互操作：概念、架構(gòu)與評價體系綜述

張劭陽+張在龍+吳倩

摘 要：隨著信息技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其在規(guī)范業(yè)務(wù)管理、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、提高業(yè)務(wù)效率等方面發(fā)揮了重要作用，但由于組織管理與業(yè)務(wù)分工的關(guān)系，形成了大量的“信息孤島”和“業(yè)務(wù)孤島”，其信息系統(tǒng)效能未得到充分發(fā)揮。互操作是實現(xiàn)信息系統(tǒng)間業(yè)務(wù)協(xié)同、共享信息和交換信息的核心技術(shù)，是解決分布式、異構(gòu)環(huán)境下系統(tǒng)整合問題的有效方法。論文首先解析了互操作的基本概念及應(yīng)用領(lǐng)域，對比分析了互操作與互聯(lián)互通等相關(guān)概念的關(guān)系，然后歸納總結(jié)了互操作的特征，最后對互操作標(biāo)準(zhǔn)體系的評價體系指標(biāo)進行了梳理。

關(guān)鍵詞：互操作；互聯(lián)互通；架構(gòu)體系；評價體系

中圖分類號： TP393 文獻標(biāo)識碼：A

Interoperability： Summarize on Concepts， Architecture and Evaluation System

Zhang Shao-yang， Zhang Zai-long， Wu Qian

（Beijing Subway Operation Technology Centre， Beijing102208）

Abstract： With the wide application of information technology in all fields， in regulating business management， optimize business processes， improve business efficiency， etc， play an important role， but as a result of organizational management and business division of labor relations， has formed a large number of "information island" and "isolated island"， the system performance information has not been fully. Interoperability is to implement information systems business cooperation， information sharing and information exchange between the core technology， is to solve the problems of distributed， heterogeneous environment system integration method.This article first analyses the basic concept and application field of interoperability， comparison and analysis the interoperability with related concepts such as connectivity， then sum up the evaluation index system of interoperability standards system.

Key words： Interoperability； Interconnectivity； Architecture system； Evaluation system

1 引言

互操作（Interoperability）起初源自于軍事情報領(lǐng)域。美軍首先提出了C4概念，即指揮與控制（Command and Control）、通訊（Communication）、計算機（Computer）。該系統(tǒng)是一個情報搜索系統(tǒng)或者是一個指揮系統(tǒng)，情報或者信息按照最有效的路徑、以最準(zhǔn)確的方式，從源頭開始，直至給使用者，形成多米諾骨牌似的聯(lián)動效果，這種機制稱為互操作。它是一種能力，可以實現(xiàn)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)協(xié)作，信息的共享以及信息的交換等，也是解決分布式異構(gòu)系統(tǒng)整合問題的方法。

2 互操作應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 軍事

實現(xiàn)軍隊多兵種間聯(lián)合作戰(zhàn)，需要重視軍事信息系統(tǒng)的互操作性問題。各軍事強國為了加快實現(xiàn)軍事信息系統(tǒng)的互操作性，投入了大量的人力、物力和財力，制訂了有關(guān)互操作的戰(zhàn)略規(guī)劃，推行了一系列通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。當(dāng)前，美軍的互操作性研究較為全面。美軍互操作體系框架由戰(zhàn)略層（Strategic Level）、操作層和戰(zhàn)術(shù)層（Operational Level and Tacfical Level）、技術(shù)層（Technology Level）等三個層次組成。

2.2 電子醫(yī)療

澳大利亞Nehta（National E.Health Transition Authority）提出的電子醫(yī)療互操作體系，主要包括醫(yī)療組織、信息和技術(shù)三方面互操作。國內(nèi)主要醫(yī)療機構(gòu)在管理數(shù)據(jù)和流程方面，一般需要數(shù)十個以上的醫(yī)療信息子系統(tǒng)來共同實現(xiàn)，以期滿足相關(guān)科室的需要，同時這些子系統(tǒng)涉及的軟件開發(fā)商眾多，多數(shù)為分布式異構(gòu)系統(tǒng)，給系統(tǒng)間的協(xié)同工作和信息共享帶來很大難度。

2.3 交通

互操作在交通領(lǐng)域中主要集中在交通信息集成與共享、綜合保障及調(diào)度等大型系統(tǒng)中的應(yīng)用上。在交通信息集成與共享方面，如鐵路公用基礎(chǔ)信息平臺、城軌信息共享平臺、交通監(jiān)控系統(tǒng)信息共享平臺、交通信息集成、交通安全信息集成；在綜合保障等大型系統(tǒng)中的應(yīng)用有高速鐵路綜合調(diào)度系統(tǒng)、青藏鐵路應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)、電動汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、ETC系統(tǒng)、管軌運輸綜合保障與控制系統(tǒng)。目前，互操作的應(yīng)用主要集中在理論研究、框架設(shè)計階段，并且互操作的應(yīng)用大多停留在互聯(lián)互通階段。endprint

2.4 電子政務(wù)

目前，美國、英國、德國、加拿大、澳大利亞、日本、韓國等國家都相繼制定了本國的電子政務(wù)總體框架。歐盟也制定了泛歐電子政務(wù)服務(wù)互操作框架（EIF，European Interoperability Framework），旨在支持歐盟國家間的電子政務(wù)服務(wù)分發(fā)，為解決信息系統(tǒng)之間的互操作問題提供思路。

3 互操作定義及相關(guān)概念解析

由于各行業(yè)間的差異，對“互操作”產(chǎn)生了不同的定義及解釋。

3.1 互操作相關(guān)定義及基本特征

3.1.1 互操作相關(guān)定義

廣義上，互操作是指通過信息交換達成協(xié)調(diào)工作的能力；狹義上，它是不同平臺或編程語言間交換和共享數(shù)據(jù)的能力。為了實現(xiàn)平臺或編程語言之間的交換和共享數(shù)據(jù)，計算機系統(tǒng)能夠交換信息并按照設(shè)定的規(guī)則處理信息，其中包括硬件、應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式、網(wǎng)絡(luò)等不同層次的互操作。

（1）《Computer Communication Dictionary》2016。最新版的計算機通信辭典中，互操作是指兩個或多個系統(tǒng)交換信息并相互使用已交換信息的能力，即一個系統(tǒng)接收和處理另一個系統(tǒng)發(fā)送來信息的能力。

（2）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織地理信息技術(shù)委員會（ISO/TC 211）。它給出了互操作的定義，認為若兩個實體甲和乙能相互操作，則甲、乙對 “處理請求”均能有相同的理解，并且如果甲向乙提出“處理請求”，乙能對該請求能夠做出正確反應(yīng)，并將結(jié)果返回給甲。

（3）美國環(huán)境系統(tǒng)研究所公司（ESRI）。該公司作為世界最大的地理信息系統(tǒng)技術(shù)提供商，其在2008年出版的技術(shù)白皮書中對互操作進行了定義：互操作是兩個或兩個以上的網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、設(shè)備或組件間交換信息和使用信息以便交換的能力。

（4）美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）。其在IEEE-SA 2011中對互操作定義是 “兩個或多個系統(tǒng)或系統(tǒng)組件交換并使用所交換信息的能力”：一是相互交換信息的能力，即能夠?qū)崿F(xiàn)句法級互操作；二是完全理解信息的語義并正確使用已交換信息，且不需要人工參與，能夠?qū)崿F(xiàn)語義級互操作。

3.1.2 互操作基本特征

如表1所示。

3.2 互操作與互聯(lián)互通的關(guān)系

互操作與互聯(lián)互通概念相比，其實有本質(zhì)的差別，但也有共同之處，即包括了兩個或多個以上的系統(tǒng)、單元或部隊之間的信息交換和協(xié)同問題。

3.2.1 互聯(lián)

互聯(lián)簡言之就是相互聯(lián)系、相互關(guān)聯(lián)。也就是說在系統(tǒng)之間存在著一種無阻礙、暢通的通信關(guān)系。兩個網(wǎng)絡(luò)之間至少有一條在物理上的連接線路，它只是為網(wǎng)絡(luò)間交換數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)條件，但它不能保證網(wǎng)絡(luò)間一定能夠進行數(shù)據(jù)交換，這要取決于兩者之間的通信協(xié)議是否相互兼容。

3.2.2 互通

互通是兩個網(wǎng)絡(luò)之間能夠進行數(shù)據(jù)交換，但僅涉及通信的兩個網(wǎng)絡(luò)之間端到端的連接和數(shù)據(jù)交換，它是互操作的基礎(chǔ)?；ネㄊ窍到y(tǒng)在對外、對內(nèi)、遠程等交互方面是統(tǒng)一的，其中在設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)方面具有共享性。

3.2.3 三者間的關(guān)系

在這三者之間，以互聯(lián)為前提，互通為基礎(chǔ)以實現(xiàn)互操作。互聯(lián)決定信息系統(tǒng)內(nèi)外的通信；互通提供更加方便的平臺，使信息能夠更好地交流和共享；在互聯(lián)互通的完成下，最終保證系統(tǒng)功能的互操作。滿足各個系統(tǒng)的交換、交流，可以說互聯(lián)、互通是實現(xiàn)系統(tǒng)互操作的基礎(chǔ)。

通過互操作，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)系統(tǒng)特性（簡稱Sos），它擁有單個系統(tǒng)不具備的功能，能夠完成單個系統(tǒng)不能完成的任務(wù)?；ヂ?lián)、互通是系統(tǒng)之間的信息和數(shù)據(jù)的交流和共享，只影響系統(tǒng)功能的質(zhì)量，而互操作則是系統(tǒng)之間的功能或服務(wù)的交流，它使系統(tǒng)的功能得以補償和提升。

4 互操作體系架構(gòu)研究

體系架構(gòu)是指導(dǎo)具體系統(tǒng)設(shè)計的首要前提，互操作體系架構(gòu)是在互操作理論的指導(dǎo)下，研究實現(xiàn)互操作所需的條件、系統(tǒng)及系統(tǒng)間的關(guān)系，進而確定具有普適意義的互操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而總體上把握一般互操作問題的解決途徑。

4.1 互操作體系框架研究現(xiàn)狀

系統(tǒng)互操作基本框架主要涉及互操作規(guī)范、互操作描述語言、符號表示和數(shù)據(jù)描述四個方面，如圖3所示。

針對互操作框架所描述的問題，目前相關(guān)研究主要從三個層次進行：一般框架、公共類業(yè)務(wù)框架和具體領(lǐng)域框架。公共類業(yè)務(wù)框架一般以互聯(lián)網(wǎng)為背景，以語義網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用公開和開放的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，由公共服務(wù)機構(gòu)建設(shè)和維護針對互操作資源的維護和管理平臺。具體領(lǐng)域類框架以GIS、電子政務(wù)、醫(yī)療、軍事系統(tǒng)等方面的研究最有成效。通過這些研究，可以使得此類系統(tǒng)在全域范圍內(nèi)實現(xiàn)互操作。

4.2 國內(nèi)外案例

4.2.1 雅典互操作框架（AIF）

該框架的三個層次：概念層、技術(shù)層和應(yīng)用層。概念層是明確需求和整合雅典科研成果；應(yīng)用層是整合研發(fā)試點科研項目的經(jīng)驗和技術(shù)，負責(zé)有關(guān)應(yīng)用集成技術(shù)的知識轉(zhuǎn)讓；技術(shù)層是測試和整合科研原型項目。

4.2.2 GIS互操作體系框架

基于開放式虛擬模型（OVM）的互操作體系框架，定義公共虛擬接口，形成一套基本、通用的接口規(guī)范，能夠?qū)崿F(xiàn)空間數(shù)據(jù)和軟件功能共享及互操作，六個層次組成，如圖5所示。

5 互操作評價體系

從之前的定義中我們可以看出，所謂互操作就是兩個或多個系統(tǒng)在互相連接的基礎(chǔ)上進行的一系列交互活動，如進行信息交換、資源共享和合作。對于系統(tǒng)互操作的評估可以從六個方面進行，如表2所示。

6 結(jié)束語

互操作將傳統(tǒng)的系統(tǒng)間互聯(lián)互通，協(xié)同管控延伸到了更為廣泛的概念，雖然“互操作”仍是一個發(fā)展中的概念，然而對于多系統(tǒng)發(fā)展來說，則是未來發(fā)展的趨勢?？傮w而言，目前有關(guān)系統(tǒng)互操作的研究涉及到理論、框架、模型和技術(shù)等層面，但還未能就互操作自身建立一套完成的概念和公理系統(tǒng)，互操作系統(tǒng)的實現(xiàn)主要還表現(xiàn)在根據(jù)特定的信息共享交換要求，建立相應(yīng)的交互系統(tǒng)。本文針對目前國內(nèi)外互操作領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)及成果進行了總結(jié)分析，對于今后互操作的研究具有重要意義。endprint

參考文獻

[1] 美國電氣電子工程師學(xué)會.IEEE 100-2009.標(biāo)準(zhǔn)詞典—術(shù)語和定義詞匯表 [S].2009.

[2] Esri中國（北京）有限公司.標(biāo)準(zhǔn)與互操作.標(biāo)準(zhǔn)與互操作[C].Esri，2008.

[3] 賈利民，張遂征，袁寶軍.信息互操作系統(tǒng)理論與實現(xiàn)方法 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[4] Chen D，Doumeingts G，Vernadat F.Architectures For Enterprise Integration And Interoperability：Past， Present And Future[J]. Computers In Industry， 2008， 59（7）：647-659.

[5] 賈利民，王艷輝，肖雪梅.信息系統(tǒng)互操作理論、技術(shù)與交通應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2010.

[6] Ghosh S，Ghosh S.Net Centricity And Technological Interoperability In Organizations：Perspectives And Strategies[M].Information Science Reference- Imprint Of：Igi Publishing，2009.

[7] 龔震宇.分布式空間信息服務(wù)開放互操作模型及其應(yīng)用研究[D].北京：鐵道部科學(xué)研究院，2006.

[8] 沈兵兵，張子仲，張偉偉.基于Iec61968的電力系統(tǒng)互操作體系構(gòu)建思路[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2015，9（11）：13-17.

[9] 王雄.構(gòu)建互操作平臺關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

[10] 孫珂，朱邵偉，李敏勇.互操作與系統(tǒng)生命力[J].艦船電子工程，2011，31（10）：113-117.

[11] 林華輝.協(xié)議互操作性測試?yán)碚撆c方法研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007.

[12] 劉戰(zhàn)平.互聯(lián)互通互操作的重大意義[J].數(shù)字化用戶， 2013，19（12）.

[13] 陳健軍，王鵬，李國棟，等. 美軍信息系統(tǒng)互操作性測試、驗證與評估研究[J].國防科技，2016，37（5）：60-64.

[14] 馬東堂.軍事信息系統(tǒng)的互操作性研究[J].指揮控制與仿真，2009，31（4）：12-14.

[15] 張家祥，方凌江.影響互操作的因素及互操作的評估過程[C]. 中國系統(tǒng)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會.2006.

[16] 羅俊.管軌運輸綜合保障與控制系統(tǒng)互操作實現(xiàn)方法與技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué)，2010.

[17] 趙晨暉，薛萬國，史鴻飛，等.醫(yī)療信息系統(tǒng)集成研究與實踐[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2009，4（1）：22-26.endprint