戴慶龍，尉志青，李建武

(1.中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院 綜合電子信息系統(tǒng)研究所，北京 100041； 2.北京郵電大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，北京 100876； 3.中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院 網(wǎng)絡(luò)空間研究所，北京 100846)

0 引言

武器裝備試驗，是面向武器裝備體系作戰(zhàn)應(yīng)用的試驗測試過程，是武器裝備的質(zhì)量衛(wèi)士，對提高作戰(zhàn)效能有著重要作用。隨著新軍事思想和作戰(zhàn)理念的不斷涌現(xiàn)，一體化的聯(lián)合作戰(zhàn)將會成為未來主要戰(zhàn)爭形態(tài)[1-2]。

在一體化的聯(lián)合作戰(zhàn)中，信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)、建設(shè)模式都發(fā)生了顯著變化，作戰(zhàn)模式也在由“平臺中心”向“網(wǎng)絡(luò)中心”轉(zhuǎn)型。聯(lián)合作戰(zhàn)，必須通過聯(lián)合試驗來檢驗。在這種條件下，以檢驗作戰(zhàn)能力為導(dǎo)向的武器裝備試驗測試也發(fā)生了相應(yīng)的變化。

以往的以客戶機(jī)/服務(wù)器、瀏覽器/服務(wù)器測試模式為代表的面向武器裝備的試驗測試方法，已經(jīng)難以適應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)為中心，以聯(lián)合作戰(zhàn)為特征的裝備試驗、訓(xùn)練、研發(fā)、評估一體化需要。現(xiàn)代武器裝備體系的發(fā)展對試驗測試技術(shù)提出了更高的要求。因此，十分有必要建立跨地域空間、跨軍兵種力量、跨武器裝備、以信息網(wǎng)絡(luò)為中心、以聯(lián)合試驗為特征的新型試驗測試。

綜合試驗測試的發(fā)展趨勢和面臨的問題，考慮將云計算引入試驗測試當(dāng)中。云計算能夠?qū)⒏黝悓嶓w物理資源進(jìn)行虛擬化，以共享資源池的方式進(jìn)行統(tǒng)一管理，按需地為用戶分配資源，用于承載服務(wù)。云計算能夠通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式，為用戶提供高擴(kuò)展性、動態(tài)靈活、定制化的服務(wù)[3-4]。

在本文中，針對聯(lián)合試驗，將云計算技術(shù)引入試驗測試領(lǐng)域，改變傳統(tǒng)的基于單一裝備的測試模式，從而建立起面向聯(lián)合試驗，基于云計算的武器裝備體系能力試驗?zāi)Ｐ?，并詳?xì)論述了在基于云計算的武器裝備體系能力試驗?zāi)Ｐ椭校瑴y試是如何實現(xiàn)的。

1 相關(guān)工作

武器裝備體系試驗測試，從傳統(tǒng)的“煙囪式”獨立試驗測試，向“一體化”聯(lián)合試驗測試進(jìn)行轉(zhuǎn)變。出于武器裝備體系發(fā)展的需要，以往的試驗測試是針對特定軍兵種、武器和試驗測試環(huán)境的。這樣，武器裝備之間是彼此獨立、毫無關(guān)聯(lián)的，建立的試驗測試環(huán)境也是物理隔離的，局限于不同的物理場地，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化廣域分布的測試。張傳友等人認(rèn)為，新的軍事思想和作戰(zhàn)理念不斷出現(xiàn)和涌現(xiàn)，特別是海、陸、空、天一體化聯(lián)合作戰(zhàn)思想的形成，要求試驗測試要向以網(wǎng)絡(luò)為中心、以多軍兵種、武器裝備聯(lián)合作戰(zhàn)為特征的聯(lián)合試驗測試進(jìn)行轉(zhuǎn)變，形成武器裝備體系試驗測試。

被測武器裝備之間的關(guān)系和測試環(huán)境，由相對穩(wěn)定向動態(tài)變化進(jìn)行轉(zhuǎn)變。以往試驗測試中，武器裝備和測試環(huán)境都是特定的，它們之間的關(guān)系也是相對穩(wěn)定的。而在聯(lián)合試驗測試當(dāng)中，不但武器裝備數(shù)量和試驗范圍是巨大的，而且相關(guān)配比以及戰(zhàn)場環(huán)境都是瞬息萬變的。同時，新的作戰(zhàn)態(tài)勢要求對高精確度的地理信息、高逼真度的戰(zhàn)場環(huán)境信息、實時近程與遠(yuǎn)程戰(zhàn)場態(tài)勢信息等多種戰(zhàn)場資源，進(jìn)行動態(tài)實時跟蹤和更新。

現(xiàn)有試驗測試是任務(wù)跟隨的，各類武器裝備系統(tǒng)相互獨立，“形散神也散”，缺少統(tǒng)籌全部試驗資源的平臺。王小偉等人指出，現(xiàn)有試驗測試，是針對特定場景下的特定軍兵種/裝備測試，只求完成特定的任務(wù)，缺啥補(bǔ)啥，所涉及的測試資源有限。雖然也存在試驗資源的協(xié)調(diào)調(diào)配，但僅僅局限于試驗要素層面，必須嚴(yán)格按照預(yù)先協(xié)商制定并層層報批的協(xié)調(diào)方案/協(xié)同計劃，實施要嚴(yán)格按照規(guī)定的時間、空間和程序順序組織實施。達(dá)成試驗?zāi)康闹饕揽肯嚓P(guān)各方試驗活動效果的疊加，遠(yuǎn)未達(dá)到高度協(xié)調(diào)一致的順暢程度，試驗協(xié)同性比較差?，F(xiàn)有試驗測試中，信息只能向上/下級縱向傳輸。同時，李鳴等人認(rèn)為，現(xiàn)有測試中位于不同地理位置、屬于不同測試體制的多個測試要素、測試單元和測試系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系、相互作用程度較弱。要解決這一問題，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的廣域分布的測試，“形散而神聚”地統(tǒng)籌協(xié)調(diào)全部試驗資源，提高總體作戰(zhàn)能力，需要一個統(tǒng)籌各種試驗資源、試驗方法的平臺，系統(tǒng)化、規(guī)范化地對聯(lián)合試驗進(jìn)行測試。

吳健田等人還指出，現(xiàn)有試驗測試中，試驗測試與武器裝備之間是強(qiáng)耦合的，靈活性差，效率低，容易造成資源的浪費。以往的測試需要搭建和拆除測試環(huán)境，根據(jù)測試需求，準(zhǔn)備相應(yīng)的軟硬件設(shè)備，耗費人力、物力和時間。以往的試驗測試，依次進(jìn)行單元測試、系統(tǒng)測試、集成測試和回歸測試。李姍等人認(rèn)為，前三項依次檢驗單元作戰(zhàn)能力、系統(tǒng)作戰(zhàn)能力和體系作戰(zhàn)能力，從單元測試到功能測試，再到系統(tǒng)測試，是一個逐漸復(fù)雜、不斷深化的過程。在前三項測試中，倘若發(fā)現(xiàn)問題，都要進(jìn)行調(diào)整，然后重新進(jìn)行試驗測試，以確保進(jìn)行的調(diào)整沒有引入新的問題，這個重新驗證的過程，被稱為回歸測試，它涉及到已有的全部測試和新增的測試[10-11]。鐘華等人認(rèn)為，一旦以往測試中的需求有變動，需要重新搭建測試環(huán)境，準(zhǔn)備相應(yīng)的設(shè)備，測試重配置不方便。在測試結(jié)束后，測試環(huán)境和設(shè)備就被閑置，造成資源的浪費。

2 體系能力試驗測試架構(gòu)

2.1 架構(gòu)組成

基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試架構(gòu)如圖1所示。可以看出，與典型的云計算體系類似，基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試也包括基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層和應(yīng)用層這三層，但是在具體細(xì)節(jié)上，又有所不同。

圖1 基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施層，由處于不同地域的海、陸、空、天多種武器裝備、服務(wù)器、測試工具以及它們之間的網(wǎng)絡(luò)共同組成。武器裝備，由作戰(zhàn)平臺、傳感器和武器系統(tǒng)組成。服務(wù)器，既可以分布式地位于不同地點，也可以集中式地位于一處，作為數(shù)據(jù)中心。武器裝備與服務(wù)器之間，通過網(wǎng)絡(luò)連接為一個整體。利用虛擬化技術(shù)，相互隔離的不同物理資源，包括計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲資源，被抽象為統(tǒng)一的虛擬資源，作為資源池，方便實現(xiàn)整個體系中計算資源的動態(tài)管控?；A(chǔ)設(shè)施為基于云計算的武器裝備體系能力試驗運(yùn)行提供硬件平臺，是系統(tǒng)運(yùn)行并對外提供服務(wù)的基礎(chǔ)。具體設(shè)備包括機(jī)架服務(wù)器、刀片服務(wù)器等計算設(shè)備，磁盤、硬盤、磁帶等存儲設(shè)備以及交換機(jī)、核心路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。基礎(chǔ)設(shè)施層中，所有硬件設(shè)備須具有統(tǒng)一的設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)接口。

平臺層，基于資源池，利用劃分出的一部分虛擬資源，組成可以支撐武器裝備試驗測試的試驗環(huán)境、聯(lián)試環(huán)境和存儲環(huán)境，作為試驗平臺環(huán)境，為上層的測試應(yīng)用提供支撐服務(wù)。向下，平臺層屏蔽了底層基礎(chǔ)設(shè)施層的差異性，使用戶不必關(guān)心裝備的細(xì)節(jié)，是否處于同一處。向上，通過虛擬資源的分配調(diào)度，平臺層為上層的服務(wù)提供支撐。實際上，平臺層起到了中間件的作用。

應(yīng)用層，是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的接口，為用戶提供遠(yuǎn)程訪問、協(xié)同交互的服務(wù)，具體包括功能試驗、性能試驗等多種試驗測試應(yīng)用。對用戶來說，只需要關(guān)注按需租用或者訂購相應(yīng)的軟件資源，而不需要管理或控制任何底層基礎(chǔ)設(shè)施，如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、存儲等。

在基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試當(dāng)中，三個層次是不可分割、緊密聯(lián)系的。以一個試驗測試應(yīng)用為例，這個測試應(yīng)用的實現(xiàn)，是基于平臺層提供的試驗環(huán)境。而實驗環(huán)境來自于基礎(chǔ)設(shè)施層中的資源池，抽象自物理基礎(chǔ)設(shè)施。另外，在這個測試應(yīng)用的運(yùn)行過程中，測試數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲，都需要落地到物理基礎(chǔ)設(shè)施之上，才能實現(xiàn)。這樣，在基于云計算的武器裝備體系能力試驗?zāi)Ｐ彤?dāng)中，試驗測試實際上已經(jīng)變成了一種應(yīng)用，也就是試驗測試即服務(wù)。

2.2 架構(gòu)優(yōu)勢

云計算技術(shù)的引入，對武器裝備體系能力試驗的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

① 測試環(huán)境的改變?；谠朴嬎愕奈淦餮b備體系能力試驗，與以往測試的最大區(qū)別在于提供資源虛擬化、部署分布化、靈活且定制化的測試服務(wù)，可以為復(fù)雜的聯(lián)合試驗測試動態(tài)匹配所需的測試資源和測試環(huán)境。

② 測試重心的轉(zhuǎn)移?；谠朴嬎愕奈淦餮b備體系能力試驗，強(qiáng)調(diào)面向整個測試流程，并確保流程的各個部分正常交互。基于云計算的武器裝備體系能力試驗的服務(wù)對象，主要是聯(lián)合試驗環(huán)境下的應(yīng)用測試，大部分邏輯都用于處理各個武器裝備之間的網(wǎng)絡(luò)化交互，而不是內(nèi)部組成。以往的試驗測試流程，仍然是按照特定軍兵種、作戰(zhàn)目的來垂直化的組織試驗測試。試驗測試重心的轉(zhuǎn)移是基于云計算的武器裝備體系能力試驗對試驗測試影響的核心所在。

③ 試驗測試范圍的擴(kuò)展。聯(lián)合試驗中，用戶對測試應(yīng)用的可靠性和可用性要求較高，使得基于云計算的武器裝備體系能力試驗的測試范圍，由驗證和確認(rèn)裝備作戰(zhàn)功能對用戶需求的滿足，擴(kuò)展到對裝備非作戰(zhàn)功能的質(zhì)量保證，如裝備之間的信息交互能力。

④ 試驗測試模式的演化?；谠朴嬎愕奈淦餮b備體系能力試驗中，測試基礎(chǔ)設(shè)施由測試服務(wù)提供商(通常負(fù)責(zé)運(yùn)營、維護(hù)整個測試體系)通過云計算提供支持，提供商擁有專業(yè)測試人員，包括領(lǐng)域?qū)＜一虮姲?wù)，用戶根據(jù)測試項目規(guī)模、測試目標(biāo)和測試時間等方式按需購買。

3 體系能力試驗測試的實現(xiàn)

3.1 試驗階段

在基于云計算的武器裝備體系能力試驗中，一個試驗測試的實現(xiàn)，先后經(jīng)過啟動階段、計劃階段、實施階段和驗收階段，共四個階段，如圖2所示。

第一階段為啟動階段。測試服務(wù)提供商，在充分理解云計算環(huán)境下的武器裝備測試方法與技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析聯(lián)合試驗測試用戶提出的測試需求，并更新和制定與之配套的測試策略，評估測試可能存在的風(fēng)險。在確定測試資源信息之后，雙方正式簽署合作協(xié)議，進(jìn)入測試項目的計劃階段。

第二階段為計劃階段。測試服務(wù)提供商，根據(jù)測試項目的規(guī)模和要求，安排合適的測試人員與測試周期，在深入分析聯(lián)合試驗測試用戶測試需求的基礎(chǔ)上，評估并設(shè)計適用于基于云計算的武器裝備體系能力試驗的需求列表，并同聯(lián)合試驗測試用戶進(jìn)行需求確認(rèn)，初步制定測試項目計劃并反饋給聯(lián)合試驗測試用戶。雙方可能需要經(jīng)過多輪的協(xié)調(diào)商討，對測試項目計劃進(jìn)行逐步的調(diào)整與更新，最終輸出測試項目計劃書。

第三階段為實施階段。測試服務(wù)提供商，根據(jù)項目計劃書配置測試云環(huán)境，執(zhí)行預(yù)定的各項測試任務(wù)，對出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行跟蹤并反饋給聯(lián)合試驗測試用戶，聯(lián)合試驗測試用戶根據(jù)測試結(jié)果可以隨時修正自身問題，并可以即插即用地隨時加入到原有測試中，直到達(dá)到測試目標(biāo)度量要求。在此過程中，聯(lián)合試驗測試用戶可以監(jiān)控測試計劃的執(zhí)行情況，及時接收測試服務(wù)提供商的測試結(jié)果，并修復(fù)自身問題，同時還可以監(jiān)控雙方共同維護(hù)的，供合作雙方交換測試關(guān)鍵信息的共享庫，以確保敏感數(shù)據(jù)得到妥善的使用與管理。

第四階段為驗收階段。在聯(lián)合試驗測試完成后，測試服務(wù)提供商提供最終的測試項目完成報告，聯(lián)合試驗測試用戶對測試報告做最后的驗收工作。

值得一提的是，在測試的實施過程中，由于云計算的存在，如果發(fā)現(xiàn)問題，可以直接進(jìn)行問題修改，而不影響其他測試科目的進(jìn)行。另外，在測試的執(zhí)行過程當(dāng)中，最重要的是測試實施階段。實際的測試實施當(dāng)中，涉及虛擬化和海量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用。

圖2 試驗測試實現(xiàn)的階段

3.2 試驗流程

在基于云計算的武器裝備體系能力試驗中，一個體系能力試驗案例的實現(xiàn)，涉及多個角色之間的交互，試驗流程如圖3所示。

圖3 試驗流程

① 測試請求

測試請求，由用戶發(fā)出，是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的輸入。

② 應(yīng)用請求

測試應(yīng)用，是用戶與基于云計算的武器裝備體系能力試驗進(jìn)行交互的中介，要運(yùn)行在一定的測試平臺之上。

③ 資源請求

測試平臺為測試應(yīng)用提供特定的運(yùn)行環(huán)境或開發(fā)環(huán)境。測試平臺會占用一部分的資源，這些資源，由測試平臺發(fā)出資源請求，由云管理層接受資源請求。

④ 資源分配

云管理層接受資源請求之后，會按照一定的虛擬資源分配原則從虛擬資源池中，劃分出合適的資源。

⑤ 資源抽象

分布在不同地點的物理測試資源，通過虛擬化技術(shù)，被抽象成虛擬資源，作為資源池，由云管理層統(tǒng)一分配調(diào)度。

⑥ 資源映射

虛擬資源，要承載應(yīng)用，真正實現(xiàn)一定的功能，如處理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)，最終還是要落地在物理資源之上，這個過程稱為資源映射。

⑦ 組裝

由云管理層，劃分出來的虛擬資源，用于組裝成平臺，為測試應(yīng)用提供平臺支撐或運(yùn)行環(huán)境。

⑧ 測試結(jié)果

把基于云計算的武器裝備體系能力試驗得到的測試結(jié)果，以文本、數(shù)據(jù)或圖表的形式，呈現(xiàn)給用戶，是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的輸出。

⑨ 數(shù)據(jù)存儲

測試應(yīng)用處理的初始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和最終數(shù)據(jù)，都需要存儲在物理實體上，如分布式存儲服務(wù)器。

⑩ 數(shù)據(jù)支撐

物理資源為具體的測試應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

值得一提的是，在測試的實現(xiàn)流程當(dāng)中，①、⑨是基于云計算的武器裝備體系能力試驗的輸入輸出，③～⑦涉及基于云計算的武器裝備體系能力試驗中的虛擬化，⑧～⑩涉及基于云計算的武器裝備體系能力試驗中的海量測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理。

4 體系能力試驗測試的試驗結(jié)果

為了驗證基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試的有效性和可行性，在實驗環(huán)境下搭建了原型驗證平臺。試驗環(huán)境如圖4所示，分為前臺和后臺兩部分，前臺主要是工作站，負(fù)責(zé)承載云計算中劃分出的云主機(jī)，用來為用戶或者基于云計算的武器裝備體系管理者提供訪問借口，后臺主要是武器裝備體系能力測試的實體，既包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也包括測試工具。試驗中各類設(shè)備的參數(shù)情況如表1所示。

圖4 試驗環(huán)境

試驗的目的，是為了評估體系傳輸視頻業(yè)務(wù)的能力。裝備體系的資源管理者，利用云計算，為測試視頻傳輸業(yè)務(wù)能力劃分了如圖5所示的測試平臺。在該測試平臺中，一臺云主機(jī)作為視頻業(yè)務(wù)的服務(wù)器，被映射到工作站A上，另一臺云主機(jī)，作為視頻業(yè)務(wù)的客戶端，同時還集成了測試工具，能夠采集視頻業(yè)務(wù)的相關(guān)參數(shù)，該云主機(jī)可以被映射到主機(jī)B或者C上。視頻業(yè)務(wù)中傳輸?shù)囊曨l如圖6所示，是700 M大小的1080P高清視頻，循環(huán)播放。

表1 設(shè)備參數(shù)情況

設(shè)備品牌型號參數(shù)用途服務(wù)器浪潮InspurXeonNF8560M2內(nèi)存：IntelDDR38GB?32硬盤：300GB?10CPU主頻：1．86GHz浪潮InspurXeonNF5280M3內(nèi)存：IntelDDR38GB?24硬盤：300GB?24CPU主頻：2GHz提供數(shù)據(jù)存儲和計算能力交換機(jī)某型號背板帶寬：32Gbps包轉(zhuǎn)發(fā)速率：1488000pps端口數(shù)：16網(wǎng)線RJ45雙絞線數(shù)據(jù)傳輸速率：1000Mbps設(shè)備互聯(lián)機(jī)架ToTen大小：2m?0．6m?1m設(shè)備放置工作站惠普HPXW4600內(nèi)存：IntelDDR34GB硬盤：500GBCPU主頻：2．67GHz視頻服務(wù)器或客戶端

圖5 視頻業(yè)務(wù)測試平臺

圖6 視頻業(yè)務(wù)中傳輸?shù)囊曨l

測試結(jié)果如圖7所示，可以看出隨著時間的增長，視頻客戶端通過測試工具單位時間內(nèi)捕獲到的視頻業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包數(shù)量在500個上下浮動，這也與視頻是循環(huán)播放的相符合。

圖7 視頻業(yè)務(wù)中傳輸?shù)囊曨l

5 結(jié)束語

為了順應(yīng)武器裝備體系能力試驗的發(fā)展趨勢，解決現(xiàn)有試驗測試相對落后的問題，建立了基于云計算的武器裝備體系能力試驗測試研究，提出了測試架構(gòu)組成、作用和優(yōu)勢，劃分了體系能力試驗的具體階段，并詳細(xì)闡述了體系能力試驗測試的試驗流程，通過視頻業(yè)務(wù)測試案例驗證了提出的武器裝備體系能力試驗測試是合理和可行的。

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