軍事信息系統(tǒng)互操作驗(yàn)證平臺(tái)研究

陳 鈞,袁海林,鄧克波

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所,江蘇 南京 210007)

0 引言

最早針對(duì)互操作性開(kāi)展研究的是美國(guó)國(guó)防部。早在20世紀(jì)六七十年代,美國(guó)各軍獨(dú)立開(kāi)發(fā)了大量的系統(tǒng)以完成不同的任務(wù),后逐漸意識(shí)到“煙囪”林立會(huì)極大地浪費(fèi)資源,便提出整合不同系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)新功能,完成新任務(wù)需求。當(dāng)試圖將兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)時(shí),不可避免地遇到了互操作問(wèn)題。美國(guó)國(guó)防部在1977年發(fā)布的《軍事與聯(lián)合術(shù)語(yǔ)詞典》中,首次給出互操作性的定義:系統(tǒng)、單元或部隊(duì)為其他系統(tǒng)、單元或部隊(duì)提供服務(wù)的能力,以及從其他系統(tǒng)、單元或部隊(duì)接受服務(wù)和使用所交換的服務(wù),以使它們能夠有效地協(xié)同工作[1]。

在過(guò)去的幾十年中,各國(guó)為提升多軍兵種系統(tǒng)互操作性,均開(kāi)展了大量理論和實(shí)踐研究,取得了不同程度的進(jìn)展。我軍對(duì)軍事信息系統(tǒng)互操作性等級(jí)與評(píng)估進(jìn)行了一系列探索,研究制定了相關(guān)軍用標(biāo)準(zhǔn),將互操作性定義為:在兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)或應(yīng)用之間交換信息并相互利用所交換信息的能力[2]。為支持和約束軍方項(xiàng)目承包方對(duì)特定項(xiàng)目進(jìn)行方案論證和系統(tǒng)建設(shè),相關(guān)科研院所將體系結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用于復(fù)雜的系統(tǒng)互操作性研究,建立了面向固定任務(wù)和特定環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,用于描述涉及的所有要素及其相互之間的關(guān)系[3]。需要注意的是,只有當(dāng)互操作性能夠被準(zhǔn)確地度量時(shí),才能真正地解決互操作問(wèn)題。

本文將針對(duì)軍事信息系統(tǒng)研制過(guò)程中的互操作驗(yàn)證需求,探討如何設(shè)計(jì)互操作驗(yàn)證平臺(tái),為系統(tǒng)間互聯(lián)互通、互操作性驗(yàn)證提供平臺(tái)和工具支撐。

1 互操作性評(píng)估方法

互操作性評(píng)估包含兩方面內(nèi)容:一是互操作等級(jí)評(píng)估。根據(jù)互操作成熟度模型,判斷體系或系統(tǒng)的互操作性所處的等級(jí)。二是互操作水平評(píng)估。在確定體系/系統(tǒng)所處的等級(jí)后,進(jìn)一步對(duì)互操作水平值進(jìn)行量化評(píng)估,得到量化結(jié)果。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)普遍采用層次分析法、模糊綜合評(píng)判法等各類綜合評(píng)價(jià)方法,對(duì)系統(tǒng)間互操作水平進(jìn)行度量。

以層次分析法為例,互操作性評(píng)估作為一種多準(zhǔn)則決策方法,可將定性和定量分析相結(jié)合,把一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題表示為一個(gè)有序的遞階層次結(jié)構(gòu),通過(guò)構(gòu)造兩兩比較矩陣,在此基礎(chǔ)上量化計(jì)算各子指標(biāo)層的相對(duì)權(quán)重,從而得出系統(tǒng)的效能值。

圖1 互操作層次模型

其次,采用AHP方法計(jì)算圖1中子級(jí)屬性層和系統(tǒng)屬性層各元素的權(quán)重值。由于AHP方法適用于遞階式層次結(jié)構(gòu),如子級(jí)屬性層中元素I1,I2,…,I6都是“設(shè)施(I)”屬性下的子級(jí)屬性,且各元素相對(duì)于目標(biāo)層中互操作水平的影響是相關(guān)獨(dú)立的,集合{I1,I2,…,I6}的權(quán)值可用AHP方法計(jì)算得到。同理,可采用AHP方法計(jì)算圖1中子級(jí)屬性層和系統(tǒng)屬性層具有相同上級(jí)的任一組元素的權(quán)值。

再次,計(jì)算圖1中各元素相對(duì)于目標(biāo)互操作水平的綜合權(quán)重。

最后,將待評(píng)估系統(tǒng)各項(xiàng)系統(tǒng)屬性性能值代入,即可得到該系統(tǒng)的互操作水平值。另外,當(dāng)待評(píng)估的系統(tǒng)為多個(gè)系統(tǒng)時(shí),AHP方法也可綜合分析包含多個(gè)系統(tǒng)模型的綜合權(quán)重矩陣,從而得到多個(gè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的互操作水平值,并從中選取具有最佳互操作水平的系統(tǒng)。

需要注意的是,由于判斷矩陣通過(guò)專家打分的方式獲得,驗(yàn)證結(jié)果具有較強(qiáng)的主觀性,且缺乏相應(yīng)的驗(yàn)證平臺(tái)和工具支撐,難以滿足軍事信息系統(tǒng)互操作驗(yàn)證的客觀量化要求。

2 互操作驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

互操作驗(yàn)證平臺(tái)參考美軍試驗(yàn)訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)(TENA),通過(guò)統(tǒng)一的配置信息管理,支持從功能、性能、接口及標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面開(kāi)展互操作性驗(yàn)證,工作原理如圖2所示。首先,基于驗(yàn)證腳本自動(dòng)化調(diào)用各類驗(yàn)證工具,對(duì)驗(yàn)證預(yù)期結(jié)果和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置。其次,功能驗(yàn)證、性能驗(yàn)證、接口驗(yàn)證將網(wǎng)絡(luò)抓包獲取的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行分析比對(duì)。最后,標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)抓包獲取的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性對(duì)比分析驗(yàn)證,并對(duì)各類驗(yàn)證過(guò)程和結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展現(xiàn)和持久化保存。

圖2 互操作驗(yàn)證平臺(tái)工作原理

2.2 系統(tǒng)組成

互操作驗(yàn)證平臺(tái)包括:驗(yàn)證工具調(diào)度服務(wù)、功能驗(yàn)證工具、性能驗(yàn)證工具、接口驗(yàn)證工具、標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工具、驗(yàn)證結(jié)果態(tài)勢(shì)、腳本編輯運(yùn)行工具、驗(yàn)證工具集成規(guī)范等功能模塊。系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 互操作驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)組成

2.3 功能模塊

互操作驗(yàn)證平臺(tái)能夠支撐一體化開(kāi)展軍事信息系統(tǒng)互操作驗(yàn)證工作,支持自主可控平臺(tái)下的銀河麒麟、Android等操作系統(tǒng),同步兼容Windows操作系統(tǒng)。具體包括以下功能模塊。

2.3.1 驗(yàn)證工具調(diào)度服務(wù)

驗(yàn)證工具調(diào)度服務(wù)提供調(diào)度任務(wù)的定義功能,提供不同驗(yàn)證工具的注冊(cè)功能。該服務(wù)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)執(zhí)行的情況下,自動(dòng)調(diào)度不同的任務(wù)給后端驗(yàn)證工具。該服務(wù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)聽(tīng)所有注冊(cè)驗(yàn)證工具的心跳,并監(jiān)控已注冊(cè)驗(yàn)證工具的實(shí)時(shí)界面,支持日志、負(fù)載均衡。

2.3.2 功能驗(yàn)證工具

功能驗(yàn)證工具針對(duì)Web、Qt、手持終端App、Win32等不同類型的應(yīng)用系統(tǒng),通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試驗(yàn)證方法及工具,模擬人的界面操作步驟,自動(dòng)獲取界面操作結(jié)果數(shù)據(jù),并與標(biāo)準(zhǔn)相比對(duì),從而驗(yàn)證軟件功能的正確性,可以快速定位故障點(diǎn)。

2.3.3 性能驗(yàn)證工具

模擬多用戶并發(fā)訪問(wèn)軟件系統(tǒng)的情況下,性能驗(yàn)證工具通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試驗(yàn)證方法及工具,自動(dòng)采集性能指標(biāo)數(shù)據(jù),并與標(biāo)準(zhǔn)相比對(duì),驗(yàn)證系統(tǒng)的性能指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)。通過(guò)各個(gè)調(diào)用環(huán)節(jié)的性能分析,可以快速定位性能瓶頸點(diǎn),模擬客戶端與服務(wù)端的通信協(xié)議的交互行為。通過(guò)驅(qū)動(dòng)客戶端界面操作,能夠模擬客戶端向服務(wù)端下發(fā)請(qǐng)求協(xié)議。支持分布式部署,多臺(tái)機(jī)器上都可以執(zhí)行性能驗(yàn)證腳本,用于支撐高并發(fā)的場(chǎng)景。

2.3.4 接口驗(yàn)證工具

接口驗(yàn)證工具主要實(shí)現(xiàn)接口驗(yàn)證服務(wù),根據(jù)接口規(guī)范對(duì)被試系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)進(jìn)行空值驗(yàn)證、格式驗(yàn)證、不合理值域驗(yàn)證、正則驗(yàn)證等。支持多接口驗(yàn)證任務(wù)并發(fā)運(yùn)行及狀態(tài)監(jiān)視和結(jié)果統(tǒng)計(jì)。支持對(duì)接口協(xié)議進(jìn)行規(guī)范化管理,包括接口方法管理、屬性管理等。

2.3.5 標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工具

標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工具主要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證服務(wù),根據(jù)接口規(guī)范對(duì)被試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確性、有效性、完整性驗(yàn)證。支持多標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證任務(wù)并發(fā)運(yùn)行及狀態(tài)監(jiān)視和結(jié)果統(tǒng)計(jì)。支持對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行規(guī)范化管理,包括字典管理、報(bào)文驗(yàn)證規(guī)則管理等。

2.3.6 驗(yàn)證結(jié)果態(tài)勢(shì)

驗(yàn)證結(jié)果態(tài)勢(shì)展示功能、性能、接口、標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證任務(wù)的實(shí)時(shí)狀態(tài),并能夠通過(guò)數(shù)據(jù)鉆取,查看驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù)及異常信息。該模塊能夠顯示驗(yàn)證數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)圖,并能夠追溯到當(dāng)時(shí)的驗(yàn)證任務(wù)詳細(xì)信息。

2.3.7 腳本編輯運(yùn)行工具

提供腳本編寫統(tǒng)一管理工具,可以方便地引用第三方庫(kù)、定義變量及參數(shù)、調(diào)試腳本、運(yùn)行腳本以及查看腳本運(yùn)行結(jié)果及報(bào)錯(cuò)信息等。腳本采用表格式文本形式,能夠方便地調(diào)用Python庫(kù),實(shí)現(xiàn)靈活強(qiáng)大的擴(kuò)展性。腳本的驅(qū)動(dòng)由后端不同的驗(yàn)證工具具體實(shí)現(xiàn),平臺(tái)實(shí)現(xiàn)腳本的統(tǒng)一存儲(chǔ)和調(diào)度。

2.3.8 驗(yàn)證工具集成規(guī)范

通過(guò)在項(xiàng)目建設(shè)中對(duì)各類型指標(biāo)規(guī)范進(jìn)行梳理,形成驗(yàn)證工具集成規(guī)范,為后續(xù)集成其它驗(yàn)證工具提供統(tǒng)一的規(guī)范,實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證工具可拓展。

2.4 信息交互

互操作驗(yàn)證平臺(tái)內(nèi)部、外部主要信息交互關(guān)系如圖4所示。

圖4 互操作驗(yàn)證平臺(tái)信息交互

功能驗(yàn)證、性能驗(yàn)證、接口驗(yàn)證根據(jù)驗(yàn)證需求編輯腳本,依據(jù)從驗(yàn)證試驗(yàn)庫(kù)中獲取驗(yàn)收規(guī)范,對(duì)模擬仿真資源抓取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和符合性分析,并將驗(yàn)證分析結(jié)果持久化存在驗(yàn)證試驗(yàn)庫(kù)中。

標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證根據(jù)需求編輯驗(yàn)證腳本,依據(jù)從驗(yàn)證試驗(yàn)庫(kù)中獲取驗(yàn)收規(guī)范及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文,對(duì)模擬仿真資源抓取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證,并將驗(yàn)證結(jié)果持久化存在驗(yàn)證試驗(yàn)庫(kù)中。

驗(yàn)證工具調(diào)度服務(wù)對(duì)驗(yàn)證腳本執(zhí)行過(guò)程中調(diào)用情況、驗(yàn)證工具運(yùn)行情況、驗(yàn)證腳本執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控,并記錄監(jiān)控到的信息和日志,為驗(yàn)證人員提供驗(yàn)證調(diào)用預(yù)警及調(diào)度分析。

驗(yàn)證結(jié)果態(tài)勢(shì)通過(guò)從驗(yàn)證庫(kù)獲取驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù),為驗(yàn)證人員提供統(tǒng)一、實(shí)時(shí)的驗(yàn)證結(jié)果信息,并通過(guò)多種圖表進(jìn)行展現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究了互操作性內(nèi)涵和評(píng)估方法,并結(jié)合軍事信息系統(tǒng)互操作驗(yàn)證客觀量化要求,提出了適用于我軍信息系統(tǒng)研制過(guò)程中支撐開(kāi)展互操作驗(yàn)證的平臺(tái)架構(gòu)。本文的研究可以增強(qiáng)互操作驗(yàn)證能力,促進(jìn)提升我軍信息系統(tǒng)互操作水平。