基于云計算的靶場測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)研究

(中國人民解放軍63870部隊， 陜西 華陰 714200)

0 引言

在鑒定試驗靶場轉(zhuǎn)型建設(shè)過程中，一個很重要的方面就是靶場測試裝備保障模式的轉(zhuǎn)變。在靶場進行鑒定試驗中，除了試驗管理及試驗方法之外，測試裝備的保障性能，或者說測試裝備在使用階段的可用性也是關(guān)鍵因素之一。目前靶場測試裝備在可用性保障方面存在3個問題，一是由于測試裝備的專業(yè)屬性、型號系列特殊帶來的保障資源分散，不成體系，各自為戰(zhàn)問題比較突出。二是測試裝備保障知識管理應(yīng)用不夠充分，分專業(yè)保障、等級修理不完善，使得保障設(shè)施設(shè)備、保障手段等沒有實現(xiàn)集約配置要求。三是現(xiàn)行的測試裝備保障系統(tǒng)主要采用靜態(tài)的、專用式的信息管理模式，全域服務(wù)性保障不充分[1]。因此有必要采用云計算技術(shù)，通過知識管理方法實現(xiàn)靶場測試裝備的可用性服務(wù)保障，由傳統(tǒng)的平臺式保障向以全域信息化為基礎(chǔ)的體系化保障發(fā)展，構(gòu)建基于云計算分析服務(wù)中心的可用性保障服務(wù)系統(tǒng)。

為此，本文從鑒定試驗對測試裝備的可用性需求與技術(shù)出發(fā)，提出了基于云計算的測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)，給出了服務(wù)架構(gòu)適用的條件，并對服務(wù)架構(gòu)的核心模塊進行了分析，設(shè)計了服務(wù)架構(gòu)工作的流程，并分析了構(gòu)建服務(wù)框架所面臨的挑戰(zhàn)。通過對靶場測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)設(shè)計與研究，旨在促進靶場測試裝備戰(zhàn)備完好性及保障資源優(yōu)化配置。

1 總體思路與分析

1.1 基本思路

測試裝備是靶場完成鑒定試驗的重要組成部分，特別是在任務(wù)期間，測試裝備保障水平高低直接影響靶場鑒定試驗效能的發(fā)揮。測試裝備可用性定義為：測試裝備在任一時刻需要和開始執(zhí)行任務(wù)時，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度。由于可用性是表征可靠性、維修性和保障性的綜合，最能反映測試裝備運行質(zhì)量及綜合保障情況，因此，隨著靶場測試裝備信息化程度的提高以及測試裝備保障知識管理技術(shù)的發(fā)展，靶場測試裝備保障可用性服務(wù)需求也隨之增大。針對測試裝備可用性服務(wù)保障這方面的需求，提出基于云計算的靶場測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)。其基本思路為：基于云計算技術(shù)，應(yīng)用知識管理方法，實現(xiàn)無論測試裝備處于何處，其可用性和測試裝備性能都能得到專業(yè)的服務(wù)與支持。與以往只能給予測試裝備物理上的維修不同，這種基于云計算的測試裝備可用性服務(wù)更加具有“廣譜性”，強調(diào)性能保障，其服務(wù)保障系統(tǒng)包括保證測試裝備完成任務(wù)能力的各種硬件、軟件和技術(shù)。

可用性服務(wù)保障架構(gòu)通過整合測試裝備使用單位有關(guān)測試裝備可用性保障需求和測試裝備保障知識，充分利用云計算分析和大數(shù)據(jù)資源，把較為復雜的可用性保障(預測、預防性維修等)交由更為專業(yè)的保障服務(wù)中心機構(gòu)去完成，將最恰當?shù)臏y試裝備可用性知識傳遞給測試裝備使用人員，并輔助進行可用性保障最優(yōu)決策。測試裝備使用人員則著力解決測試裝備日常維護及可用性信息的收集與傳送，實現(xiàn)在最需要的時間得到最需要的保障手段。

1.2 云計算及知識管理

在測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)設(shè)計中，特別考慮采用知識管理方法，將分布在靶場內(nèi)外各個區(qū)域有關(guān)測試裝備可用性的無序和離散的經(jīng)驗信息統(tǒng)一管理起來，實現(xiàn)可用性知識的交流和分享。對于可用性服務(wù)保障而言就是為挖掘、培育和提高可用性保障能力，通過對與可用性有關(guān)的保障知識進行識別、創(chuàng)造、積累和應(yīng)用的過程，實現(xiàn)可用性服務(wù)保障知識共享、知識創(chuàng)新和知識增值。也可以說可用性服務(wù)保障模式是面對不斷增加的靶場測試裝備可用性保障需求，針對保障的適應(yīng)性及保障能力等方面的一種迎合性措施[2]。

在測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)中，云計算分析的作用就是利用信息網(wǎng)路連接的測試裝備信息系統(tǒng)平臺所構(gòu)成的可動態(tài)伸縮調(diào)整的虛擬化資源，實現(xiàn)對測試裝備保障數(shù)據(jù)的分布式計算。通過將大量測試裝備和保障信息平臺連接成信息網(wǎng)絡(luò)集群，以及相關(guān)既定規(guī)則協(xié)同運作來為測試裝備可用性提供各種技術(shù)服務(wù)，分享各種計算網(wǎng)絡(luò)資源[3]。

測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)中的云計算分析服務(wù)中心的核心，是利用云計算技術(shù)的分布式處理、并行計算和網(wǎng)格計算等功能，進而實現(xiàn)對測試裝備可用性預測、維修等相關(guān)的軟硬件資源的虛擬化、相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲和管理。這里的關(guān)鍵技術(shù)主要包括虛擬機技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、分布式編程與計算技術(shù)、虛擬資源的管理和調(diào)度技術(shù)、業(yè)務(wù)接口技術(shù)、安全防護技術(shù)等[4]。

2 測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)設(shè)計

2.1 測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)

根據(jù)上述測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)設(shè)計思路，可以看出，靶場測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)研究中需要重點解決的問題是：如何實現(xiàn)架構(gòu)中組分系統(tǒng)的綜合集成和互操作，讓其表現(xiàn)為一個有機的整體；如何確保架構(gòu)內(nèi)各部分的性能一致地滿足不斷變化的能力需求[5]。因此其設(shè)計原則為：服務(wù)架構(gòu)主要圍繞以數(shù)據(jù)為中心思想進行設(shè)計，以開發(fā)集成體系結(jié)構(gòu)為目標，強調(diào)模塊和信息之間通過體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)要素進行聯(lián)系和集成?；谠朴嬎愕臏y試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)描述如圖1所示。

圖1 基于云計算的測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)

從圖1中可以看出，基于云計算的測試裝備可用性服務(wù)框架主要有6大模塊組成，其中：

(1)狀態(tài)監(jiān)測及信息采集模塊：主要通過測試裝備嵌入式傳感器以及使用人員操作信息向云計算分析服務(wù)中心傳送數(shù)據(jù)，接受來自中心的監(jiān)測控制執(zhí)行指令，將狀態(tài)數(shù)據(jù)與期望值相比較，可根據(jù)限定閾值判定測試裝備當前狀態(tài)[6]。

(2)預防性維修及可用性預測服務(wù)模塊：該模塊接受來自云計算分析服務(wù)中心的數(shù)據(jù)。其主要作用是：指示被監(jiān)測測試裝備的劣化狀況，給出預防性維修指令以及故障(缺陷)發(fā)生概率。其依據(jù)是狀態(tài)趨勢、工作狀況與負荷，以及歷史維修數(shù)據(jù)[7]。

(3)測試裝備可用性管理策略模塊：該模塊同樣接受來自云計算分析服務(wù)中心的數(shù)據(jù)，根據(jù)測試裝備任務(wù)剖面給出測試裝備可用性管理策略。結(jié)合測試裝備狀態(tài)評估模塊和故障/剩余壽命預測模塊的數(shù)據(jù)，對測試裝備進行可用性管理給出定性與定量分析結(jié)果，按照給定的目標(費用、可用度或風險)給出最佳的可用性管理時機[8]。

(4)云計算分析服務(wù)中心就是測試裝備狀態(tài)信息集中管理的資源池，包括計算資源、存儲資源、通信資源和軟件資源等。通過網(wǎng)絡(luò)平臺獲取測試裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析處理，調(diào)用測試裝備數(shù)據(jù)庫及測試裝備可用性模型數(shù)據(jù)庫底層支撐系統(tǒng)，從而解算出可用性服務(wù)信息。分析服務(wù)中心由表示層和數(shù)據(jù)層構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)層包含了測試裝備可用性的數(shù)據(jù)元素實體、實體的屬性及相互之間的聯(lián)系。通過云計算分析服務(wù)，將測試裝備狀態(tài)信息計算和存儲資源從各類測試裝備保障平臺中遷出，并遷入到云中。它提供了一種在虛擬環(huán)境中應(yīng)用程序的開發(fā)方法，通過虛擬化將各類遠端測試裝備平臺的資源進行切割，實現(xiàn)資源的隨需分配和自動增長[9]。

(5)測試裝備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫模塊包含了測試裝備基本性能參數(shù)、役齡信息、電子化資料及其測試裝備可用性管理工具。分為測試裝備可用性保障專業(yè)知識、測試裝備技術(shù)指標資料、作業(yè)規(guī)范、可用性保障案例、保障學習經(jīng)驗數(shù)據(jù)、測試裝備作業(yè)信息等。

(6)測試裝備可用性模型庫模塊包含了可用性仿真工具、通用預測算法、可用性預測仿真驅(qū)動等組件。而建立可用性仿真的目的在于，根據(jù)獲取的測試裝備運行期間狀態(tài)信息，對給定的任務(wù)和使用環(huán)境下測試裝備可用性進行仿真，來評估各種實際影響因素條件下測試裝備的穩(wěn)態(tài)可用度，并利用可用度的仿真結(jié)果進行影響因素的分析，以支持測試裝備鑒定試驗運用過程中的可用性決策[10]。

2.2 可用性服務(wù)架構(gòu)運行模式

在圖1架構(gòu)下，基于云計算的測試裝備可用性服務(wù)運行模式為：

(1)測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)獲取。測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)獲取是在固有的信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對新數(shù)據(jù)的進一步收集、整理、加工，完成測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)清洗”。包括對信息源的辨識、抽取、轉(zhuǎn)化和新信息的評價等過程。測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)獲取是測試裝備可用性服務(wù)活動的基礎(chǔ)，只有獲得了大量高質(zhì)量的測試裝備信息，才能夠解決可用性保障過程中遇到的各種問題。

(2)測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)云計算分析。獲取大量測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)后，如何對這些數(shù)據(jù)進行有效分析管理，是云計算分析活動的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)和重要工作。通過分析與仿真，建立計算機和測試裝備共同需求的、共同認可的測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)的知識化結(jié)構(gòu)，以及可用性分析策略。運用云計算分析語言對測試裝備可用性進行實例化，從而清晰地表達出測試裝備狀態(tài)信息及可用性數(shù)據(jù)的語義內(nèi)涵和語義關(guān)系，實現(xiàn)各類保障人員對測試裝備可用性數(shù)據(jù)統(tǒng)一的理解和認識。

(3)測試裝備可用性服務(wù)運用?？捎眯苑?wù)運用主要表現(xiàn)在對測試裝備可用性預測及管理服務(wù)的應(yīng)答、推送、重用和保護等方面。測試裝備可用性服務(wù)應(yīng)答是將分析結(jié)果的知識化語義內(nèi)涵和語義關(guān)系，通過可用性預測需求的語義約束擴展，來實現(xiàn)準確、快速、全面地為保障人員提供服務(wù)。測試裝備可用性服務(wù)的一個主要運行模式就是推送，針對不同測試裝備、不同保障人員的不同可用性預測、管理需求，確定分析結(jié)果的推送內(nèi)容和推送對象，主動的將分析結(jié)果通過信息網(wǎng)絡(luò)進行定點發(fā)送。實現(xiàn)在恰當?shù)臅r間將恰當?shù)臏y試裝備可用性預測結(jié)果主動傳遞給最需要的保障人員，從而實現(xiàn)以狀態(tài)監(jiān)測、主動服務(wù)的方式為測試裝備保障人員提供幫助。

3 服務(wù)架構(gòu)建設(shè)條件控制

3.1 可用性服務(wù)架構(gòu)的運行機制

測試裝備可用性服務(wù)框架設(shè)計的終極目標是測試裝備的軍民融合保障體系各項活動過程在一種高效機制下有效運行，并形成測試裝備聯(lián)合保障能力。因此，在建立測試裝備可用性服務(wù)框架的過程中，如何同步設(shè)計好集中控制機制、自主控制機制、軍民融合機制以及遂行轉(zhuǎn)換機制，對測試裝備可用性服務(wù)框架有效運行、功能實現(xiàn)至關(guān)重要，也將是測試裝備可用性服務(wù)框架設(shè)計配套的重點。

測試裝備可用性服務(wù)框架運行機制，是測試裝備可用性服務(wù)框架運行機理應(yīng)用于測試裝備可用性服務(wù)框架保障實踐的中介和橋梁，是指在測試裝備可用性服務(wù)框架基礎(chǔ)上，各子系統(tǒng)之間相互關(guān)系的規(guī)范，以及各子系統(tǒng)之間發(fā)揮作用的過程、方式方法的總和。在環(huán)境條件和結(jié)構(gòu)一定的情況下，測試裝備可用性服務(wù)框架各項活動的目的是形成聯(lián)合保障力，而體系功能的最終實現(xiàn)需要測試裝備可用性服務(wù)框架實踐活動與客觀需求相符合，其關(guān)鍵取決于運行機制的選擇、設(shè)計和運作是否合理。探索建立科學、合理的測試裝備可用性服務(wù)框架運行機制，對于滿足信息化條件下邏輯靶場鑒定試驗測試裝備保障需求，圓滿完成各項測試裝備保障任務(wù)，加快測試裝備保障能力生成模式轉(zhuǎn)變，具有重要的軍事現(xiàn)實意義。

3.2 可用性服務(wù)架構(gòu)的平臺遷移策略

盡管基于云計算的測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)是測試裝備保障未來的發(fā)展方向，但考慮到目前許多在用測試裝備保障平臺、單元或?qū)嶓w已經(jīng)建立，固有的保障模式及管理體制正處于運行階段。如何確?，F(xiàn)有測試裝備保障平臺、單元或?qū)嶓w向新的測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)的分階段平穩(wěn)過渡，便存在一個遷移策略選擇問題。面臨的挑戰(zhàn)主要有：一方面要保障現(xiàn)有測試裝備保障平臺的正常運行，另一方面也要逐步適應(yīng)基于云計算的測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)發(fā)展的需要。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，首先要逐步將各測試裝備保障平臺、單元或?qū)嶓w升級為云節(jié)點。在測試裝備保障平臺升級為云節(jié)點的過程中，需要重點解決基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化的問題，提升測試裝備可用性服務(wù)的彈性可擴展性。其次要將各個云節(jié)點連接成測試裝備之間內(nèi)部的專屬云，各測試裝備平臺部署為高可用、可擴展的云節(jié)點后，各個云節(jié)點連接構(gòu)成一個多中心的專屬云。最后要解決好在測試裝備可用性服務(wù)云技術(shù)分析專屬云中，各個區(qū)域測試裝備保障平臺與云計算數(shù)據(jù)中心之間數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問題。

3.3 可用性服務(wù)實驗與分析

對靶場外彈道測試裝備，包括光電經(jīng)緯儀、坐標雷達、彈道相機、高速電視姿態(tài)測量等二十余臺裝備，進行可用性服務(wù)實時性模擬測試。將這些裝備的多維狀態(tài)參數(shù)信息接入所搭建的Hadoop集群云服務(wù)平臺上，同時對現(xiàn)有的裝備管理數(shù)據(jù)服務(wù)器進行虛擬化，將裝備所需的可用性服務(wù)功能運行在遷移的虛擬機上，可用性評估與約束等云計算服務(wù)由第三方專業(yè)機構(gòu)提供。所有接入裝備同時進行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送更新，觀察可用性服務(wù)決策數(shù)據(jù)推送的時間，重復10次實驗，平均運行時間不大于6s，可用性服務(wù)的實時性可以滿足鑒定試驗需要。

4 結(jié)束語

基于云計算的靶場測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)是完成鑒定試驗靶場中測試裝備保障體系頂層設(shè)計的必然要求，是對信息化測試裝備保障模式的發(fā)展闡述。通過引入云計算技術(shù)和大數(shù)據(jù)資源，將保障要素、保障手段和保障服務(wù)有機融合?？煽绲赜颉⒍嗑S度、跨現(xiàn)實和多模式，在靶場試驗測試裝備保障的區(qū)域空間，實現(xiàn)對測試裝備可用性和測試裝備整體效能全面保障。

本文以測試裝備可用性為關(guān)注點，基于云計算技術(shù)研究測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)，形成測試裝備保障系統(tǒng)最優(yōu)控制策略。通過構(gòu)建一個測試裝備可用性服務(wù)架構(gòu)，目的是為研究靶場測試裝備保障頂層設(shè)計與運行格局的強度關(guān)系奠定基礎(chǔ)，并為測試裝備保障一線人員在可用度目標下的保障體系最優(yōu)控制決策，以及規(guī)劃測試裝備高效配置提供幫助。