李　楠，陳　勇

(1．海裝天津局，北京100192; 2．中國艦船研究院，北京100192)

基于Agent數(shù)據(jù)采集的改進AHP系統(tǒng)測評技術(shù)研究

李楠1，陳勇2

(1．海裝天津局，北京100192; 2．中國艦船研究院，北京100192)

摘要:系統(tǒng)效能評估在綜合電子信息系統(tǒng)的研制建設中發(fā)揮著重要作用，系統(tǒng)效能評測的關(guān)鍵技術(shù)主要包括試驗數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)評測方法。本文重點研究了Agent技術(shù)在綜合電子信息系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)采集中的應用，構(gòu)建了Agent試驗數(shù)據(jù)采集模型和網(wǎng)絡模型?？芍未笙到y(tǒng)試驗從廣域網(wǎng)、異構(gòu)系統(tǒng)/平臺中的試驗數(shù)據(jù)中挖掘出有用信息，提高了試驗數(shù)據(jù)采集、傳輸過程中的安全性、私有性及自治性。研究了綜合電子信息系統(tǒng)評測框架流程以及測試方法，為綜合電子信息系統(tǒng)測試評估提供了理論支持和測試方法。

關(guān)鍵詞:綜合電子信息系統(tǒng);測試評估; Agent; AHP

Test＆evaluating technology of agent based data collection and improved AHP

LI Nan1，CHEN Yong2
(1．Tianjin Bureau of Armaments Department of Navy，Beijing 100073，China; 2．China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China)

Abstract:The test technology plays an important role in the research and construction of Integrated Electronic Information Systems，include the test data collection and the system test＆evaluation．This paper researches the application of Agent technology for test data recording，build a test data collecting model and a network model based on Agent technology，to extract useful information from the large scale test data in distributed scenarios and heterogeneous platforms，that improves the security，privacy and autonomy of test data collection and transmitting．This paper researches the test architecture and test＆evaluation method，to establish a theory and method for the Integrated Electronic Information Systems．

Key words:integrated electronic information systems; test＆evaluation; agent;AHP

0　引言

綜合電子信息系統(tǒng)測試評估技術(shù)在指揮自動化信息系統(tǒng)研制、開發(fā)和系統(tǒng)集成中起著至關(guān)重要的作用。在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)背景下，綜合電子信息系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗、演習訓練中，一般需要岸、海、空各級兵力，雷達，預警飛機、通信系統(tǒng)、電子對抗等大量兵力的參與和配合，具有參試裝備要素多、試驗規(guī)模龐大、配套設備體系性強，安全和保密要求高等特點。為了更好滿足對試驗數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)性能效能評測，實現(xiàn)對被測系統(tǒng)無損的、透明的、高安全等級的數(shù)據(jù)采集存儲和有效的系統(tǒng)測試評估，急需深入研究綜合電子信息系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)采集和評估方法。

本文研究采用具備智能化、綜合化、可視化、一體化等特點的Agent試驗數(shù)據(jù)采集技術(shù)，同時研究了與綜合電子信息系統(tǒng)相適應的科學可行的試驗與測試方法，采用AHP (層次分析法)作為系統(tǒng)效能評估的計算方法。

1　采用Agent技術(shù)實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究

數(shù)據(jù)采集作為綜合電子信息系統(tǒng)測試評估的

一項核心工作，直接決定大系統(tǒng)性能及效能評估的成敗。岸、海、空、天、潛一體化作戰(zhàn)體系下的試驗數(shù)據(jù)采集，典型的有集中式和分布式2類。

集中式數(shù)據(jù)采集在系統(tǒng)中只有一個唯一的采集點。實現(xiàn)較簡單，該方式解決了大系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)匯總整編的問題，可直接生成集中式的數(shù)據(jù)倉庫。該方式的缺點是，由于需將試驗數(shù)據(jù)匯集到唯一的數(shù)據(jù)采集點上，因此必然對綜合電子信息系統(tǒng)信息連接關(guān)系和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有影響。受限于系統(tǒng)的規(guī)模和網(wǎng)絡性能，僅適用于試驗場地地域分布相對集中和系統(tǒng)規(guī)模較小的系統(tǒng)。

分布式數(shù)據(jù)采集指在系統(tǒng)中有多個采集點。在綜合電子信息系統(tǒng)的各分系統(tǒng)/設備的局域網(wǎng)內(nèi)配置采集代理，采集的試驗數(shù)據(jù)存儲于局域網(wǎng)本地。該方式可以有效地解決集中式數(shù)據(jù)采集受限于網(wǎng)絡性能和適用系統(tǒng)規(guī)模小等問題，在一定程度上提高了數(shù)據(jù)采集的可靠性。但該方式需事后構(gòu)建集中式數(shù)據(jù)倉庫，難以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)查詢和分析;數(shù)據(jù)采集過程中的同步、協(xié)同交互困難;試驗數(shù)據(jù)匯集、整理繁瑣。因此，仍需進一步提高其數(shù)據(jù)采集的及時性和有效性。

Agent是由分布式人工智能發(fā)展而來的一種新型計算機模型，具有獨立的智能性，在構(gòu)造分布式系統(tǒng)方面具有獨特的，較常規(guī)的數(shù)據(jù)采集方式無法比擬的優(yōu)勢?？紤]數(shù)據(jù)的安全性、私有性及自治性，將Agent和分布式數(shù)據(jù)采集結(jié)合起來，可解決常規(guī)數(shù)據(jù)采集方法的一些固有局限?？蓪崿F(xiàn)在試驗地域分布廣、通信系統(tǒng)多樣化、分系統(tǒng)/平臺異構(gòu)等條件下的綜合電子信息系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)采集。Agent數(shù)據(jù)采集模型具有以下特點:

1) Agent具有智能性和代理能力;

2)對網(wǎng)絡的依賴性小;

3)具有與環(huán)境的交互能力;

4)具有異步自主執(zhí)行的能力;

5)對異構(gòu)平臺的適應性。移動Agent獨立于特定的主機和傳輸協(xié)議，可解決大系統(tǒng)分布式異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和傳輸;

6)并行處理能力。

1.1數(shù)據(jù)采集Agent在綜合信息系統(tǒng)中的采集模型

數(shù)據(jù)采集Agent可部署在被測系統(tǒng)網(wǎng)絡中或嵌裝于被測系統(tǒng)的特定設備中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集Agent的透明接入。分別針對岸、海、空、潛等平臺設計數(shù)據(jù)采集Agent，使其實現(xiàn)自主式、與環(huán)境交換數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集傳輸機制，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸，并在指定的數(shù)據(jù)倉庫進行匯集。

分布式環(huán)境下綜合電子信息系統(tǒng)評測信息采集的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1　數(shù)據(jù)采集Agent體系結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Architecture diagram of data recording Agent

1.2數(shù)據(jù)采集Agent的信息網(wǎng)絡模型

數(shù)據(jù)采集Agent相互之間可形成一個信息網(wǎng)絡，可實現(xiàn)信息的交換。數(shù)據(jù)采集Agent信息網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2　數(shù)據(jù)采集Agent網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模型Fig.2Structure diagram of data recording Agent network

2　綜合電子信息系統(tǒng)評測技術(shù)

2.1綜合電子信息系統(tǒng)可測性指標

綜合電子信息系統(tǒng)評估指標體系，包括主戰(zhàn)系統(tǒng)能力評估、指揮控制系統(tǒng)能力評估以及通信系統(tǒng)能力評估3大部分。在綜合電子信息系統(tǒng)評測體系結(jié)構(gòu)框架下，研究系統(tǒng)的可測性指標，主要是從能力的角度來研究系統(tǒng)的岸、海、空、潛互連互通互操作能力、系統(tǒng)感知能力、無線通信組網(wǎng)能力等可測性指標。按系統(tǒng)能力分類對可測性指標說明如下:

1)互連互通互操作能力

評估系統(tǒng)互連、互通、互操作能力。互連互通能力可測性指標包括:互連接口協(xié)議正確性、信息互通交換格式正確性、互通信息類型、通信網(wǎng)絡綜合應用規(guī)范等。互操作可測性指標包括情報、指揮、文電、作戰(zhàn)方案/計劃等應用的互操作規(guī)范。

2)情報獲取能力

評估運用多種觀察偵察手段發(fā)現(xiàn)、錄取、初判、上報等能力，主要通過目標覆蓋范圍，目標發(fā)現(xiàn)能力、目標錄取能力、目標定位精度、目標初判能力5個方面的指標來衡量。具體有:航跡穩(wěn)定跟蹤率、錯漏批率、目標覆蓋范圍、目標定位精度、目標初判識別率等。

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評估多源海、空情目標航跡融合、目標綜合識別、目標跟蹤等能力。具體可測性指標有:航跡關(guān)聯(lián)正確率、關(guān)聯(lián)錯誤率、目標融合精度、誤差均方差、數(shù)據(jù)更新率以及目標綜合識別能力等。

4)無線通信組網(wǎng)能力

評估組網(wǎng)容量、網(wǎng)絡完整性、網(wǎng)絡通信性能、傳輸性能等。具體可測性指標有:組網(wǎng)節(jié)點數(shù)量、鏈路數(shù)、負載能力、容量、節(jié)點/鏈路故障率、連通率、傳輸速率、網(wǎng)絡延遲、延遲抖動、數(shù)據(jù)差錯率、網(wǎng)絡帶寬、傳輸時延、傳輸誤碼率等。

5)目標綜合處理能力

評估目標綜合處理能力?？蓽y性指標包括:目標發(fā)現(xiàn)能力、定位能力、目標態(tài)勢一致性、目標態(tài)勢更新實時性、錯批率、劣批率、目標識別能力、目標信息總時效等。

2.2用于測試評估的一類數(shù)學方法

最后，介紹一種可用于上述試驗數(shù)據(jù)采集和評測流程的數(shù)學方法，即層次分析法。

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)，即根據(jù)問題的性質(zhì)和要達到的目標分解出問題的組成因素，并按因素間的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系，將因素層次化，組成一個層次結(jié)構(gòu)模型，然后按層分析，最終獲得最低層因素對于最高層的重要性權(quán)值，再進行優(yōu)劣性排序。層次分析法的基本原理是把一個復雜的無結(jié)構(gòu)問題分解組合成若干部分或若干因素(統(tǒng)稱為元素)，例如目標、準則、子準則、方案等，并按照屬性的不同，把這些元素分組形成互不相交的層次，上一層次對相鄰的下一層次的全部或某些元素起支配作用，這就形成了層次間自上而下的逐層支配關(guān)系，這就是一種遞階層次關(guān)系。依照以下步驟實現(xiàn):

1)建立層次結(jié)構(gòu)模型

層次的劃分及各影響因素的選擇必須根據(jù)工程的具體情況而定，一般包含:目標層(提出總目標)、準則層(目標層的主要影響因素)、子準則層(準則層的影響因素)、方案層(可供選擇的方案)。

2)構(gòu)造判定要素

對于綜合電子信息系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)、部位等依照其對系統(tǒng)的特定目標的重要程度進行劃分，并分層次列出性能、效能指標，指標選取原則是在清晰描述該設備的主要功能特性基礎(chǔ)上，指標盡可能少。對于以上各指標，分別給出測試數(shù)據(jù)樣本，樣本空間要求盡可能大。

3)構(gòu)造判斷矩陣并且計算最大特征值和特征向量

用一定標度(比例標度、區(qū)間標度等)來表示元素之間兩兩比較結(jié)果的矩陣就是所謂判斷矩陣。判斷矩陣一般需要經(jīng)過調(diào)研以及經(jīng)過專家系統(tǒng)咨詢后確定。判斷矩陣構(gòu)建完成后須計算其最大特征值以及特征向量。

判斷矩陣表示針對上一層次某因素而言，本層次與之有關(guān)的各因素之間相對重要性。假設A層中因素Ak與下一層次中因素B1，B2，…，Bm有聯(lián)系，則構(gòu)造的判斷矩陣如下所示:

一般的:判斷矩陣為:

特征向量為:

并以W= (W1，W2，…，Wn)T作為權(quán)向量。

4)判斷矩陣的一致性檢驗

在構(gòu)造判斷矩陣時，由于客觀系統(tǒng)的復雜性，矩陣構(gòu)造過程中的主觀局限性、以及判斷相似元的多樣性，所以判斷經(jīng)常伴隨有誤差，判斷矩陣不可能具有完全一致性(即當i，j，k∈Naij×ajk= aik)，這正是AHP法要求對n階判斷矩陣作n(n－1) /2次兩兩比較的原因。

5)計算各層元素對系統(tǒng)目標的合成權(quán)重，并進行排序

根據(jù)上述第3步驟計算出來的各級指標的權(quán)重值，在經(jīng)過第4步驟的一致性檢驗后，即可由各級指標的權(quán)重值來計算各層元素對系統(tǒng)目標的合成權(quán)重，其方法是采用性線求和的方法來求取合成權(quán)重，最后再根據(jù)求得的合成權(quán)重值來進行優(yōu)劣排序或作進一步的計算。

6)系統(tǒng)效能量化計算

根據(jù)以上步驟得出的是作為評估綜合電子信息系統(tǒng)效能的各個元素，即相似元在整個系統(tǒng)中的重要程度的權(quán)系數(shù)。接下來需要運用這些數(shù)據(jù)計算被測綜合電子信息系統(tǒng)與效能測評評定標準之間的比較，也就是計算被測綜合電子信息系統(tǒng)的效能量化值。一種簡單的方法就是依照各評價指標的歷史數(shù)據(jù)以及工程經(jīng)驗、專家評估直接給出各指標對系統(tǒng)效能的貢獻，再結(jié)合指標的權(quán)系統(tǒng)作線性求和，從而得出整個系統(tǒng)的效能。但這種方式過分依賴專家經(jīng)驗，不能對多次試驗采集的數(shù)據(jù)進行專項、有針對性地分析。因此，我們準備就效能計算這部分工作采用結(jié)合每次專項試驗數(shù)據(jù)，使用判斷矩陣進行效能計算。從而得出在不同的試驗條件下，針對不同的試驗項目得出一個歷史的綜合電子信息系統(tǒng)效能水平，比較全面的反應系統(tǒng)效能這一指標。

以上各步可以總結(jié)為:依據(jù)AHP算法，以被測綜合電子信息系統(tǒng)的功能或效能為目標層，以評價要素作為評估因素層，建立的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造模糊判斷矩陣，并確定各個評價要素的權(quán)重。經(jīng)過上述步驟求得系統(tǒng)相似度后，結(jié)合專家打分等結(jié)合手段即可對綜合電子信息系統(tǒng)效能進行評價。

4　結(jié)語

本文研究一種以仿真與實兵試驗相結(jié)合的科學可行的試驗與測試方法，主要論述了作為實兵測試輔助的仿真系統(tǒng)的功能組成;綜合電子信息系統(tǒng)試驗分析數(shù)據(jù)的采集技術(shù);研究綜合電子信息系統(tǒng)測試評估的可測性指標的確立，以及測試方法的研究。為復雜大系統(tǒng)試驗、測試和評估提供理論支持和測試方法。最后，介紹了一種適用于綜合電子信息系統(tǒng)評測的數(shù)學方法即改進AHP評判算法。

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作者簡介:李楠(1981－)，男，工程師，研究方向為指揮自動化及綜合信息系統(tǒng)。

收稿日期:2015－05－25

文章編號:1672－7649(2015) 07－0120－04doi:10.3404/j.issn.1672－7649.2015.07.027

中圖分類號:U627．7

文獻標識碼:A