軍事信息系統互操作驗證平臺研究

陳 鈞,袁海林,鄧克波

(中國電子科技集團公司第二十八研究所,江蘇 南京 210007)

0 引言

最早針對互操作性開展研究的是美國國防部。早在20世紀六七十年代,美國各軍獨立開發了大量的系統以完成不同的任務,后逐漸意識到“煙囪”林立會極大地浪費資源,便提出整合不同系統以實現新功能,完成新任務需求。當試圖將兩個或多個系統連接起來時,不可避免地遇到了互操作問題。美國國防部在1977年發布的《軍事與聯合術語詞典》中,首次給出互操作性的定義:系統、單元或部隊為其他系統、單元或部隊提供服務的能力,以及從其他系統、單元或部隊接受服務和使用所交換的服務,以使它們能夠有效地協同工作[1]。

在過去的幾十年中,各國為提升多軍兵種系統互操作性,均開展了大量理論和實踐研究,取得了不同程度的進展。我軍對軍事信息系統互操作性等級與評估進行了一系列探索,研究制定了相關軍用標準,將互操作性定義為:在兩個或兩個以上系統或應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目承包方對特定項目進行方案論證和系統建設,相關科研院所將體系結構理論應用于復雜的系統互操作性研究,建立了面向固定任務和特定環境的體系結構設計方法,用于描述涉及的所有要素及其相互之間的關系[3]。需要注意的是,只有當互操作性能夠被準確地度量時,才能真正地解決互操作問題。

本文將針對軍事信息系統研制過程中的互操作驗證需求,探討如何設計互操作驗證平臺,為系統間互聯互通、互操作性驗證提供平臺和工具支撐。

1 互操作性評估方法

互操作性評估包含兩方面內容:一是互操作等級評估。根據互操作成熟度模型,判斷體系或系統的互操作性所處的等級。二是互操作水平評估。在確定體系/系統所處的等級后,進一步對互操作水平值進行量化評估,得到量化結果。國內外研究機構普遍采用層次分析法、模糊綜合評判法等各類綜合評價方法,對系統間互操作水平進行度量。

以層次分析法為例,互操作性評估作為一種多準則決策方法,可將定性和定量分析相結合,把一個復雜的問題表示為一個有序的遞階層次結構,通過構造兩兩比較矩陣,在此基礎上量化計算各子指標層的相對權重,從而得出系統的效能值。

圖1 互操作層次模型

其次,采用AHP方法計算圖1中子級屬性層和系統屬性層各元素的權重值。由于AHP方法適用于遞階式層次結構,如子級屬性層中元素I1,I2,…,I6都是“設施(I)”屬性下的子級屬性,且各元素相對于目標層中互操作水平的影響是相關獨立的,集合{I1,I2,…,I6}的權值可用AHP方法計算得到。同理,可采用AHP方法計算圖1中子級屬性層和系統屬性層具有相同上級的任一組元素的權值。

再次,計算圖1中各元素相對于目標互操作水平的綜合權重。

最后,將待評估系統各項系統屬性性能值代入,即可得到該系統的互操作水平值。另外,當待評估的系統為多個系統時,AHP方法也可綜合分析包含多個系統模型的綜合權重矩陣,從而得到多個系統對應的互操作水平值,并從中選取具有最佳互操作水平的系統。

需要注意的是,由于判斷矩陣通過專家打分的方式獲得,驗證結果具有較強的主觀性,且缺乏相應的驗證平臺和工具支撐,難以滿足軍事信息系統互操作驗證的客觀量化要求。

2 互操作驗證平臺設計

2.1 工作原理

互操作驗證平臺參考美軍試驗訓練使能體系結構(TENA),通過統一的配置信息管理,支持從功能、性能、接口及標準等多個方面開展互操作性驗證,工作原理如圖2所示。首先,基于驗證腳本自動化調用各類驗證工具,對驗證預期結果和驗證標準進行配置。其次,功能驗證、性能驗證、接口驗證將網絡抓包獲取的網絡數據報文與預期結果進行分析比對。最后,標準驗證通過對網絡抓包獲取的網絡數據報文進行標準符合性對比分析驗證,并對各類驗證過程和結果數據進行實時展現和持久化保存。

圖2 互操作驗證平臺工作原理

2.2 系統組成

互操作驗證平臺包括:驗證工具調度服務、功能驗證工具、性能驗證工具、接口驗證工具、標準驗證工具、驗證結果態勢、腳本編輯運行工具、驗證工具集成規范等功能模塊。系統組成如圖3所示。

圖3 互操作驗證平臺系統組成

2.3 功能模塊

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

2.3.1 驗證工具調度服務

驗證工具調度服務提供調度任務的定義功能,提供不同驗證工具的注冊功能。該服務實現手動/自動執行的情況下,自動調度不同的任務給后端驗證工具。該服務能夠實時監聽所有注冊驗證工具的心跳,并監控已注冊驗證工具的實時界面,支持日志、負載均衡。

2.3.2 功能驗證工具

功能驗證工具針對Web、Qt、手持終端App、Win32等不同類型的應用系統,通過自動化測試驗證方法及工具,模擬人的界面操作步驟,自動獲取界面操作結果數據,并與標準相比對,從而驗證軟件功能的正確性,可以快速定位故障點。

2.3.3 性能驗證工具

模擬多用戶并發訪問軟件系統的情況下,性能驗證工具通過自動化測試驗證方法及工具,自動采集性能指標數據,并與標準相比對,驗證系統的性能指標是否達標。通過各個調用環節的性能分析,可以快速定位性能瓶頸點,模擬客戶端與服務端的通信協議的交互行為。通過驅動客戶端界面操作,能夠模擬客戶端向服務端下發請求協議。支持分布式部署,多臺機器上都可以執行性能驗證腳本,用于支撐高并發的場景。

2.3.4 接口驗證工具

接口驗證工具主要實現接口驗證服務,根據接口規范對被試系統接口數據進行空值驗證、格式驗證、不合理值域驗證、正則驗證等。支持多接口驗證任務并發運行及狀態監視和結果統計。支持對接口協議進行規范化管理,包括接口方法管理、屬性管理等。

2.3.5 標準驗證工具

標準驗證工具主要實現標準驗證服務,根據接口規范對被試系統標準數據進行正確性、有效性、完整性驗證。支持多標準驗證任務并發運行及狀態監視和結果統計。支持對標準協議進行規范化管理,包括字典管理、報文驗證規則管理等。

2.3.6 驗證結果態勢

驗證結果態勢展示功能、性能、接口、標準驗證任務的實時狀態,并能夠通過數據鉆取,查看驗證結果數據及異常信息。該模塊能夠顯示驗證數據的歷史趨勢圖,并能夠追溯到當時的驗證任務詳細信息。

2.3.7 腳本編輯運行工具

提供腳本編寫統一管理工具,可以方便地引用第三方庫、定義變量及參數、調試腳本、運行腳本以及查看腳本運行結果及報錯信息等。腳本采用表格式文本形式,能夠方便地調用Python庫,實現靈活強大的擴展性。腳本的驅動由后端不同的驗證工具具體實現,平臺實現腳本的統一存儲和調度。

2.3.8 驗證工具集成規范

通過在項目建設中對各類型指標規范進行梳理,形成驗證工具集成規范,為后續集成其它驗證工具提供統一的規范,實現驗證工具可拓展。

2.4 信息交互

互操作驗證平臺內部、外部主要信息交互關系如圖4所示。

圖4 互操作驗證平臺信息交互

功能驗證、性能驗證、接口驗證根據驗證需求編輯腳本,依據從驗證試驗庫中獲取驗收規范,對模擬仿真資源抓取到的數據進行比對和符合性分析,并將驗證分析結果持久化存在驗證試驗庫中。

標準驗證根據需求編輯驗證腳本,依據從驗證試驗庫中獲取驗收規范及網絡報文,對模擬仿真資源抓取到的數據進行標準符合性驗證,并將驗證結果持久化存在驗證試驗庫中。

驗證工具調度服務對驗證腳本執行過程中調用情況、驗證工具運行情況、驗證腳本執行情況進行監控,并記錄監控到的信息和日志,為驗證人員提供驗證調用預警及調度分析。

驗證結果態勢通過從驗證庫獲取驗證結果數據,為驗證人員提供統一、實時的驗證結果信息,并通過多種圖表進行展現。

3 結語

本文研究了互操作性內涵和評估方法,并結合軍事信息系統互操作驗證客觀量化要求,提出了適用于我軍信息系統研制過程中支撐開展互操作驗證的平臺架構。本文的研究可以增強互操作驗證能力,促進提升我軍信息系統互操作水平。