基于機(jī)動(dòng)通信試驗(yàn)床環(huán)境的測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 猛，田 煥，雷飛鵬，戶江民

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

0 引言

試驗(yàn)床種類繁多，但其根本目的是承載實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、新型應(yīng)用的驗(yàn)證與部署，具有大規(guī)模與異構(gòu)性、支持實(shí)驗(yàn)的整個(gè)生命周期等特點(diǎn)。在機(jī)動(dòng)通信裝備研制領(lǐng)域，試驗(yàn)床環(huán)境可為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議及算法的演進(jìn)式驗(yàn)證和部署提供有效途徑［1］。

本文重點(diǎn)分析機(jī)動(dòng)通信試驗(yàn)床環(huán)境。所謂機(jī)動(dòng)通信試驗(yàn)床環(huán)境，是通過(guò)對(duì)機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)組網(wǎng)過(guò)程中的一些主要裝備如通信單元、指控單元、探測(cè)系統(tǒng)等的模擬，將現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜的集成信息通信平臺(tái)在試驗(yàn)室里逼真地展示出來(lái)，即建立一個(gè)具備機(jī)動(dòng)通信組網(wǎng)能力的機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)綜合仿真環(huán)境。該環(huán)境具有時(shí)空一致的特點(diǎn)，可為機(jī)動(dòng)通信裝備的研制、建設(shè)、管理及使用提供一個(gè)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)是基于該試驗(yàn)床環(huán)境的測(cè)試開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證平臺(tái)的配套系統(tǒng)軟件，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)床環(huán)境下的測(cè)試平臺(tái)、測(cè)試場(chǎng)地、測(cè)試事務(wù)、測(cè)試任務(wù)、測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試人員等信息和流程實(shí)施全生命周期的管理，全面呈現(xiàn)測(cè)試態(tài)勢(shì)，驗(yàn)證裝備技術(shù)體制，檢驗(yàn)設(shè)備功能性能指標(biāo)，為裝備改進(jìn)提升和數(shù)字化實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用提供支撐。

1 需求分析

測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)主要是滿足測(cè)試人員在模擬通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)測(cè)試全過(guò)程管理的基本需要，滿足管理員對(duì)試驗(yàn)床環(huán)境設(shè)備進(jìn)行管理和維護(hù)的數(shù)據(jù)需求，可以對(duì)測(cè)試事件按照項(xiàng)目管理方式實(shí)施精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程從計(jì)劃制定到事件結(jié)束的全周期壽命狀態(tài)清晰可控，支持對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝備和儀器設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤；具備不同的系統(tǒng)管理權(quán)限，支持試驗(yàn)發(fā)起者制定不同類型的測(cè)試項(xiàng)目計(jì)劃，并通過(guò)流程控制、消息提醒及閱讀回執(zhí)功能實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的下發(fā)通告與任務(wù)領(lǐng)取回執(zhí)功能；支持對(duì)模擬通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和生成原始記錄，并借助知識(shí)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)判定與審核、分析評(píng)估，測(cè)試完成之后自動(dòng)生成電子報(bào)告；在測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)通報(bào)所感知的故障和告警信息，對(duì)測(cè)試日志、任務(wù)分派及事件問(wèn)題進(jìn)行管理與跟蹤，支持智能加載事件處置狀態(tài)，對(duì)事件處置進(jìn)行督辦；具有全面的評(píng)估準(zhǔn)則和科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，對(duì)事件結(jié)果進(jìn)行智能化考評(píng)，對(duì)系統(tǒng)和裝備實(shí)用效能進(jìn)行綜合評(píng)估，并結(jié)合知識(shí)庫(kù)給出合理的改進(jìn)建議。

系統(tǒng)功能依據(jù)不同用戶權(quán)限對(duì)系統(tǒng)的差異化使用需求進(jìn)行模塊劃分和設(shè)計(jì)，滿足各類角色用戶登錄和平臺(tái)操作，對(duì)試驗(yàn)床的日常和裝備信息實(shí)現(xiàn)管理與更新，以及對(duì)試驗(yàn)床環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)共享等需求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備開(kāi)放性和拓展性，支持橫向朝著分級(jí)分布式部署的方向擴(kuò)展需求，縱向滿足后期系統(tǒng)新增功能擴(kuò)展需求。同時(shí)，系統(tǒng)需提供便捷的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，方便與其他運(yùn)維管理系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)需滿足可靠性和安全性設(shè)計(jì)，確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全，防止非法用戶訪問(wèn)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需滿足便捷性和可操作性設(shè)計(jì)，確保不同知識(shí)背景的人員都能操作系統(tǒng)［2］。

2 機(jī)動(dòng)通信試驗(yàn)床設(shè)計(jì)

機(jī)動(dòng)通信試驗(yàn)床分為通信模擬環(huán)境、測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境、演示基礎(chǔ)環(huán)境以及系統(tǒng)仿真環(huán)境4 個(gè)部分［3-4］，組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 機(jī)動(dòng)通信試驗(yàn)床環(huán)境組成

通信模擬環(huán)境包含現(xiàn)役通信系統(tǒng)模擬環(huán)境、在研通信系統(tǒng)模擬環(huán)境以及國(guó)防通信資源模擬環(huán)境?，F(xiàn)役通信系統(tǒng)模擬環(huán)境是試驗(yàn)床的核心組成部分，通過(guò)將路由交換、有線/無(wú)線傳輸、節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)絡(luò)管理等設(shè)備按照裝載平臺(tái)類型和編配數(shù)量來(lái)模擬構(gòu)建任務(wù)部隊(duì)機(jī)動(dòng)通信節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)間采用多種鏈路方式實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)互聯(lián)，構(gòu)建一定規(guī)模的機(jī)動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。在研通信系統(tǒng)模擬環(huán)境由部分在研的新體制通信裝備組成，通過(guò)有線、無(wú)線等方式實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)役通信系統(tǒng)模擬環(huán)境的異構(gòu)互聯(lián)，滿足話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互通。國(guó)防通信資源模擬環(huán)境包含各類商用路由器和程控交換機(jī)，用于模擬通信網(wǎng)、電話網(wǎng)等固定網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)有線設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)役通信系統(tǒng)模擬環(huán)境的機(jī)固互聯(lián)，模擬固網(wǎng)接入后的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互通。

測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境包含測(cè)試軟件系統(tǒng)和測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)。測(cè)試軟件系統(tǒng)包含專用測(cè)試儀器和通用計(jì)算機(jī)/服務(wù)器等。專用測(cè)試儀器對(duì)裝備性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)在通用計(jì)算機(jī)/服務(wù)器上部署相關(guān)軟件，并接入模擬通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)功能、性能測(cè)試。測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)與通信模擬環(huán)境、系統(tǒng)仿真環(huán)境交互，開(kāi)展測(cè)試籌劃和測(cè)試過(guò)程管控，監(jiān)視運(yùn)行狀況，采集各類測(cè)試數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)測(cè)試態(tài)勢(shì)、設(shè)備工況態(tài)勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)以及業(yè)務(wù)態(tài)勢(shì)等信息，并基于測(cè)試數(shù)據(jù)，構(gòu)建相應(yīng)的指標(biāo)評(píng)估體系和評(píng)估模型，支撐開(kāi)展測(cè)試分析評(píng)估。

系統(tǒng)仿真環(huán)境包含通用計(jì)算機(jī)和運(yùn)行在其上的仿真軟件，通過(guò)系統(tǒng)建模實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力定量仿真評(píng)估，基于關(guān)鍵協(xié)議組網(wǎng)仿真結(jié)果對(duì)實(shí)裝設(shè)備的大規(guī)模組網(wǎng)運(yùn)行效果進(jìn)行預(yù)測(cè)。

演示基礎(chǔ)環(huán)境包含測(cè)試運(yùn)維基礎(chǔ)設(shè)施和演示呈現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施。測(cè)試運(yùn)維基礎(chǔ)設(shè)施包含服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等，為測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)提供硬件平臺(tái)；演示呈現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施將業(yè)務(wù)顯控系統(tǒng)接入通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，結(jié)合各類演示軟件和演示任務(wù)背景對(duì)測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行展示。

3 原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)體系架構(gòu)分為運(yùn)維支撐層、數(shù)據(jù)知識(shí)層、應(yīng)用服務(wù)層以及應(yīng)用層，如圖2 所示。系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)知識(shí)庫(kù)，將測(cè)試相關(guān)的各類信息聚集處理并知識(shí)化。各層級(jí)間通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口實(shí)現(xiàn)交互和系統(tǒng)內(nèi)的資源相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用服務(wù)化，并進(jìn)行按需調(diào)用，形成對(duì)試驗(yàn)床環(huán)境中模擬通信系統(tǒng)的測(cè)試運(yùn)維管控基本能力。

圖2 測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)體系架構(gòu)

運(yùn)維支撐層為系統(tǒng)提供運(yùn)行環(huán)境、服務(wù)器設(shè)施、計(jì)算資源、存儲(chǔ)設(shè)施、顯控設(shè)施以及相關(guān)基礎(chǔ)支撐軟件。

數(shù)據(jù)知識(shí)層包括資源庫(kù)（包含通信裝備資源種類、數(shù)量、指標(biāo)、狀態(tài)等）、知識(shí)庫(kù)（包括裝備和測(cè)試的全過(guò)程相關(guān)知識(shí)，如故障知識(shí)、質(zhì)量知識(shí)以及其他專家知識(shí)）、模型庫(kù)（包含數(shù)據(jù)處理和能力評(píng)估相關(guān)的各類算法模型、方法）以及數(shù)據(jù)庫(kù)（包括測(cè)試過(guò)程中所產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、裝備維修數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)等各類基本數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)）。

應(yīng)用服務(wù)層主要包含測(cè)試組織管理服務(wù)、測(cè)試運(yùn)維管理服務(wù)、數(shù)據(jù)處理支撐服務(wù)以及綜合能力評(píng)估服務(wù)。測(cè)試組織管理服務(wù)用于提供對(duì)測(cè)試任務(wù)的籌劃過(guò)程、配套資源及業(yè)務(wù)流程等進(jìn)行管理，測(cè)試運(yùn)維管理服務(wù)用于提供測(cè)試任務(wù)提醒、任務(wù)執(zhí)行、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理及故障閉環(huán)等服務(wù)功能，數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)用于提供對(duì)通信模擬環(huán)境的底層數(shù)據(jù)采集、提取、分析以及呈現(xiàn)等服務(wù)功能，綜合能力評(píng)估服務(wù)用于提供對(duì)測(cè)試系統(tǒng)或裝備的實(shí)用體系貢獻(xiàn)度以及新技術(shù)體制對(duì)裝備體系支撐能力的綜合評(píng)估功能。

3.2 功能模塊劃分

按照測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)的體系架構(gòu)，可將系統(tǒng)功能劃分為測(cè)試組織管理子系統(tǒng)、測(cè)試運(yùn)維管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理支撐子系統(tǒng)以及綜合能力評(píng)估子系統(tǒng)4 個(gè)子系統(tǒng)模塊。

測(cè)試組織管理子系統(tǒng)主要包括測(cè)試事件策劃、測(cè)試事件任務(wù)管理、裝備資源管理以及測(cè)試事件流程控制等功能。測(cè)試事件策劃主要針對(duì)單次測(cè)試任務(wù)所涉及的組織單位、測(cè)試人員、任務(wù)類型、業(yè)務(wù)規(guī)劃等相關(guān)的屬性管理；測(cè)試事件任務(wù)管理用于支撐測(cè)試事件策劃者完成事件的任務(wù)制定、任務(wù)分解、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)審批以及任務(wù)發(fā)下等功能；裝備資源管理用于支撐對(duì)試驗(yàn)床環(huán)境的裝備資源進(jìn)行在線監(jiān)控與實(shí)時(shí)管理，輔助測(cè)試事件策劃者完成測(cè)試事件的裝備策劃功能；測(cè)試事件流程控制是結(jié)合測(cè)試事件任務(wù)分解的結(jié)果，進(jìn)入流程制定環(huán)節(jié)，將任務(wù)推送至對(duì)應(yīng)的測(cè)試人員，協(xié)同開(kāi)展測(cè)試任務(wù)。

測(cè)試運(yùn)維管理子系統(tǒng)主要包括任務(wù)提醒、任務(wù)執(zhí)行、進(jìn)度看板、質(zhì)量管理及告警提示等功能，采取訂閱方式實(shí)現(xiàn)消息提醒和任務(wù)領(lǐng)取回執(zhí)功能，完成測(cè)試任務(wù)分發(fā)與交互，并提供任務(wù)執(zhí)行的入口，對(duì)測(cè)試全過(guò)程中的進(jìn)度、評(píng)審、技術(shù)狀態(tài)、用戶服務(wù)等質(zhì)量相關(guān)的過(guò)程進(jìn)行管理，跟蹤監(jiān)測(cè)事件處置的全流程，實(shí)時(shí)掌握已派發(fā)任務(wù)的處置、結(jié)果、反饋狀態(tài)等信息，對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障問(wèn)題給出告警提示，同步生成故障閉環(huán)處置流程。

數(shù)據(jù)處理支撐子系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)代理的數(shù)據(jù)采集、提取、分析、呈現(xiàn)與服務(wù)功能，支持整合裝備資源、專家知識(shí)、評(píng)估模型及業(yè)務(wù)通信等類型數(shù)據(jù)的管理功能。通過(guò)在模擬通信環(huán)境中對(duì)管理設(shè)備或交換設(shè)備部署數(shù)據(jù)代理，自動(dòng)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)并生成原始記錄，結(jié)合知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)比實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)判定與審核、分析評(píng)估，測(cè)試完成之后自動(dòng)生成電子報(bào)告，具備面向服務(wù)的接口能力，提供各類數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)平臺(tái)、云服務(wù)平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等多源數(shù)據(jù)接入和多平臺(tái)數(shù)據(jù)資源整合功能，支持與其他管理系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，為用戶提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。

綜合能力評(píng)估子系統(tǒng)主要由評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、算法模型集、評(píng)估模型集以及綜合評(píng)估流程等部分組成。通過(guò)挖掘、利用裝備資源技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)和裝備組網(wǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)，結(jié)合面向測(cè)試任務(wù)的能力評(píng)估模型和算法模型，從網(wǎng)絡(luò)通聯(lián)、業(yè)務(wù)保障、網(wǎng)系安全、應(yīng)急處置及裝備保障等維度建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合評(píng)價(jià)體系應(yīng)用效能，給系統(tǒng)和裝備通信能力“畫(huà)像”。

3.3 流程設(shè)計(jì)

3.3.1 業(yè)務(wù)流程

通過(guò)審核工作流機(jī)制實(shí)現(xiàn)測(cè)試事件的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)，由測(cè)試事件策劃者建立測(cè)試申請(qǐng)，測(cè)試人員實(shí)施測(cè)試事件評(píng)估工作，再由審核人員進(jìn)行數(shù)據(jù)審查檢驗(yàn)，在生成試驗(yàn)報(bào)告之前，需要經(jīng)過(guò)參試人員、審核人員及測(cè)試事件策劃者三方參與者審核［5］，制定詳細(xì)工作流程，如圖3 所示。

圖3 測(cè)試事件業(yè)務(wù)流程圖

具體工作流如下。

（1）測(cè)試事件策劃者登錄系統(tǒng)，填寫(xiě)相關(guān)測(cè)試信息，制定測(cè)試計(jì)劃，進(jìn)行任務(wù)分解并提交，進(jìn)入審核與下發(fā)工作流。

（2）系統(tǒng)自動(dòng)推送任務(wù)信息。測(cè)試人員登錄后可查看并領(lǐng)取新的測(cè)試任務(wù)。再由系統(tǒng)回送領(lǐng)取的回執(zhí)信息，經(jīng)雙方確認(rèn)后進(jìn)行測(cè)試準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，開(kāi)展對(duì)應(yīng)的科目測(cè)試。測(cè)試業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集方式以自動(dòng)采集為主，人工錄入為輔。待測(cè)試完成后，系統(tǒng)自動(dòng)將各項(xiàng)數(shù)據(jù)匯聚并流轉(zhuǎn)至審核人員處提交數(shù)據(jù)審查，審核通過(guò)后則生成合格報(bào)告；審核不通過(guò)則生成不合格報(bào)告，且需要重新組織測(cè)試，并再次提交數(shù)據(jù)審查。

（3）審核人員在收到測(cè)試數(shù)據(jù)審核申請(qǐng)后，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并將審核結(jié)果反饋至測(cè)試人員，若通過(guò)，則生成試驗(yàn)報(bào)告；不通過(guò)，則重新進(jìn)行試驗(yàn)。

（4）數(shù)據(jù)審核通過(guò)并生成報(bào)告后，由測(cè)試人員將報(bào)告發(fā)送至審核人員對(duì)報(bào)告進(jìn)行全面審核，簽字蓋章之后將報(bào)告發(fā)送至測(cè)試事件策劃者。

3.3.2 評(píng)估流程

評(píng)估以常態(tài)化收集的裝備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合動(dòng)態(tài)化的測(cè)試事件數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析算法模型和能力評(píng)估指標(biāo)模型，構(gòu)建綜合能力評(píng)估流程［6］。詳細(xì)評(píng)估流程如圖4 所示。

圖4 綜合能力評(píng)估流程圖

具體評(píng)估流程描述如下。

（1）根據(jù)裝備能力指標(biāo)和系統(tǒng)實(shí)用效能，構(gòu)建綜合能力評(píng)估多維度頂層指標(biāo)評(píng)估模型，并分別針對(duì)每個(gè)維度，通過(guò)自頂向下的方式逐級(jí)進(jìn)行指標(biāo)分解與細(xì)化，形成評(píng)估指標(biāo)體系架構(gòu)，并生成對(duì)應(yīng)的能力評(píng)估指標(biāo)模型。

（2）依據(jù)系統(tǒng)能力評(píng)估體系模型，設(shè)計(jì)形成通用數(shù)據(jù)分析算法模型。在當(dāng)前算法模型不滿足評(píng)估要求時(shí)，提供對(duì)已有算法的改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)的算法模型，以支持多元化裝備評(píng)估需求。

（3）在完成指標(biāo)體系構(gòu)建、評(píng)估模型和算法模型設(shè)計(jì)之后，通過(guò)獲取實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)，并選取需要的評(píng)估維度，由系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)功能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)量化評(píng)估工作。

（4）評(píng)估形成的結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)化的方式提供給用戶訪問(wèn)，并支持采用不同可視化手段進(jìn)行呈現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展引起了機(jī)動(dòng)通信裝備研制方式的重大變革，使其向著虛擬化、模擬化方向發(fā)展，并借助試驗(yàn)床實(shí)物環(huán)境和半實(shí)物仿真手段來(lái)推動(dòng)裝備信息化建設(shè)。

為了充分利用機(jī)動(dòng)通信裝備試驗(yàn)床環(huán)境，本文提出的基于機(jī)動(dòng)通信裝備試驗(yàn)床環(huán)境的測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)的初步的機(jī)動(dòng)通信裝備試驗(yàn)床環(huán)境和測(cè)試運(yùn)維原型系統(tǒng)框架及功能模塊，以及制定的測(cè)試業(yè)務(wù)和綜合評(píng)估流程，為測(cè)試運(yùn)維系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)，具備工程實(shí)施可行性，后續(xù)將進(jìn)一步開(kāi)展原型系統(tǒng)軟件的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。