一种建模仿真即服务的可信度计算方法

李 东，梅 铮

（1.南京理工大学，江苏 南京 210094；2.航天系统仿真重点实验室 北京仿真中心，北京 100854）

随着计算技术、信息技术和以云计算为代表的新型技术飞速发展，以云计算为基础的MSaaS等仿真服务为仿真应用的快速构建提供新的思路。MSaaS可信是基于仿真系统对实际世界复杂对象或系统实现正确观察、分析与控制的保证[1]。

研究MSaaS仿真可信度计算时需要考虑两方面的因素：一方面，MSaaS架构在满足可信构建的同时，还应支持仿真资源的快速部署、高效调度和按需集成等；另一方面，可信度计算具有一定的独立性，应重视可信度计算的理论和方法研究。针对不同的应用背景和需求，国内外学者进行了相关研究。Erdal Cayirci通过对MSaaS和软件即服务（SaaS）进行比较，定义了MSaaS[2]。Tamas Kiss通过介绍云计算在MSaaS方面的潜力，从涉及提供和使用MSaaS和云计算的利益相关者的角度研究了业务模型[3]。Li Zhenlong提出了模型作为服务（MaaS），利用云计算的最新进展，通过Web接口使各种地球科学模型作为服务发布[4]。Wainer G展示了如何通过使用针对Web服务Mashup的新架构[5]。Sanders C G指出北约提出的MSaaS理念旨在解决云计算、面向服务的架构等技术与仿真应用结合、相互关联关系等问题[6]。

可见目前国内外学者对MSaaS的研究主要将虚拟化和云计算用作军事和民用建模与仿真的基础架构和平台，仅开展了顶层技术的研究和部分关键技术的原理验证，而针对MSaaS仿真系统可信度的研究甚少，且其可信度计算中可信传递的数学模型难以建立及求解。因此，如何建立一个MSaaS仿真系统的综合可信度评估指标体系，如何对该系统可信程度进行定量描述是亟需解决的问题。

针对上述问题，本文提出了一种MSaaS仿真可信度计算方法。通过分析不同层面的因素，建立MSaaS的仿真架构，构建MSaaS可信指标体系，通过AHP和模糊综合评价相结合的评估方法对系统的可信度进行评估。

1 MSaaS仿真架构可信度指标建立

1.1 基于MSaaS仿真可信度指标设计思想

由于构建MSaaS的仿真系统需要涉及用户层，MSaaS中间件层和MSaaS平台层，涵盖了由数据、模型等构成的多个不同层面的可信计算。基于此，从模型资源可信度、地理信息系统可信度、数据传输可信度和仿真监视可信度建立MSaaS仿真可信性指标体系，如图1所示。

图1 基于MSaaS仿真可信度指标体系

1.2 基于MSaaS仿真的可信度量方法

本文采用层次分析法[7]来确定各评价因素的权重大小，主要步骤如下：

1.2.1 构造判断矩阵

邀请相关专家采用9标度法，将同一层次的指标进行两两比较，按照指标重要性定性打分，构成判断矩阵。

1.2.2 确定各指标权值

采用和法求取判断矩阵的最大特征根和相应特征向量，下面对和法的计算步骤进行介绍：

（1）将判断矩阵A=（aij）n×n按列归一化，即

1.2.3 一致性检验

（1）计算一致性指标CI（Consistence Index）

（2）平均随机一致性指标RI（Random Index）；

（3）计算一致性比例CR（Consistency Ratio），一致性比例通过下式计算：

CR=CI/RI，其中，RI（Random Index）为平均随机一致性指标。

2 基于MSaaS海陆空作战仿真可信度分析

下面以基于MSaaS海陆空作战仿真为例，进行仿真系统可信度评估。

根据MSaaS仿真可信度指标体系，将三军作战模型和结果分析模型作为模型资源服务的细化指标。影响三军作战模型可信度的因素包括完备性、正确性、精确度三个方面；对仿真结果一些性能参数，如突防能力、打击能力、防御能力和毁伤能力的完整性、准确性和精度等方面分析仿真结果的可信性，如图2所示。

图2 基于MSaaS的海陆空作战仿真

2.1 单因素评判

2.1.1 建立因素集与评判集

从图2中可以看出：

因素集U12=｛U121=突防能力，

U122=打击能力，

U123=防御能力，

U124=毁伤能力｝。

系统采用五粒度的单因素评判，其描述如表1所示。

表1 评判集的划分与描述

2.1.2 构造两两比较判断矩阵

本文通过邀请相关领域的5名专家进行打分，对数据进行统计分析，得判断矩阵：

2.1.3 确定权重

根据上述矩阵A可得出最大特征根的近似值

求得的特征向量为：[0.4773，0.2880，0.1539，0.0809]，该特征向量即所求的权重向量。

2.1.4 一致性检验

本文n=4，RI=0.89，

计算得CI=（λmax-n）/（n-1）=0.0070，

2.2 对上述海陆空作战仿真进行评价

邀请专家对海陆空作战仿真结果分析模型可信度的突防能力、打击能力、防御能力、毁伤能力进行定性评分，得到模糊关系矩阵R如表2所示。

表2 模糊关系矩阵

2.3 综合评判

为了突出关键因素，在海陆空作战仿真可信度综合评判中采用主因素突出型算子进行评判，其评判结果为：

将评判结果B进行归一化得到：

同理最终得到海陆空作战仿真可信度最终评判结果为：

由上可知，评判集V中的元素v1对应的隶属值最大，为0.4211，故该仿真可信度等级为“较好”。

3 结论

本文提出了基于AHP和模糊综合评价相结合的方法，对MSaaS仿真评估指标体系进行分析。该方法根据模糊综合评价理论得到有效的可信度评估结果，解决了MSaaS可信度计算中可信传递的数学模型难以建立并求解的问题，实例结果表明该方法可对MSaaS仿真系统进行有效的可信度评估。