美海军COTS技术应用对我军的启示

王 立

(河南大学欧亚国际学院 开封 475001)



美海军COTS技术应用对我军的启示

王 立

(河南大学欧亚国际学院 开封 475001)

论文简要分析了美海军COTS技术应用概念的提出,主要概念,发展历程及应用模式。总结了COTS技术应用过程中存在的问题,提出了我军COTS应用推进的措施建议,为我军舰载信息装备发展提供参考。

商用货架产品; 开放式体系架构; 舰载信息装备

Class Number TN919.3

1 引言

长期以来,世界各国在军用信息装备,如军用计算机等的开发和研制上采用专门定制的模式,完全遵循军用标准的要求,这一方面加大了军用信息装备的开发难度,增加了成本和经费,延长了开发周期;另一方面由于专门定制的信息装备更新换代缓慢,导致装备系统性能差距加大,不能满足迅速增长的军事需求。而与此相伴的是,冷战结束后,世界各国的装备研制面临着军费大为缩减的现实以及以信息化为方向的装备更新换代的紧迫要求,这都给装备研制带来了巨大的压力。因此,探索技术先进、性能优良、成本低廉的军品开发新途径成为装备建设面临的新问题。

为此,美国国防部从1990年代初期开始进行装备采办改革,采用开放式体系架构,并把经济可承受性作为其核心内容之一,提出了基于先进的商用标准技术和产品发展军用装备的采办思想,考虑在军事装备研制中直接采用现有的商用产品和技术。与此同时,美国国防部着手制定提出了商用产品大力应用于装备研制的推进政策,提出“采用民用产品、服务和技术”作为其防务采办工作的基本政策之一,明确采办决策“优先考虑从民用领域可以获得的国内或国外技术、系统和设备”,使其成为实现经济可承受性的一项重要措施,即所谓装备研制和采办的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)策略[1]。

2 美军开放式体系架构及COTS技术的提出

2.1 美军舰载信息基础设施曾经面临的问题

随着21世纪海上力量设想的提出,美海军发现已有的舰艇战术数据处理系统、先进作战指挥系统、宙斯盾系统(Advanced Electronic Guidance Information System,AEGIS)等舰艇电子信息装备在设计上已不能满足作战能力的需要,这些系统硬件资源缺乏整合,利用率低,计算和显控设备共用困难,软件和硬件捆绑紧密,系统开放性、可扩展性差,不论是硬件还是软件,其任何功能或性能的改变都牵扯到整个系统,从而造成了垄断,降低了能力,增加了成本。

同时,在建设规划和管理上存在多头管理的问题,如美国海军的一体战系统办公室、水面系统司令部、C4I项目办公室、空中系统司令部等均可规划各自的信息基础设施,形成各自专用的解决方案,系统间接口是点对点的方式,不同功能域间的集成能力很弱。

美军认识到系统建设必须从以单个项目或单平台为对象进行研制或优化的思路,转变到以多平台为对象,提高开放性,重点解决各类C4ISR系统的一体化集成思路上,开放体系架构是完成该转变的关键。2004年,开始将在主流商用软硬件技术标准和规范基础上开发的“开放式体系结构”,作为舰艇各类作战系统共同技术架构,将其作为指导舰艇信息系统建设的依据,推动舰艇公共基础设施的发展,提高武器平台的先进性、通用性和可重用性[2]。美国海军所期待的舰载信息基础设施必须基于公共的基础设施平台,通过开放式接口,提供多域间的互操作解决方案,实现强跨域集成能力[3]。

2.2 COTS主要概念

COTS产品可直译为商用现货成品,指已开发成功并能够快速投入使用的商业产品及其技术,对信息领域而言,通常指可以采购到的具有开放性标准定义的接口的软硬件产品和技术。

根据美国联邦项目开发管理条例中的规定,COTS产品被理解为在市场上销售的商用化产品和标准技术,具体形态一般是材料、元器件、软件、子系统或系统[1]。它有明确的商品价格和固定的流通或销售渠道,可直接从制造商或通过制造商的销售网供应给任何公司或个人使用。另外,COTS产品有明确的描述其功能、性能、机械、电气和环境特性与极限的技术规范。

实际上,在美国国防采办中,除要求考虑商用技术和产品外,还同样建议使用商用服务,如美国防部大量采购商用卫星带宽,将商用卫星服务用于作战行动等。

一般而言,商用技术是指主要针对民用市场需求,为达成商用产品功能、性能特性的实现而开发产生的相关技术;商用产品是指按照民用标准设计、选用民用电子元器件生产及按照民用标准进行试验的产品。两者的概念和内涵有很强的相关性,但实际上并不完全等同。对于两者在军用装备中应用分析随装备领域的不同有不同的解读。如在信息装备领域与在核武器、雷达隐身技术等领域对于COTS技术和产品的应用认可程度就会有很大不同,而同样在信息装备领域,也存在COTS技术可以大量应用,但却应控制COTS产品应用范围的认识。

其次,采用COTS产品和技术的同时必须考虑其适用性。在军用装备研制中客观上存在着一些比较适宜采用COTS产品、技术、工艺和服务的领域,也存在一些不太适合采用COTS产品的领域,特别是当军事需求独特、满足军事需求的产品与满足民用需求的产品差异极大时尤其如此。而在电子信息系统领域,包括元器件、模块等,由于需求差异较小,在一些非关键部位,可靠性、安全性要求不高的领域则可通过民品和民用采购方法获得。

另外,COTS产品应用于装备系统还要重点考虑军用环境下COTS的可靠性和抗恶劣环境的性能问题。为了适应军品使用环境,必须对COTS产品进行适当的封装和防护。

3 国外舰载信息装备COTS应用现状

3.1 美海军推进COTS的历程

美军倡导COTS首先是在电子信息装备领域兴起的。首先,美海军意识到,相对商用技术先进,运算速度快,价格便宜,升级扩展容易来说,原先以定制开发模式研制的舰载军用计算机发展缓慢且效率不高。如UYK-43计算机,它开发于1980年,但它的普及却是1990年代以后的事。虽然军用计算机的可靠性、安全性、抗恶劣环境与维修性是商用计算机无法比拟的,但运算速度与应用技术赶不上商用产品却也是不争的事实。为了能应用最新的技术并降低成本,在1984年2月美国防部废除了用于军用计算机指令结构的5000.5X命令,美海军也不得不降低对舰载计算机系统的标准,于20世纪80年代末期开始在舰上采用加固的现成商用计算机组件,通称为COTS计算机产品。刚开始时加固计算机仅用于辅助支援性的运算工作,随着技术的不断进步,现在加固计算机已逐渐能担任第一线的作战任务,真正取代军用计算机的地位。

80年代中后期至今,美国海军制定并逐步完善了海军计算机应用发展计划,包括以下几个阶段: 1) 从1989年到1992年选用DTC-2计算机作为海军标准工作站。该工作站以Sun SPARC 4/110系列工作站为基础加固而成,采用Unix操作系统,可以通过以太网联网操作; 2) 从1992年到1996年应用TAC-3工作站。TAC-3工作站比DTC-2工作站有更强的处理能力、更好的加固环境和更便宜的价格。该工作站采用HP Apollo 9000系列工作站。其最高档的A系统是750型工作站,采用PA—RISC计算机。该工作站支持以太网、FDDI和SAFENET局部网络标准; 3) 从1996年开始采用TAC-4工作站。TAC-4工作站的处理能力是TAC-3的2～3倍,具有大容量实际和虚拟存储器、大容量磁盘存贮器、高性能图形和图形用户接口、Posix操作系统和GOSIP(美国政府开放系统互连框架)柔性软件。要求TA-4全部使用COTS产品,采用IBM RISC system/6000、普惠Apollo系列700或DECAlpha RISC工作站; 4) 2000年左右,应用TAC-5计算机,该机将比TAC-4功能更强、价格更便宜,并且是一个真正的开放式系统。

随着Intel商用CPU技术的快速发展,美海军舰艇的主流计算机也逐渐朝X86架构体系发展,并在不断升级更新。如在洛杉矶级核潜艇的计算能力提升计划——“声学商用现成技术快速插入”(ARCI)计划中,将原先用于潜艇声纳的“奔腾”处理器换成了主频为2.4G赫兹的“至强”处理器,这两种处理器都是英特尔公司生产的,经过升级后,潜艇的声纳系统检测可视和声学信号的能力增强了25%,错误报警率下降了40%;在信号被检测到后,声纳操作人员识别和分类信号的速度加快了27分钟(分类是通过将检测到的信号与数据库中的信号进行比较);在检测到可视和声学信号之后,潜艇避免被发现的时间延长了25分钟。

另外,洛克希德·马丁公司的计算机系统工程与试验中心(CSETS)也采用并集成商用现成(COTS)的计算机技术来改进美国海军“宙斯盾”武器系统的能力。“宙斯盾”武器系统已经从“基线5”型发展到6.3型、7.1型,越来越多的商用技术应用于计算机系统中,而这些计算机系统是“宙斯盾”武器系统的核心,美海军甚至希望计算机系统可以100%的使用现用商业技术。

由上述发展计划可以看到,随着对军用计算机性能、价格等方面要求的不断提高,COTS技术因其特有的优势,其应用不断得到推广,占据着越来越重要的位置。

3.2 美海军应用COTS技术的模式

以军用计算机为例,自从1994年起,COTS技术开始广泛应用于美国军用计算机中。近20年来的发展,COTS硬件和软件成为绝大多数美国军用计算机设计、制造、升级的基础,但这些军用计算机并不是严格定义的COTS产品,而是基于COTS技术,进行相应改装的产品。今后,按客户需求进行COTS改装形成军用装备成为美军方采办的原则,特别是对于军用计算机更是如此。这种趋势日益丰富和发展了COTS概念,并已越来越深刻地影响美军用计算机的研制和生产。总体来说,按客户需求定制COTS产品、采用模块化设计方式,以及必须具备军工经验支持成为美军COTS技术应用于军用信息装备领域的基本模式和要求。

1) 客户需求定制

目前,国际上已有许多公司从事根据军用客户需求定制军用计算机的设计。如Microlink公司,其专业定制设计的VME和CPCI加固计算机已广泛用于军用飞行器以及美国海军研究试验室等项目中;CRI公司产品50%左右为按军用客户需求而定制的,其生产的SGIOnys Ⅱ型计算机工作站是一款非常成功的需求定制的紧凑型COTS产品;此外,还有一些介于标准和全定制加固计算机设计之间的公司,如Dolch公司等。

2) 模块化设计

模块化设计是众多从事定制军用计算机设计的公司的核心技术之一。如Miltope公司通过采用模块化设计方式,保证其产品可最大程度上满足不同客户需求。该公司以典型军用环境需求为目标,按照极端恶劣环境要求进行模块化设计,因此其设计的加固计算机可适用于不同的军用领域;模块化设计方式在Dolch公司也得到应用,有利于Dolch公司采用在类似工作条件下已经得到证实可用的COTS组件,与COTS组件供应商建立稳定的供求关系,以及通过提高定制设计和生产的效率以获取更高的效益。但是模块化设计也存在其局限性,设计一种适用于所有客户需求的高度模块化计算机是基本不可能的,因为这种方式极其昂贵。

3) 军工经验支持

将COTS计算机及其部件用于军事用途,需要大量的专业军工经验做支撑。如Argon、Microlink等公司的所有工程师均出身国防工业,具备了大量的专业军工经验,并能深刻理解军用规范和标准。这些经验都是从诸如Boeing、Raytheon、Hughes等公司逐步积累起来的,可以说,如果没有具备军工设计的人才和经历,应用COTS技术和产品的工作是不可能有效进行的。

总之,美军装备中应用COTS技术已经是广泛趋势,使得舰载作战系统也能享受到商用计算机性能越来越高,价格越来越便宜的好处,突破以往性能提升不易的障碍。而软件则因稳定性与安全性的考虑,在使用商用技术方面的步调落后于硬件COTS产品的应用。

4 COTS技术应用存在的问题

当前,COTS技术和产品在我军舰载信息装备中应用还存在以下几个方面的问题。

4.1 COTS技术和产品的应用存在突出的两面性

尽管COTS技术和产品正得到越来越多的应用,但是从另一个角度来说,正是随着COTS技术的应用的发展和延伸,其不足和局限性日渐明显,如何改善或改进不足,扩大其应用领域,是目前迫切需要解决的关键问题。

1) 自主安全、保密问题。安全保密工作对于国防事业尤为重要。在全球化浪潮下,商用技术和产品难以避免国外技术和产品的来源,目前我军配备的计算机及其系统大量使用国外计算机硬件及系统软件,其系统的安全保密问题在国防安全和现代军备竞争中的关键性毋庸置疑,但却无法得到很好的解决;另外标准的COTS产品不能对某些应用提供一切必要的性能,COTS标准选择不当则会引入风险。因此,当军用计算机及其系统的可靠性存在问题时或对于关键性任务,一定要经过反复验证,再决定是否采用COTS技术或者选择何种COTS产品、标准等。因此,在应用COTS技术开发军用计算机及其系统时,不仅要对引进的COTS技术、产品、标准进行深入的研究,还应该同步研制自主可控知识产权的产品,从源头上杜绝发生安全保密事故。

2) 适应性问题。一方面,由于商用计算机市场几乎没有按军用环境要求设计制造产品、开发新技术、颁布新标准;另一方面,军用环境,如高温、振动、实时操作等对产品要求甚高,如果完全采用军用标准来衡量、选择商业标准的COTS产品,则会在很大程度上减小COTS在军用计算机及其系统中的应用范围,甚至难以获取满意的选择结果。为此,在使用COTS时,一方面对其的评价和选择标准需要做必要的修改或偏移,以增强其应用功能和适应能力;另一方面,应该用需求来影响供应,以提供满足其紧迫需要的COTS产品和服务。

4.2 牵引COTS应用的开放系统标准欠缺,COTS产品的应用有待规范

COTS产品能否在军事领域应用的关键在于它们的标准和规范是否一致。为此,需要采用一种与商用/工业标准一致的开放的系统,以便COTS产品能够引入;另外由于最新的COTS计算机产品一般都基于最新的工业标准,产品标准化程度高,易升级,且支持多种标准,美海军为推广COTS技术,提出了计算机开放系统实施计划COSIP(Computer Open System Implementation Program),该计划把海军标准化要求同开放式结构及商用现成技术相结合,强调采用能有效改善海军平台安全性、机动性及连续作战能力的商用计算机。开放式系统正是在这种军事需求的牵引下诞生的。而COTS技术则是实现开放式系统结构的支持技术之一。

开放式系统结构不仅涉及计算机体系结构,而且涉及网络体系结构和应用体系结构。对开放式系统结构的一般认识是:广泛采用商用标准的COTS软硬件产品、标准和完全确定的接口;支持相互可操作性;以最低的费用和对现有系统部件的最小影响,实现系统功能和能力的增长、支持软件的重用和可移植性,以及产品渠道和开发方式上的开放性。

此外,开放式系统结构是由开放系统接口标准所定义的一个结构框架,具有可移植性、可变规模性、可交互操作性。该结构最具吸引力的是在计划开发、采购、维修及更新时能降低成本,增加了可重新使用机会,更有可能使用COTS,还能快速建立系统模型。采用该结构后,较好地解决了系统的功能扩充、修改、元器件的更新换代。开放式系统结构由民用向军用推广存在着争论,主要由于标准的和最佳性能不能兼顾,一些领域还不能完全满足军事上的需要,这就要和专利性标准相结合。另外,同样的接口,可能有几个开放式结构的选择,减少了可重用的优点。但不管如何,开放式工业标准向军用过渡趋势已很明显,因为该标准为减少成本,增加竞争,增加可互用性提供了潜在的优势。为此,美国有关方面正在不断探索开放系统结构向军事上应用的转移,其发展趋势是不可逆转的。

4.3 COTS应用范围还未明确界定,应用缺乏指导

在军用计算机大量采用COTS技术时,必须考虑COTS的可靠性和抗恶劣环境的性能。从而在实际上也需要限定COTS产品的军用范围。

目前,在我国还缺乏COTS产品应用的相关范围和评价标准,基本是各个研制单位自行其事,COTS产品应用指导缺失,从而在装备的实际的效能和可靠性等方面,难以进行有效评估。不利于统一规范和引导COTS技术在装备中合理应用。

4.4 缺乏COTS应用的可靠性风险控制方法

军事装备研制中,采用COTS技术是一把双刃剑,既可能获得巨大的收益,也包含了巨大的风险。其收益主要体现在:加快装备研制进度;降低研制费用;技术成熟;批量大,COTS缺陷暴露充分;可以产生竞争环境。其风险主要体现在可靠性方面,在军用环境中,COTS是否可靠、故障是否可测、是否易修、可否持续保障。显然,要实现COTS的巨大收益,必须配套采取有效的管理措施和技术手段,降低其应用风险。

要控制COTS可靠性风险,必须首先找出风险源。分析COTS可靠性风险源,可以从军民品使用环境的差异、装备的可靠性(含维修性、维修保障)要求、国情化特色等方面着手。COTS主要包括以下可靠性风险源。

1) 不能满足军用环境的要求:COTS技术和产品的适用性不能完全覆盖装备的任务能力需求;供货商不能按照要求进行环境适应性修改。

2) 可靠性不能满足军事用途要求:COTS故障的后果不能预期,某些故障在民用中其影响可能是可接受的,在装备及军事系统中则可能是致命的;对于只在航空航天及军事使用中暴露的故障,供货商能否及时对故障采取纠正措施;由于军民品任务适用性的巨大差异,COTS在航空航天及军事使用环境下的可靠性水平难以准确预期。

3) 维修性不能满足军事用途要求:COTS故障后的检测、隔离、恢复能力与装备BIT/ATE系统不能兼容;COTS故障后的故障检测、隔离、恢复能力不能满足装备及军事系统的严格要求;COTS故障后不能满足快速更换、分级维修的要求,不能与装备保障系统相协调。

4) 维修保障不能满足/持续满足军用要求:民品供货商存在市场竞争风险,供货商可能被迫改变;民品技术升级后COTS可能不再大批量生产或停产,升级后的产品应是后向兼容的,以实现COTS的持续保障;供货商自身的供货链的持续保障能力;应分析供货商的子供货商的持续供给与保障能力。

5) 特殊风险:军民品质量水平差异较大,应特别加强供货商及COTS产品的质量甄选;军品批量小,导致对供货商及COTS产品的管理监控难度增大;应特别强调进口民用产品的持续保障风险;非自主知识产权的国产产品的持续保障风险。

5 COTS产品在装备中应用的推进措施建议

5.1 制定COTS应用的管理办法和规范

1) 制定装备COTS应用工作原则

研究总结国内外的装备研制思路,军品研制中选用COTS(设备/分系统、软件和元器件)应遵循下列原则。

性能原则:COTS必须满足军事装备技术指标及接口要求、重量要求、空间要求等。

经济性原则:综合考虑采购与保障费用,COTS的采用必须在寿命周期费用上是合算的。

环境适应性原则:COTS必须能在军事环境下正常工作,应能承受预期的极限温度、振动、湿度、辐射、盐雾、霉菌等使用环境。

可靠性原则:COTS必须能在军事环境下可靠工作,并防止灾难性故障后果[4]。

维修保障原则:COTS必须与现有的维修保障体系相协调,并能快速诊断、更换、修理和持续保障。

安全性原则:COTS产品必须安全可控,防止在装备对抗及使用过程中被操控和瘫痪的风险[5]。

性能原则和经济性原则是选用COTS时必须具备的前提,环境适应性原则、可靠性原则、维修保障原则则更多对应的是风险,称之为可靠性风险[6],因此必须建立相应的风险规避机制。

2) COTS应用相关标准规范建立

装备系统有其比较苛刻的环境适应性和物理特性匹配性要求,特别是舰船装备的高温、高湿、高盐“三高”环境。商用标准如接口标准和工具标准,若以严格符合形式应用于装备系统,在许多情况下是行不通的。

在基于COTS产品进行装备系统设计和集成过程中,前期需要对COTS产品的准入标准,需求符合度,产品“六性”等建立完善的产品采购、测试和准入制度[7];在后期装备系统选型过程中,对COTS产品的选用要建立产品选用的指导性文件和规范[8];在装备系统设计与集成过程中,对COTS产品的适应性,以及系统的整体符合性要建立完善的验证、评估标准[9]。基于COTS产品的装备系统设计与集成都要建立在这些完善的标准规范的指导下进行。

另外,对于COTS商用标准与装备系统标准之间有一定的冲突:没有完全严格遵从装备标准的商品,但存在满足需求的非标准商品。因此必须要以标准决定COTS应用的整个过程,即在众多标准中提选出适合需求的标准、明确标准在整个系统中的作用、明确必须实现的接口、尽可能选择商业标准,并积极参与标准的制定。

3) COTS应用体系的完善

首先,采用基于COTS的装备研发和采办策略必须建立完善的组织体系,对COTS装备系统的产品准入,产品分析,产品选型,评估机制以及维护保障机制进行全面的组织和管理。组织体系是所有行动的基本保障,也是各项活动的基础,只有组织体系的保障下,COTS产品在装备系统中的应用进程才能有序的推进。

第二,建立基于COTS的装备研发和采办策略的法规制度体系,目前,COTS产品在装备领域的应用过程中,产品的检验规范,选型规范,可靠性、安全性标准,以及评估和验证制度等标准规范都比较欠缺。虽然军方和民用领域的积极性都很高,但由于没有法规制度的约束和规范,采用COTS产品进行装备系统研制则难以深入和拓展。

第三,要建立有效的评估检验体系。以评估和检验COTS产品在装备系统中应用的技术成熟度、可行性等问题。

5.2 加强COTS的应用领域界定

基于COTS产品进行装备系统设计和研制首先要对装备系统中COTS的应用领域及需求进行详细的分析和研究。

1) 需求定义,分析装备系统应用需求及COTS产品的需求满足度,确认COTS产品的适用范围。

2) COTS产品识别与选择,减少详细评估时的候选COTS产品数量。通过分析COTS开发商提供的文档、评述、识别者的先验知识和专家的建议进行产品评估。

3) COTS产品检验,充分理解实际COTS产品可获得的功能、性能、质量,深入了解COTS产品与装备系统的适配度。

4) 可行性研究,从需求定义、系统设计、工作量估测和风险评估等四个角度分析采用COTS产品的可行性。以多元化的研究方案针对不同COTS产品、产品组合和有无COTS产品开展系统的可行性论证。

5) 做出决策,在已获取的资料基础上,结合产品研发预算、开发成本和风险进行决策。根据具体情况选择相应的决策方法,综合权衡需求、成本和风险等各方面因素对COTS产品进行界定。

5.3 严格COTS产品选型及风险控制

COTS产品的选择将影响到开发过程的复杂度、开发代价以及目标系统的功能和性能。因此,如何从众多的COTS产品中合理选择产品就成为装备系统研制的首要问题。

COTS产品的选择主要从两个方面进行:一是管理角度,即有关COTS的可获取性、安全认证、注册、升级、价格、知识产权、寿命周期等问题的协商和谈判;二是技术角度,即结合COTS功能、质量和项目条件进行评估。

COTS产品的选择过程包括系统的规划评估、评估准则的建立、产品数据收集、数据分析和决策选择等环节。一般而言,COTS的选择评估并不是一个规划评估、建立评估准则、收集数据、分析数据和做出选择的顺序过程,而是一个复杂的过程,如图1所示。 1) 收集数据过程中的意外发现、 2) 分析数据后对COTS的新的理解都可能需要重新修正评估计划。此外, 3) 分析数据也可能发现数据的缺陷并要求重新收集数据或 4) 分析的结论促使新的评判准则的产生。

COTS产品选择也可能带来产品的选型风险。COTS产品的使用引起很多组织发生改变,而已采用COTS方法的组织并没有意识到这些改变或者对这些改变认识不到位,这就导致对COTS产品抱有不切实际的期望,或被误导试图修改COTS产品,或者当新方法更简单适用时,依然坚持传统的开发方法或坚持与使用COTS方法不相符的行为。上述种种行为都给装备系统的开发、保障带来了风险。因而,如何降低或规避风险就成为COTS产品选型过程中风险评估的主要任务。

图1 COTS选择评估过程

5.4 做精基于COTS的装备系统设计与集成

在装备系统的设计阶段,如何关联和集成各COTS产品以及开发非COTS模块是设计阶段考虑的主要问题。此外,还需对风险、集成工作量以及全部代价进行重新评估。

集成阶段主要将各COTS产品、非COTS模块及连接件“组装”集成,研制和选择COTS产品的软硬件集成环境和连接件,最终满足装备系统的应用需求。装备系统实现之后同时还需对系统按装备系统的规范和需求进行完善的集成测试。

5.5 加强基于COTS的装备系统验证与评估

由于是基于COTS产品进行的装备系统设计和集成,各COTS产品的功能、性能及可靠性、安全性等与装备系统的应用需求都存在差异,因此,对装备系统进行全面的评估和验证是需要重点考虑的问题。在装备系统验证和评估过程中,以下几个方面是需要深入分析和研究的问题:

1) 保障性评估。COTS产品采办的持续、稳定、可靠地供货,以及后期产品的可靠性与维修保障支持等是装备系统保障性评估要考虑的问题,应从采购与保障费用两方面进行装备系统全寿命周期费用进行综合分析。

2) 性能、可靠性验证。对单体COTS产品、基于COTS产品集成后的装备系统的性能和可靠性要根据装备系统的需求定义和相应的标准规范进行全面的功能、性能和可靠性验证,并将COTS产品的功能、性能、可靠性的选用规范化地纳入装备研制过程之中。

3) COTS故障仿真验证。模拟装备系统的应用环境,分析装备系统的故障可能能,建立COTS产品的故障注入平台和故障检测机制,仿真分析COTS产品及其集成系统在军用环境下的故障情况、容错能力与可靠性水平。

4) 安全性评估。由于不存在绝对安全的COTS产品,因此必须假定所有的COTS构件均存在潜在的系统脆弱源,通过安全风险分析来选择合适的安全策略。装备系统的安全需求包括机密性、完整性、访问控制、认证与不可抵赖性等,提供这些安全的机制主要包括认证、授权与加密技术等,但是,COTS产品由于其“黑箱”性,装备系统研制时不能依据产品的设计图、源代码等对COTS产品进行安全分析和测试,因此必须解决装备系统的安全需求与COTS产品“封闭性”之间的冲突。同时在分析安全因素时,必须考虑装备系统的标准。只有符合装备系统安全性标准的COTS产品,才能作为装备系统的选型产品。

[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.美海军开放式体系架构计算环境发展综述及启示[J].计算机与数字工程,2012,40(12):56-59.

[3] 董晓明,石朝明,黄坤,等.美海军DDG-1000全舰计算环境体系结构探析[J].中国舰船研究,2012,7(6):7-14.

[4] 欧中红,袁由光,赵晓勇,等.基于COTS技术的高可靠通用容错计算机容错机制研究[J].计算机科学,2006,33(4):284-288.

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

[6] 董晓明,冯浩,石朝明,等.全舰计算环境体系结构和系统集成框架[J].中国舰船研究,2012,9(1):7-13.

[7] 李明,唐亮,王允峰,等.全舰计算环境工程项目管理研究[J].舰船电子工程,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 作者简介:王立,男,实验师,研究方向:实验教学与管理。

TN919.3

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.006