军事信息系统互操作验证平台研究

陈 钧,袁海林,邓克波

(中国电子科技集团公司第二十八研究所,江苏 南京 210007)

0 引言

最早针对互操作性开展研究的是美国国防部。早在20世纪六七十年代,美国各军独立开发了大量的系统以完成不同的任务,后逐渐意识到“烟囱”林立会极大地浪费资源,便提出整合不同系统以实现新功能,完成新任务需求。当试图将两个或多个系统连接起来时,不可避免地遇到了互操作问题。美国国防部在1977年发布的《军事与联合术语词典》中,首次给出互操作性的定义:系统、单元或部队为其他系统、单元或部队提供服务的能力,以及从其他系统、单元或部队接受服务和使用所交换的服务,以使它们能够有效地协同工作[1]。

在过去的几十年中,各国为提升多军兵种系统互操作性,均开展了大量理论和实践研究,取得了不同程度的进展。我军对军事信息系统互操作性等级与评估进行了一系列探索,研究制定了相关军用标准,将互操作性定义为:在两个或两个以上系统或应用之间交换信息并相互利用所交换信息的能力[2]。为支持和约束军方项目承包方对特定项目进行方案论证和系统建设,相关科研院所将体系结构理论应用于复杂的系统互操作性研究,建立了面向固定任务和特定环境的体系结构设计方法,用于描述涉及的所有要素及其相互之间的关系[3]。需要注意的是,只有当互操作性能够被准确地度量时,才能真正地解决互操作问题。

本文将针对军事信息系统研制过程中的互操作验证需求,探讨如何设计互操作验证平台,为系统间互联互通、互操作性验证提供平台和工具支撑。

1 互操作性评估方法

互操作性评估包含两方面内容:一是互操作等级评估。根据互操作成熟度模型,判断体系或系统的互操作性所处的等级。二是互操作水平评估。在确定体系/系统所处的等级后,进一步对互操作水平值进行量化评估,得到量化结果。国内外研究机构普遍采用层次分析法、模糊综合评判法等各类综合评价方法,对系统间互操作水平进行度量。

以层次分析法为例,互操作性评估作为一种多准则决策方法,可将定性和定量分析相结合,把一个复杂的问题表示为一个有序的递阶层次结构,通过构造两两比较矩阵,在此基础上量化计算各子指标层的相对权重,从而得出系统的效能值。

图1 互操作层次模型

其次,采用AHP方法计算图1中子级属性层和系统属性层各元素的权重值。由于AHP方法适用于递阶式层次结构,如子级属性层中元素I1,I2,…,I6都是“设施(I)”属性下的子级属性,且各元素相对于目标层中互操作水平的影响是相关独立的,集合{I1,I2,…,I6}的权值可用AHP方法计算得到。同理,可采用AHP方法计算图1中子级属性层和系统属性层具有相同上级的任一组元素的权值。

再次,计算图1中各元素相对于目标互操作水平的综合权重。

最后,将待评估系统各项系统属性性能值代入,即可得到该系统的互操作水平值。另外,当待评估的系统为多个系统时,AHP方法也可综合分析包含多个系统模型的综合权重矩阵,从而得到多个系统对应的互操作水平值,并从中选取具有最佳互操作水平的系统。

需要注意的是,由于判断矩阵通过专家打分的方式获得,验证结果具有较强的主观性,且缺乏相应的验证平台和工具支撑,难以满足军事信息系统互操作验证的客观量化要求。

2 互操作验证平台设计

2.1 工作原理

互操作验证平台参考美军试验训练使能体系结构(TENA),通过统一的配置信息管理,支持从功能、性能、接口及标准等多个方面开展互操作性验证,工作原理如图2所示。首先,基于验证脚本自动化调用各类验证工具,对验证预期结果和验证标准进行配置。其次,功能验证、性能验证、接口验证将网络抓包获取的网络数据报文与预期结果进行分析比对。最后,标准验证通过对网络抓包获取的网络数据报文进行标准符合性对比分析验证,并对各类验证过程和结果数据进行实时展现和持久化保存。

图2 互操作验证平台工作原理

2.2 系统组成

互操作验证平台包括:验证工具调度服务、功能验证工具、性能验证工具、接口验证工具、标准验证工具、验证结果态势、脚本编辑运行工具、验证工具集成规范等功能模块。系统组成如图3所示。

图3 互操作验证平台系统组成

2.3 功能模块

互操作验证平台能够支撑一体化开展军事信息系统互操作验证工作,支持自主可控平台下的银河麒麟、Android等操作系统,同步兼容Windows操作系统。具体包括以下功能模块。

2.3.1 验证工具调度服务

验证工具调度服务提供调度任务的定义功能,提供不同验证工具的注册功能。该服务实现手动/自动执行的情况下,自动调度不同的任务给后端验证工具。该服务能够实时监听所有注册验证工具的心跳,并监控已注册验证工具的实时界面,支持日志、负载均衡。

2.3.2 功能验证工具

功能验证工具针对Web、Qt、手持终端App、Win32等不同类型的应用系统,通过自动化测试验证方法及工具,模拟人的界面操作步骤,自动获取界面操作结果数据,并与标准相比对,从而验证软件功能的正确性,可以快速定位故障点。

2.3.3 性能验证工具

模拟多用户并发访问软件系统的情况下,性能验证工具通过自动化测试验证方法及工具,自动采集性能指标数据,并与标准相比对,验证系统的性能指标是否达标。通过各个调用环节的性能分析,可以快速定位性能瓶颈点,模拟客户端与服务端的通信协议的交互行为。通过驱动客户端界面操作,能够模拟客户端向服务端下发请求协议。支持分布式部署,多台机器上都可以执行性能验证脚本,用于支撑高并发的场景。

2.3.4 接口验证工具

接口验证工具主要实现接口验证服务,根据接口规范对被试系统接口数据进行空值验证、格式验证、不合理值域验证、正则验证等。支持多接口验证任务并发运行及状态监视和结果统计。支持对接口协议进行规范化管理,包括接口方法管理、属性管理等。

2.3.5 标准验证工具

标准验证工具主要实现标准验证服务,根据接口规范对被试系统标准数据进行正确性、有效性、完整性验证。支持多标准验证任务并发运行及状态监视和结果统计。支持对标准协议进行规范化管理,包括字典管理、报文验证规则管理等。

2.3.6 验证结果态势

验证结果态势展示功能、性能、接口、标准验证任务的实时状态,并能够通过数据钻取,查看验证结果数据及异常信息。该模块能够显示验证数据的历史趋势图,并能够追溯到当时的验证任务详细信息。

2.3.7 脚本编辑运行工具

提供脚本编写统一管理工具,可以方便地引用第三方库、定义变量及参数、调试脚本、运行脚本以及查看脚本运行结果及报错信息等。脚本采用表格式文本形式,能够方便地调用Python库,实现灵活强大的扩展性。脚本的驱动由后端不同的验证工具具体实现,平台实现脚本的统一存储和调度。

2.3.8 验证工具集成规范

通过在项目建设中对各类型指标规范进行梳理,形成验证工具集成规范,为后续集成其它验证工具提供统一的规范,实现验证工具可拓展。

2.4 信息交互

互操作验证平台内部、外部主要信息交互关系如图4所示。

图4 互操作验证平台信息交互

功能验证、性能验证、接口验证根据验证需求编辑脚本,依据从验证试验库中获取验收规范,对模拟仿真资源抓取到的数据进行比对和符合性分析,并将验证分析结果持久化存在验证试验库中。

标准验证根据需求编辑验证脚本,依据从验证试验库中获取验收规范及网络报文,对模拟仿真资源抓取到的数据进行标准符合性验证,并将验证结果持久化存在验证试验库中。

验证工具调度服务对验证脚本执行过程中调用情况、验证工具运行情况、验证脚本执行情况进行监控,并记录监控到的信息和日志,为验证人员提供验证调用预警及调度分析。

验证结果态势通过从验证库获取验证结果数据,为验证人员提供统一、实时的验证结果信息,并通过多种图表进行展现。

3 结语

本文研究了互操作性内涵和评估方法,并结合军事信息系统互操作验证客观量化要求,提出了适用于我军信息系统研制过程中支撑开展互操作验证的平台架构。本文的研究可以增强互操作验证能力,促进提升我军信息系统互操作水平。