基于云计算的武器装备体系能力试验测试研究

戴庆龙，尉志青，李建武

(1.中国电子科技集团公司电子科学研究院 综合电子信息系统研究所，北京 100041； 2.北京邮电大学 信息与通信工程学院，北京 100876； 3.中国电子信息产业发展研究院 网络空间研究所，北京 100846)

0 引言

武器装备试验，是面向武器装备体系作战应用的试验测试过程，是武器装备的质量卫士，对提高作战效能有着重要作用。随着新军事思想和作战理念的不断涌现，一体化的联合作战将会成为未来主要战争形态[1-2]。

在一体化的联合作战中，信息系统结构形态、建设模式都发生了显著变化，作战模式也在由“平台中心”向“网络中心”转型。联合作战，必须通过联合试验来检验。在这种条件下，以检验作战能力为导向的武器装备试验测试也发生了相应的变化。

以往的以客户机/服务器、浏览器/服务器测试模式为代表的面向武器装备的试验测试方法，已经难以适应以网络为中心，以联合作战为特征的装备试验、训练、研发、评估一体化需要。现代武器装备体系的发展对试验测试技术提出了更高的要求。因此，十分有必要建立跨地域空间、跨军兵种力量、跨武器装备、以信息网络为中心、以联合试验为特征的新型试验测试。

综合试验测试的发展趋势和面临的问题，考虑将云计算引入试验测试当中。云计算能够将各类实体物理资源进行虚拟化，以共享资源池的方式进行统一管理，按需地为用户分配资源，用于承载服务。云计算能够通过网络以按需、易扩展的方式，为用户提供高扩展性、动态灵活、定制化的服务[3-4]。

在本文中，针对联合试验，将云计算技术引入试验测试领域，改变传统的基于单一装备的测试模式，从而建立起面向联合试验，基于云计算的武器装备体系能力试验模型，并详细论述了在基于云计算的武器装备体系能力试验模型中，测试是如何实现的。

1 相关工作

武器装备体系试验测试，从传统的“烟囱式”独立试验测试，向“一体化”联合试验测试进行转变。出于武器装备体系发展的需要，以往的试验测试是针对特定军兵种、武器和试验测试环境的。这样，武器装备之间是彼此独立、毫无关联的，建立的试验测试环境也是物理隔离的，局限于不同的物理场地，无法实现网络化广域分布的测试。张传友等人认为，新的军事思想和作战理念不断出现和涌现，特别是海、陆、空、天一体化联合作战思想的形成，要求试验测试要向以网络为中心、以多军兵种、武器装备联合作战为特征的联合试验测试进行转变，形成武器装备体系试验测试。

被测武器装备之间的关系和测试环境，由相对稳定向动态变化进行转变。以往试验测试中，武器装备和测试环境都是特定的，它们之间的关系也是相对稳定的。而在联合试验测试当中，不但武器装备数量和试验范围是巨大的，而且相关配比以及战场环境都是瞬息万变的。同时，新的作战态势要求对高精确度的地理信息、高逼真度的战场环境信息、实时近程与远程战场态势信息等多种战场资源，进行动态实时跟踪和更新。

现有试验测试是任务跟随的，各类武器装备系统相互独立，“形散神也散”，缺少统筹全部试验资源的平台。王小伟等人指出，现有试验测试，是针对特定场景下的特定军兵种/装备测试，只求完成特定的任务，缺啥补啥，所涉及的测试资源有限。虽然也存在试验资源的协调调配，但仅仅局限于试验要素层面，必须严格按照预先协商制定并层层报批的协调方案/协同计划，实施要严格按照规定的时间、空间和程序顺序组织实施。达成试验目的主要依靠相关各方试验活动效果的叠加，远未达到高度协调一致的顺畅程度，试验协同性比较差。现有试验测试中，信息只能向上/下级纵向传输。同时，李鸣等人认为，现有测试中位于不同地理位置、属于不同测试体制的多个测试要素、测试单元和测试系统之间的相互联系、相互作用程度较弱。要解决这一问题，实现网络化的广域分布的测试，“形散而神聚”地统筹协调全部试验资源，提高总体作战能力，需要一个统筹各种试验资源、试验方法的平台，系统化、规范化地对联合试验进行测试。

吴健田等人还指出，现有试验测试中，试验测试与武器装备之间是强耦合的，灵活性差，效率低，容易造成资源的浪费。以往的测试需要搭建和拆除测试环境，根据测试需求，准备相应的软硬件设备，耗费人力、物力和时间。以往的试验测试，依次进行单元测试、系统测试、集成测试和回归测试。李姗等人认为，前三项依次检验单元作战能力、系统作战能力和体系作战能力，从单元测试到功能测试，再到系统测试，是一个逐渐复杂、不断深化的过程。在前三项测试中，倘若发现问题，都要进行调整，然后重新进行试验测试，以确保进行的调整没有引入新的问题，这个重新验证的过程，被称为回归测试，它涉及到已有的全部测试和新增的测试[10-11]。钟华等人认为，一旦以往测试中的需求有变动，需要重新搭建测试环境，准备相应的设备，测试重配置不方便。在测试结束后，测试环境和设备就被闲置，造成资源的浪费。

2 体系能力试验测试架构

2.1 架构组成

基于云计算的武器装备体系能力试验测试架构如图1所示。可以看出，与典型的云计算体系类似，基于云计算的武器装备体系能力试验测试也包括基础设施层、平台层和应用层这三层，但是在具体细节上，又有所不同。

图1 基于云计算的武器装备体系能力试验测试架构

基础设施层，由处于不同地域的海、陆、空、天多种武器装备、服务器、测试工具以及它们之间的网络共同组成。武器装备，由作战平台、传感器和武器系统组成。服务器，既可以分布式地位于不同地点，也可以集中式地位于一处，作为数据中心。武器装备与服务器之间，通过网络连接为一个整体。利用虚拟化技术，相互隔离的不同物理资源，包括计算资源、网络资源和存储资源，被抽象为统一的虚拟资源，作为资源池，方便实现整个体系中计算资源的动态管控。基础设施为基于云计算的武器装备体系能力试验运行提供硬件平台，是系统运行并对外提供服务的基础。具体设备包括机架服务器、刀片服务器等计算设备，磁盘、硬盘、磁带等存储设备以及交换机、核心路由器等网络设备。基础设施层中，所有硬件设备须具有统一的设备接入标准接口。

平台层，基于资源池，利用划分出的一部分虚拟资源，组成可以支撑武器装备试验测试的试验环境、联试环境和存储环境，作为试验平台环境，为上层的测试应用提供支撑服务。向下，平台层屏蔽了底层基础设施层的差异性，使用户不必关心装备的细节，是否处于同一处。向上，通过虚拟资源的分配调度，平台层为上层的服务提供支撑。实际上，平台层起到了中间件的作用。

应用层，是基于云计算的武器装备体系能力试验的接口，为用户提供远程访问、协同交互的服务，具体包括功能试验、性能试验等多种试验测试应用。对用户来说，只需要关注按需租用或者订购相应的软件资源，而不需要管理或控制任何底层基础设施，如网络、服务器、操作系统、存储等。

在基于云计算的武器装备体系能力试验测试当中，三个层次是不可分割、紧密联系的。以一个试验测试应用为例，这个测试应用的实现，是基于平台层提供的试验环境。而实验环境来自于基础设施层中的资源池，抽象自物理基础设施。另外，在这个测试应用的运行过程中，测试数据的采集、处理和存储，都需要落地到物理基础设施之上，才能实现。这样，在基于云计算的武器装备体系能力试验模型当中，试验测试实际上已经变成了一种应用，也就是试验测试即服务。

2.2 架构优势

云计算技术的引入，对武器装备体系能力试验的影响主要体现在以下几个方面：

① 测试环境的改变。基于云计算的武器装备体系能力试验，与以往测试的最大区别在于提供资源虚拟化、部署分布化、灵活且定制化的测试服务，可以为复杂的联合试验测试动态匹配所需的测试资源和测试环境。

② 测试重心的转移。基于云计算的武器装备体系能力试验，强调面向整个测试流程，并确保流程的各个部分正常交互。基于云计算的武器装备体系能力试验的服务对象，主要是联合试验环境下的应用测试，大部分逻辑都用于处理各个武器装备之间的网络化交互，而不是内部组成。以往的试验测试流程，仍然是按照特定军兵种、作战目的来垂直化的组织试验测试。试验测试重心的转移是基于云计算的武器装备体系能力试验对试验测试影响的核心所在。

③ 试验测试范围的扩展。联合试验中，用户对测试应用的可靠性和可用性要求较高，使得基于云计算的武器装备体系能力试验的测试范围，由验证和确认装备作战功能对用户需求的满足，扩展到对装备非作战功能的质量保证，如装备之间的信息交互能力。

④ 试验测试模式的演化。基于云计算的武器装备体系能力试验中，测试基础设施由测试服务提供商(通常负责运营、维护整个测试体系)通过云计算提供支持，提供商拥有专业测试人员，包括领域专家或众包服务，用户根据测试项目规模、测试目标和测试时间等方式按需购买。

3 体系能力试验测试的实现

3.1 试验阶段

在基于云计算的武器装备体系能力试验中，一个试验测试的实现，先后经过启动阶段、计划阶段、实施阶段和验收阶段，共四个阶段，如图2所示。

第一阶段为启动阶段。测试服务提供商，在充分理解云计算环境下的武器装备测试方法与技术的基础上，分析联合试验测试用户提出的测试需求，并更新和制定与之配套的测试策略，评估测试可能存在的风险。在确定测试资源信息之后，双方正式签署合作协议，进入测试项目的计划阶段。

第二阶段为计划阶段。测试服务提供商，根据测试项目的规模和要求，安排合适的测试人员与测试周期，在深入分析联合试验测试用户测试需求的基础上，评估并设计适用于基于云计算的武器装备体系能力试验的需求列表，并同联合试验测试用户进行需求确认，初步制定测试项目计划并反馈给联合试验测试用户。双方可能需要经过多轮的协调商讨，对测试项目计划进行逐步的调整与更新，最终输出测试项目计划书。

第三阶段为实施阶段。测试服务提供商，根据项目计划书配置测试云环境，执行预定的各项测试任务，对出现的缺陷进行跟踪并反馈给联合试验测试用户，联合试验测试用户根据测试结果可以随时修正自身问题，并可以即插即用地随时加入到原有测试中，直到达到测试目标度量要求。在此过程中，联合试验测试用户可以监控测试计划的执行情况，及时接收测试服务提供商的测试结果，并修复自身问题，同时还可以监控双方共同维护的，供合作双方交换测试关键信息的共享库，以确保敏感数据得到妥善的使用与管理。

第四阶段为验收阶段。在联合试验测试完成后，测试服务提供商提供最终的测试项目完成报告，联合试验测试用户对测试报告做最后的验收工作。

值得一提的是，在测试的实施过程中，由于云计算的存在，如果发现问题，可以直接进行问题修改，而不影响其他测试科目的进行。另外，在测试的执行过程当中，最重要的是测试实施阶段。实际的测试实施当中，涉及虚拟化和海量数据处理的应用。

图2 试验测试实现的阶段

3.2 试验流程

在基于云计算的武器装备体系能力试验中，一个体系能力试验案例的实现，涉及多个角色之间的交互，试验流程如图3所示。

图3 试验流程

① 测试请求

测试请求，由用户发出，是基于云计算的武器装备体系能力试验的输入。

② 应用请求

测试应用，是用户与基于云计算的武器装备体系能力试验进行交互的中介，要运行在一定的测试平台之上。

③ 资源请求

测试平台为测试应用提供特定的运行环境或开发环境。测试平台会占用一部分的资源，这些资源，由测试平台发出资源请求，由云管理层接受资源请求。

④ 资源分配

云管理层接受资源请求之后，会按照一定的虚拟资源分配原则从虚拟资源池中，划分出合适的资源。

⑤ 资源抽象

分布在不同地点的物理测试资源，通过虚拟化技术，被抽象成虚拟资源，作为资源池，由云管理层统一分配调度。

⑥ 资源映射

虚拟资源，要承载应用，真正实现一定的功能，如处理数据、存储数据，最终还是要落地在物理资源之上，这个过程称为资源映射。

⑦ 组装

由云管理层，划分出来的虚拟资源，用于组装成平台，为测试应用提供平台支撑或运行环境。

⑧ 测试结果

把基于云计算的武器装备体系能力试验得到的测试结果，以文本、数据或图表的形式，呈现给用户，是基于云计算的武器装备体系能力试验的输出。

⑨ 数据存储

测试应用处理的初始数据、中间数据和最终数据，都需要存储在物理实体上，如分布式存储服务器。

⑩ 数据支撑

物理资源为具体的测试应用提供数据支撑。

值得一提的是，在测试的实现流程当中，①、⑨是基于云计算的武器装备体系能力试验的输入输出，③～⑦涉及基于云计算的武器装备体系能力试验中的虚拟化，⑧～⑩涉及基于云计算的武器装备体系能力试验中的海量测试数据数据处理。

4 体系能力试验测试的试验结果

为了验证基于云计算的武器装备体系能力试验测试的有效性和可行性，在实验环境下搭建了原型验证平台。试验环境如图4所示，分为前台和后台两部分，前台主要是工作站，负责承载云计算中划分出的云主机，用来为用户或者基于云计算的武器装备体系管理者提供访问借口，后台主要是武器装备体系能力测试的实体，既包括服务器、网络设备，也包括测试工具。试验中各类设备的参数情况如表1所示。

图4 试验环境

试验的目的，是为了评估体系传输视频业务的能力。装备体系的资源管理者，利用云计算，为测试视频传输业务能力划分了如图5所示的测试平台。在该测试平台中，一台云主机作为视频业务的服务器，被映射到工作站A上，另一台云主机，作为视频业务的客户端，同时还集成了测试工具，能够采集视频业务的相关参数，该云主机可以被映射到主机B或者C上。视频业务中传输的视频如图6所示，是700 M大小的1080P高清视频，循环播放。

表1 设备参数情况

设备品牌型号参数用途服务器浪潮InspurXeonNF8560M2内存：IntelDDR38GB∗32硬盘：300GB∗10CPU主频：1．86GHz浪潮InspurXeonNF5280M3内存：IntelDDR38GB∗24硬盘：300GB∗24CPU主频：2GHz提供数据存储和计算能力交换机某型号背板带宽：32Gbps包转发速率：1488000pps端口数：16网线RJ45双绞线数据传输速率：1000Mbps设备互联机架ToTen大小：2m∗0．6m∗1m设备放置工作站惠普HPXW4600内存：IntelDDR34GB硬盘：500GBCPU主频：2．67GHz视频服务器或客户端

图5 视频业务测试平台

图6 视频业务中传输的视频

测试结果如图7所示，可以看出随着时间的增长，视频客户端通过测试工具单位时间内捕获到的视频业务数据包数量在500个上下浮动，这也与视频是循环播放的相符合。

图7 视频业务中传输的视频

5 结束语

为了顺应武器装备体系能力试验的发展趋势，解决现有试验测试相对落后的问题，建立了基于云计算的武器装备体系能力试验测试研究，提出了测试架构组成、作用和优势，划分了体系能力试验的具体阶段，并详细阐述了体系能力试验测试的试验流程，通过视频业务测试案例验证了提出的武器装备体系能力试验测试是合理和可行的。

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