裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)方法研究?

（92493部隊(duì) 葫蘆島 125000）

1 引言

當(dāng)前，信息系統(tǒng)的開發(fā)大多數(shù)基于Win+Intel基礎(chǔ)架構(gòu)，即 Windows（Linux）+SQLServer（Oracle）+IIS（Apache）［1］，對(duì)國(guó)外的軟硬件系統(tǒng)存在長(zhǎng)期的強(qiáng)依賴性，除了傳統(tǒng)意義上的由漏洞所引發(fā)的信息安全問題外，還存在信息平臺(tái)的非自主可控所帶來(lái)的各種未知威脅［7］，信息系統(tǒng)的安全性可靠性得不到根本保障。

在軍事信息系統(tǒng)領(lǐng)域采用自主可控軟硬件是保障軍事信息安全的重要手段和必然趨勢(shì)。裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)資源共享、重用、重組的綜合管理平臺(tái)，主要用于對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)管理和分析挖掘。系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性至關(guān)重要，自主可控建設(shè)需求已經(jīng)顯得越來(lái)越迫切。

本文針對(duì)現(xiàn)有自主可控軟硬件平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)方法進(jìn)行了研究，明確了裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)的思路、原則和實(shí)施路線，為裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)提供了基本遵循。

2 自主可控軟硬件發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，在國(guó)家“863”計(jì)劃和“核高基”［2］等重大科技專項(xiàng)的帶動(dòng)和推動(dòng)下，核心元器件、高性能芯片、基礎(chǔ)軟硬件迅速發(fā)展，初步具備自主可控軟硬件替代的能力。

2.1 自主可控硬件發(fā)展現(xiàn)狀

在自主可控硬件領(lǐng)域，服務(wù)器整機(jī)設(shè)備主要以浪潮、曙光、長(zhǎng)城、邁普為代表，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以仰聯(lián)、華為為代表，存儲(chǔ)設(shè)備以飛驥、曙光為代表。國(guó)產(chǎn)中央處理器芯片主要有龍芯系列、飛騰系列和申威系列等［8，10］，申威系列處理器采用自主 RISC 指令集，其第三代處理器SW1600已經(jīng)成功運(yùn)用到神威藍(lán)光超級(jí)計(jì)算機(jī)上。龍芯系列處理器基于MIPS架構(gòu)，已成功在北斗衛(wèi)星上得到應(yīng)用。飛騰系列處理器基于SPARC架構(gòu)，可應(yīng)用于大規(guī)模數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)等關(guān)鍵系統(tǒng)，同時(shí)在高性能計(jì)算領(lǐng)域，已達(dá)到業(yè)界主流水平?；趪?guó)產(chǎn)核心器件的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要以銀河風(fēng)云、仰聯(lián)信通為代表，已形成了從低端路由交換設(shè)備到高端路由交換設(shè)備等完整的產(chǎn)品系列，基本具備替代思科等國(guó)外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能力［3］。

2.2 自主可控基礎(chǔ)軟件發(fā)展現(xiàn)狀

操作系統(tǒng)以中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)為代表，該平臺(tái)是目前國(guó)內(nèi)安全級(jí)別最高的操作系統(tǒng)，它已經(jīng)通過公安部計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)檢查中心第4級(jí)結(jié)構(gòu)化保護(hù)級(jí)檢測(cè)，以及中國(guó)人民解放軍信息安全測(cè)評(píng)中心軍用B+級(jí)安全認(rèn)證［6］，具有高安全、高性能、高可靠、部署靈活的特點(diǎn)，支持多種國(guó)產(chǎn)CPU和國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)軟件，已成功應(yīng)用于國(guó)防、政府等眾多領(lǐng)域，可為裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)提供安全的運(yùn)行環(huán)境。數(shù)據(jù)庫(kù)以達(dá)夢(mèng)、南大通用、神通、人大金倉(cāng)等為代表，基本解決了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理監(jiān)控中心中數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)，基本具備替代ORACLE等大型通用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)［4］，雖然在通用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)積累不足還處于追趕者的位置，但在面向大數(shù)據(jù)處理的新型數(shù)據(jù)庫(kù)方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品已處于同一水平［5］，能夠?yàn)樵囼?yàn)數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)建設(shè)提供自主、安全、可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)管理支持。中間件主要代表有中創(chuàng)、金蝶、東方通等，基礎(chǔ)軟件廠商主要以普華基礎(chǔ)軟件、中科方德、普世科技等為代表。

3 裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)需求描述

3.1 應(yīng)用描述

試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和數(shù)據(jù)分析挖掘三個(gè)部分，數(shù)據(jù)采集部分，主要完成試驗(yàn)任務(wù)開展過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)質(zhì)量的管理等，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理主要是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理，具備續(xù)存擴(kuò)展管理功能，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)任務(wù)劇增后海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)分析挖掘主要為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)資源分析挖掘提供必要的手段支持，挖掘有用信息，并利用儀表盤、駕駛艙等多樣化的數(shù)據(jù)可視化手段，從多個(gè)維度對(duì)試驗(yàn)相關(guān)信息進(jìn)行展示，提高試驗(yàn)綜合效益。

3.2 硬件架構(gòu)描述

在裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)硬件使用云平臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過采用服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、SDN等技術(shù)，對(duì)底層硬件設(shè)施進(jìn)行虛擬化，形成資源池，并通過云管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)資源高度整合，保障信息安全，另外，采用云管理可以提高硬件資源利用率、節(jié)約能耗，便于平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和升級(jí)改造。硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)硬件架構(gòu)

3.3 總體架構(gòu)描述

在自主可控建設(shè)階段，從滿足試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理的需求出發(fā)，通過選用國(guó)產(chǎn)化的軟硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)部署，從而提高系統(tǒng)安全性及可靠性。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)自主可控建設(shè)需求，基礎(chǔ)硬件平臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)化服務(wù)器、終端、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和外設(shè)，為試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、處理、應(yīng)用和展現(xiàn)提供運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠的基礎(chǔ)支撐環(huán)境?；A(chǔ)軟件包括國(guó)產(chǎn)服務(wù)器操作系統(tǒng)、桌面操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、中間件和辦公軟件等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系主要內(nèi)容是建立一套標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的運(yùn)行體系；信息安全體系基于自主可控技術(shù)，采用立足于自主可控關(guān)鍵基礎(chǔ)軟硬件的安全產(chǎn)品，運(yùn)用自主可控防火墻、數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)等技術(shù)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)提供安全保障?？傮w架構(gòu)如圖2所示。

4 裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)實(shí)施路線

試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)從系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)、現(xiàn)有技術(shù)支撐、信息安全保障等多個(gè)維度綜合考慮，嚴(yán)格按照自主可控的一體化、平臺(tái)化的理念和思路進(jìn)行建設(shè)實(shí)施。

4.1 設(shè)計(jì)思路

試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施主要由國(guó)產(chǎn)服務(wù)器、存儲(chǔ)備份、終端及外設(shè)等基礎(chǔ)軟硬件設(shè)備構(gòu)成。自主可控軟硬件系統(tǒng)集成必然存在選用、適配、驗(yàn)證、優(yōu)化等環(huán)節(jié)，必須針對(duì)基礎(chǔ)軟硬件及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行整體集成適配優(yōu)化，保證基礎(chǔ)軟硬件以系統(tǒng)化的形態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。另外，在建設(shè)之初，需要以整體規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)為核心，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同、數(shù)據(jù)共享。

圖2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)自主可控建設(shè)總體架構(gòu)

4.2 設(shè)計(jì)原則

1）自主可控原則

試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理信息平臺(tái)建設(shè)應(yīng)立足于現(xiàn)有自主可控基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境和應(yīng)用支撐軟件基礎(chǔ)，結(jié)合自主可控的安全防護(hù)手段實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息安全。

2）安全可靠原則

遵從國(guó)家、軍隊(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，科學(xué)、規(guī)范地開展應(yīng)用支撐及應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)工作。平臺(tái)應(yīng)選用高集成、可靠性高的設(shè)備，保證平臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間高效穩(wěn)定的運(yùn)行，利用軟硬件冗余技術(shù)，采用備份策略，提高平臺(tái)的可靠性，防止平臺(tái)因硬件設(shè)備故障或某軟件功能不完善造成的損失。

3）可擴(kuò)展性原則

平臺(tái)的可擴(kuò)展性包括功能擴(kuò)展、集成擴(kuò)展。功能擴(kuò)展要求平臺(tái)功能應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理實(shí)際需要，支持快速定制新的功能模塊，并易于管理和維護(hù)，并提供接口，可與作戰(zhàn)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)、試驗(yàn)檔案數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)等進(jìn)行有效的銜接。

4）可維護(hù)性原則

在可維護(hù)性方面，平臺(tái)具備錯(cuò)誤收集機(jī)制，提供日志追溯，依靠完備的文檔資料，進(jìn)行異常分析、排查，保證平臺(tái)的可靠運(yùn)行和故障的及時(shí)監(jiān)控處理，同時(shí)也減少維護(hù)的成本。

5）兼容性原則

可兼容自主可控環(huán)境和非自主可控環(huán)境；支持自主可控和非自主可控客戶端的訪問；支持自主可控服務(wù)器與非自主可控服務(wù)器的集群。

6）經(jīng)濟(jì)性原則

管理平臺(tái)建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持集約化建設(shè)的原則，節(jié)約成本、杜絕浪費(fèi)，最大限度提升投資利用率。

4.3 自主可控建設(shè)主要工作

考慮到現(xiàn)階段自主可控軟硬件在性能方面的差異，通過引入云計(jì)算架構(gòu)，一方面可以實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，另一方面可以保障軍事信息的安全。依托目前自主可控軟硬件及云計(jì)算架構(gòu)核心技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高可靠、低成本管理平臺(tái)的快速部署。

圖3 自主可控建設(shè)主體工作

自主可控建設(shè)主要包含軟硬件替代、網(wǎng)路系統(tǒng)重構(gòu)、軟硬件適配優(yōu)化、安全體系建設(shè)等方面，如圖3所示。

1）開展基礎(chǔ)軟硬件選型及可靠性測(cè)試

考慮到現(xiàn)階段自主可控軟硬件發(fā)展的現(xiàn)狀及試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的實(shí)際，在建設(shè)之初，采用自主可控軟硬件平臺(tái)與主流商用軟硬件平臺(tái)混合的架構(gòu)。根據(jù)裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的功能需求，采用市場(chǎng)上主流的軟硬件平臺(tái)及傳統(tǒng)IT架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和部署。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)應(yīng)用需求和平臺(tái)指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)兩種實(shí)驗(yàn)環(huán)境方案，一種基于現(xiàn)有主流通用軟硬件平臺(tái)，另一種基于全國(guó)產(chǎn)化自主可控軟硬件平臺(tái)，選用具有自主產(chǎn)權(quán)的CPU、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和中間件，以《軍用CPU測(cè)試方法》（GJB322A-1998）和《軍用計(jì)算機(jī)通用規(guī)范》（GJB7704-2012）為測(cè)試依據(jù)，建立軟硬件兼容測(cè)試評(píng)估模型，從整體上對(duì)比兩種實(shí)驗(yàn)方案的效果，驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)化軟硬件在試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)中應(yīng)用的可行性，逐步實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的遷移和底層硬件的國(guó)產(chǎn)化替代。

2）開展基礎(chǔ)軟硬件適配及可靠性驗(yàn)證

針對(duì)自主可控軟硬件替代，開展自主可控基礎(chǔ)軟硬件適配驗(yàn)證技術(shù)研究，主要包括：

（1）自主可控終端整機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器整機(jī)系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性的適配驗(yàn)證；

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、辦公軟件等基礎(chǔ)軟件與終端整機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器整機(jī)系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性、兼容性等方面的適配驗(yàn)證；

（3）打印機(jī)、掃描儀等外設(shè)與終端整機(jī)的適配驗(yàn)證。

3）開展云管理平臺(tái)和SDN網(wǎng)絡(luò)的適配驗(yàn)證

開展對(duì)基于飛騰處理器的麒麟云管理平臺(tái)功能和性能方面的適配驗(yàn)證，主要包括：

（1）資源調(diào)度方面，主要是通過采用增加CPU、增大存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)增加虛擬機(jī)等方式驗(yàn)證其縱向擴(kuò)展和橫向擴(kuò)展的能力；

（2）計(jì)算能力方面，通過運(yùn)行Qt編譯基準(zhǔn)測(cè)試、π小數(shù)點(diǎn)后N位計(jì)算時(shí)間以及大文件傳輸時(shí)間等方式驗(yàn)證其計(jì)算水平；

（3）安全管理方面，主要是驗(yàn)證系統(tǒng)負(fù)載及防火墻吞吐量、報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)率、最大并發(fā)連接數(shù)、每秒新建連接數(shù)及轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延等性能，并對(duì)系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)、加密速度等VPN系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；

（4）SDN網(wǎng)絡(luò)方面，主要是驗(yàn)證SDN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)對(duì)麒麟云虛擬網(wǎng)絡(luò)資源整合管理能力。

4）開展基礎(chǔ)軟硬件性能調(diào)節(jié)優(yōu)化

（1）編譯優(yōu)化。針對(duì)國(guó)產(chǎn)CPU指令集、cache管理模式、調(diào)度模式等特點(diǎn)對(duì)編譯系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，最大限度發(fā)揮自主可控硬件性能潛力。

（2）應(yīng)用軟件優(yōu)化?；趪?guó)產(chǎn)CPU進(jìn)行應(yīng)用軟件遷移或重新開發(fā)，對(duì)應(yīng)用軟件架構(gòu)、流程算法進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)掘出最優(yōu)的系統(tǒng)配置參數(shù)和軟件自身配置選項(xiàng)［9，11］。以飛騰編譯系統(tǒng)為例，飛騰編譯系統(tǒng)支持OpenMP應(yīng)用程序接口規(guī)范，為用戶提供基于共享存儲(chǔ)的、可增長(zhǎng)的并行程序開發(fā)環(huán)境，支持MPI+OpenMP等混合編程模型，使應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)更好地匹配系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)特性。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著自主可控信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及軍隊(duì)領(lǐng)域自主可控軟硬件推進(jìn)工作的不斷深入，自主可控建設(shè)已成為保障國(guó)家軍事信息安全的必經(jīng)之路和重要戰(zhàn)略手段，裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全自主可控建設(shè)必須從平臺(tái)設(shè)計(jì)之初就要充分考慮基礎(chǔ)軟硬件版本、組織模式的統(tǒng)一和集中的驗(yàn)證測(cè)試調(diào)優(yōu)服務(wù)，不斷提升和加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備支撐能力，為裝備試驗(yàn)領(lǐng)域數(shù)據(jù)管理平臺(tái)規(guī)?；淖灾骺煽貞?yīng)用推廣提供堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)保障。