不但武器裝備數量和試驗范圍是巨大的，而且相關配比以及戰場環境都是瞬息萬變的。同時，新的作戰態勢要求對高精確度的地理信息、高逼真度的戰場環境信息、實時近程與遠程戰場態勢信息等多種戰場資源，進行動態實時跟蹤和更新。

現有試驗測試是任務跟隨的，各類武器裝備系統相互獨立，“形散神也散”，缺少統籌全部試驗資源的平臺。王小偉等人指出，現有試驗測試，是針對特定場景下的特定軍兵種/裝備測試，只求完成特定的任務，缺啥補啥，所涉及的測試資源有限。雖然也存在試驗資源的協調調配，但僅僅局限于試驗要素層面，必須嚴格按照預先協商制定并層層報批的協調方案/協同計劃，實施要嚴格按照規定的時間、空間和程序順序組織實施。達成試驗目的主要依靠相關各方試驗活動效果的疊加，遠未達到高度協調一致的順暢程度，試驗協同性比較差。現有試驗測試中，信息只能向上/下級縱向傳輸。同時，李鳴等人認為，現有測試中位于不同地理位置、屬于不同測試體制的多個測試要素、測試單元和測試系統之間的相互聯系、相互作用程度較弱。要解決這一問題，實現網絡化的廣域分布的測試，“形散而神聚”地統籌協調全部試驗資源，提高總體作戰能力，需要一個統籌各種試驗資源、試驗方法的平臺，系統化、規范化地對聯合試驗進行測試。

吳健田等人還指出，現有試驗測試中，試驗測試與武器裝備之間是強耦合的，靈活性差，效率低，容易造成資源的浪費。以往的測試需要搭建和拆除測試環境，根據測試需求，準備相應的軟硬件設備，耗費人力、物力和時間。以往的試驗測試，依次進行單元測試、系統測試、集成測試和回歸測試。李姍等人認為，前三項依次檢驗單元作戰能力、系統作戰能力和體系作戰能力，從單元測試到功能測試，再到系統測試，是一個逐漸復雜、不斷深化的過程。在前三項測試中，倘若發現問題，都要進行調整，然后重新進行試驗測試，以確保進行的調整沒有引入新的問題，這個重新驗證的過程，被稱為回歸測試，它涉及到已有的全部測試和新增的測試[10-11]。鐘華等人認為，一旦以往測試中的需求有變動，需要重新搭建測試環境，準備相應的設備，測試重配置不方便。在測試結束后，測試環境和設備就被閑置，造成資源的浪費。

2 體系能力試驗測試架構

2.1 架構組成

基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試架構如圖1所示。可以看出，與典型的云計算體系類似，基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試也包括基礎設施層、平臺層和應用層這三層，但是在具體細節上，又有所不同。

圖1 基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試架構

基礎設施層，由處于不同地域的海、陸、空、天多種武器裝備、服務器、測試工具以及它們之間的網絡共同組成。武器裝備，由作戰平臺、傳感器和武器系統組成。服務器，既可以分布式地位于不同地點，也可以集中式地位于一處，作為數據中心。武器裝備與服務器之間，通過網絡連接為一個整體。利用虛擬化技術，相互隔離的不同物理資源，包括計算資源、網絡資源和存儲資源，被抽象為統一的虛擬資源，作為資源池，方便實現整個體系中計算資源的動態管控。基礎設施為基于云計算的武器裝備體系能力試驗運行提供硬件平臺，是系統運行并對外提供服務的基礎。具體設備包括機架服務器、刀片服務器等計算設備，磁盤、硬盤、磁帶等存儲設備以及交換機、核心路由器等網絡設備。基礎設施層中，所有硬件設備須具有統一的設備接入標準接口。

平臺層，基于資源池，利用劃分出的一部分虛擬資源，組成可以支撐武器裝備試驗測試的試驗環境、聯試環境和存儲環境，作為試驗平臺環境，為上層的測試應用提供支撐服務。向下，平臺層屏蔽了底層基礎設施層的差異性，使用戶不必關心裝備的細節，是否處于同一處。向上，通過虛擬資源的分配調度，平臺層為上層的服務提供支撐。實際上，平臺層起到了中間件的作用。

應用層，是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的接口，為用戶提供遠程訪問、協同交互的服務，具體包括功能試驗、性能試驗等多種試驗測試應用。對用戶來說，只需要關注按需租用或者訂購相應的軟件資源，而不需要管理或控制任何底層基礎設施，如網絡、服務器、操作系統、存儲等。

在基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試當中，三個層次是不可分割、緊密聯系的。以一個試驗測試應用為例，這個測試應用的實現，是基于平臺層提供的試驗環境。而實驗環境來自于基礎設施層中的資源池，抽象自物理基礎設施。另外，在這個測試應用的運行過程中，測試數據的采集、處理和存儲，都需要落地到物理基礎設施之上，才能實現。這樣，在基于云計算的武器裝備體系能力試驗模型當中，試驗測試實際上已經變成了一種應用，也就是試驗測試即服務。

2.2 架構優勢

云計算技術的引入，對武器裝備體系能力試驗的影響主要體現在以下幾個方面：

① 測試環境的改變。基于云計算的武器裝備體系能力試驗，與以往測試的最大區別在于提供資源虛擬化、部署分布化、靈活且定制化的測試服務，可以為復雜的聯合試驗測試動態匹配所需的測試資源和測試環境。

② 測試重心的轉移。基于云計算的武器裝備體系能力試驗，強調面向整個測試流程，并確保流程的各個部分正常交互。基于云計算的武器裝備體系能力試驗的服務對象，主要是聯合試驗環境下的應用測試，大部分邏輯都用于處理各個武器裝備之間的網絡化交互，而不是內部組成。以往的試驗測試流程，仍然是按照特定軍兵種、作戰目的來垂直化的組織試驗測試。試驗測試重心的轉移是基于云計算的武器裝備體系能力試驗對試驗測試影響的核心所在。

③ 試驗測試范圍的擴展。聯合試驗中，用戶對測試應用的可靠性和可用性要求較高，使得基于云計算的武器裝備體系能力試驗的測試范圍，由驗證和確認裝備作戰功能對用戶需求的滿足，擴展到對裝備非作戰功能的質量保證，如裝備之間的信息交互能力。

④ 試驗測試模式的演化。基于云計算的武器裝備體系能力試驗中，測試基礎設施由測試服務提供商(通常負責運營、維護整個測試體系)通過云計算提供支持，提供商擁有專業測試人員，包括領域專家或眾包服務，用戶根據測試項目規模、測試目標和測試時間等方式按需購買。

3 體系能力試驗測試的實現

3.1 試驗階段

在基于云計算的武器裝備體系能力試驗中，一個試驗測試的實現，先后經過啟動階段、計劃階段、實施階段和驗收階段，共四個階段，如圖2所示。

第一階段為啟動階段。測試服務提供商，在充分理解云計算環境下的武器裝備測試方法與技術的基礎上，分析聯合試驗測試用戶提出的測試需求，并更新和制定與之配套的測試策略，評估測試可能存在的風險。在確定測試資源信息之后，雙方正式簽署合作協議，進入測試項目的計劃階段。

第二階段為計劃階段。測試服務提供商，根據測試項目的規模和要求，安排合適的測試人員與測試周期，在深入分析聯合試驗測試用戶測試需求的基礎上，評估并設計適用于基于云計算的武器裝備體系能力試驗的需求列表，并同聯合試驗測試用戶進行需求確認，初步制定測試項目計劃并反饋給聯合試驗測試用戶。雙方可能需要經過多輪的協調商討，對測試項目計劃進行逐步的調整與更新，最終輸出測試項目計劃書。

第三階段為實施階段。測試服務提供商，根據項目計劃書配置測試云環境，執行預定的各項測試任務，對出現的缺陷進行跟蹤并反饋給聯合試驗測試用戶，聯合試驗測試用戶根據測試結果可以隨時修正自身問題，并可以即插即用地隨時加入到原有測試中，直到達到測試目標度量要求。在此過程中，聯合試驗測試用戶可以監控測試計劃的執行情況，及時接收測試服務提供商的測試結果，并修復自身問題，同時還可以監控雙方共同維護的，供合作雙方交換測試關鍵信息的共享庫，以確保敏感數據得到妥善的使用與管理。

第四階段為驗收階段。在聯合試驗測試完成后，測試服務提供商提供最終的測試項目完成報告，聯合試驗測試用戶對測試報告做最后的驗收工作。

值得一提的是，在測試的實施過程中，由于云計算的存在，如果發現問題，可以直接進行問題修改，而不影響其他測試科目的進行。另外，在測試的執行過程當中，最重要的是測試實施階段。實際的測試實施當中，涉及虛擬化和海量數據處理的應用。

圖2 試驗測試實現的階段

3.2 試驗流程

在基于云計算的武器裝備體系能力試驗中，一個體系能力試驗案例的實現，涉及多個角色之間的交互，試驗流程如圖3所示。

圖3 試驗流程

① 測試請求

測試請求，由用戶發出，是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的輸入。

② 應用請求

測試應用，是用戶與基于云計算的武器裝備體系能力試驗進行交互的中介，要運行在一定的測試平臺之上。

③ 資源請求

測試平臺為測試應用提供特定的運行環境或開發環境。測試平臺會占用一部分的資源，這些資源，由測試平臺發出資源請求，由云管理層接受資源請求。

④ 資源分配

云管理層接受資源請求之后，會按照一定的虛擬資源分配原則從虛擬資源池中，劃分出合適的資源。

⑤ 資源抽象

分布在不同地點的物理測試資源，通過虛擬化技術，被抽象成虛擬資源，作為資源池，由云管理層統一分配調度。

⑥ 資源映射

虛擬資源，要承載應用，真正實現一定的功能，如處理數據、存儲數據，最終還是要落地在物理資源之上，這個過程稱為資源映射。

⑦ 組裝

由云管理層，劃分出來的虛擬資源，用于組裝成平臺，為測試應用提供平臺支撐或運行環境。

⑧ 測試結果

把基于云計算的武器裝備體系能力試驗得到的測試結果，以文本、數據或圖表的形式，呈現給用戶，是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的輸出。

⑨ 數據存儲

測試應用處理的初始數據、中間數據和最終數據，都需要存儲在物理實體上，如分布式存儲服務器。

⑩ 數據支撐

物理資源為具體的測試應用提供數據支撐。

值得一提的是，在測試的實現流程當中，①、⑨是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的輸入輸出，③～⑦涉及基于云計算的武器裝備體系能力試驗中的虛擬化，⑧～⑩涉及基于云計算的武器裝備體系能力試驗中的海量測試數據數據處理。

4 體系能力試驗測試的試驗結果

為了驗證基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試的有效性和可行性，在實驗環境下搭建了原型驗證平臺。試驗環境如圖4所示，分為前臺和后臺兩部分，前臺主要是工作站，負責承載云計算中劃分出的云主機，用來為用戶或者基于云計算的武器裝備體系管理者提供訪問借口，后臺主要是武器裝備體系能力測試的實體，既包括服務器、網絡設備，也包括測試工具。試驗中各類設備的參數情況如表1所示。

圖4 試驗環境

試驗的目的，是為了評估體系傳輸視頻業務的能力。裝備體系的資源管理者，利用云計算，為測試視頻傳輸業務能力劃分了如圖5所示的測試平臺。在該測試平臺中，一臺云主機作為視頻業務的服務器，被映射到工作站A上，另一臺云主機，作為視頻業務的客戶端，同時還集成了測試工具，能夠采集視頻業務的相關參數，該云主機可以被映射到主機B或者C上。視頻業務中傳輸的視頻如圖6所示，是700 M大小的1080P高清視頻，循環播放。

表1 設備參數情況

設備品牌型號參數用途服務器浪潮InspurXeonNF8560M2內存：IntelDDR38GB?32硬盤：300GB?10CPU主頻：1．86GHz浪潮InspurXeonNF5280M3內存：IntelDDR38GB?24硬盤：300GB?24CPU主頻：2GHz提供數據存儲和計算能力交換機某型號背板帶寬：32Gbps包轉發速率：1488000pps端口數：16網線RJ45雙絞線數據傳輸速率：1000Mbps設備互聯機架ToTen大小：2m?0．6m?1m設備放置工作站惠普HPXW4600內存：IntelDDR34GB硬盤：500GBCPU主頻：2．67GHz視頻服務器或客戶端

圖5 視頻業務測試平臺

圖6 視頻業務中傳輸的視頻

測試結果如圖7所示，可以看出隨著時間的增長，視頻客戶端通過測試工具單位時間內捕獲到的視頻業務數據包數量在500個上下浮動，這也與視頻是循環播放的相符合。

圖7 視頻業務中傳輸的視頻

5 結束語

為了順應武器裝備體系能力試驗的發展趨勢，解決現有試驗測試相對落后的問題，建立了基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試研究，提出了測試架構組成、作用和優勢，劃分了體系能力試驗的具體階段，并詳細闡述了體系能力試驗測試的試驗流程，通過視頻業務測試案例驗證了提出的武器裝備體系能力試驗測試是合理和可行的。

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