基于機動通信試驗床環境的測試運維系統設計

張 猛，田 煥，雷飛鵬，戶江民

（重慶金美通信有限責任公司，重慶 400030）

0 引言

試驗床種類繁多，但其根本目的是承載實驗，實現未來網絡體系架構、新型應用的驗證與部署，具有大規模與異構性、支持實驗的整個生命周期等特點。在機動通信裝備研制領域，試驗床環境可為網絡架構、協議及算法的演進式驗證和部署提供有效途徑［1］。

本文重點分析機動通信試驗床環境。所謂機動通信試驗床環境，是通過對機動通信系統組網過程中的一些主要裝備如通信單元、指控單元、探測系統等的模擬，將現實世界中復雜的集成信息通信平臺在試驗室里逼真地展示出來，即建立一個具備機動通信組網能力的機動通信系統綜合仿真環境。該環境具有時空一致的特點，可為機動通信裝備的研制、建設、管理及使用提供一個試驗開發平臺。

測試運維系統是基于該試驗床環境的測試開發與驗證平臺的配套系統軟件，通過對試驗床環境下的測試平臺、測試場地、測試事務、測試任務、測試數據及測試人員等信息和流程實施全生命周期的管理，全面呈現測試態勢，驗證裝備技術體制，檢驗設備功能性能指標，為裝備改進提升和數字化實戰運用提供支撐。

1 需求分析

測試運維系統主要是滿足測試人員在模擬通信網絡環境下對測試全過程管理的基本需要，滿足管理員對試驗床環境設備進行管理和維護的數據需求，可以對測試事件按照項目管理方式實施精細化管理，實現測試過程從計劃制定到事件結束的全周期壽命狀態清晰可控，支持對現場裝備和儀器設備的實時監控與跟蹤；具備不同的系統管理權限，支持試驗發起者制定不同類型的測試項目計劃，并通過流程控制、消息提醒及閱讀回執功能實現計劃的下發通告與任務領取回執功能；支持對模擬通信網絡數據的自動采集和生成原始記錄，并借助知識庫實現對數據的自動判定與審核、分析評估，測試完成之后自動生成電子報告；在測試過程中實時通報所感知的故障和告警信息，對測試日志、任務分派及事件問題進行管理與跟蹤，支持智能加載事件處置狀態，對事件處置進行督辦；具有全面的評估準則和科學的評價體系，對事件結果進行智能化考評，對系統和裝備實用效能進行綜合評估，并結合知識庫給出合理的改進建議。

系統功能依據不同用戶權限對系統的差異化使用需求進行模塊劃分和設計，滿足各類角色用戶登錄和平臺操作，對試驗床的日常和裝備信息實現管理與更新，以及對試驗床環境信息進行實時共享等需求。系統設計應具備開放性和拓展性，支持橫向朝著分級分布式部署的方向擴展需求，縱向滿足后期系統新增功能擴展需求。同時，系統需提供便捷的數據訪問接口，方便與其他運維管理系統之間進行數據共享。系統需滿足可靠性和安全性設計，確保數據存儲安全，防止非法用戶訪問；系統設計還需滿足便捷性和可操作性設計，確保不同知識背景的人員都能操作系統［2］。

2 機動通信試驗床設計

機動通信試驗床分為通信模擬環境、測試驗證環境、演示基礎環境以及系統仿真環境4 個部分［3-4］，組成結構如圖1 所示。

圖1 機動通信試驗床環境組成

通信模擬環境包含現役通信系統模擬環境、在研通信系統模擬環境以及國防通信資源模擬環境?，F役通信系統模擬環境是試驗床的核心組成部分，通過將路由交換、有線/無線傳輸、節點/網絡管理等設備按照裝載平臺類型和編配數量來模擬構建任務部隊機動通信節點。節點間采用多種鏈路方式實現組網互聯，構建一定規模的機動通信網絡。在研通信系統模擬環境由部分在研的新體制通信裝備組成，通過有線、無線等方式實現與現役通信系統模擬環境的異構互聯，滿足話音、數據業務的互通。國防通信資源模擬環境包含各類商用路由器和程控交換機，用于模擬通信網、電話網等固定網絡，通過有線設備互聯，實現與現役通信系統模擬環境的機固互聯，模擬固網接入后的話音、數據業務互通。

測試驗證環境包含測試軟件系統和測試運維系統。測試軟件系統包含專用測試儀器和通用計算機/服務器等。專用測試儀器對裝備性能指標進行測試，通過在通用計算機/服務器上部署相關軟件，并接入模擬通信網絡，實現網絡級功能、性能測試。測試運維系統通過與通信模擬環境、系統仿真環境交互，開展測試籌劃和測試過程管控，監視運行狀況，采集各類測試數據，呈現測試態勢、設備工況態勢、網絡態勢以及業務態勢等信息，并基于測試數據，構建相應的指標評估體系和評估模型，支撐開展測試分析評估。

系統仿真環境包含通用計算機和運行在其上的仿真軟件，通過系統建模實現網絡能力定量仿真評估，基于關鍵協議組網仿真結果對實裝設備的大規模組網運行效果進行預測。

演示基礎環境包含測試運維基礎設施和演示呈現基礎設施。測試運維基礎設施包含服務器和網絡基礎設施等，為測試運維系統提供硬件平臺；演示呈現基礎設施將業務顯控系統接入通信網絡系統中，結合各類演示軟件和演示任務背景對測試內容進行展示。

3 原型系統設計

3.1 系統架構設計

測試運維系統體系架構分為運維支撐層、數據知識層、應用服務層以及應用層，如圖2 所示。系統基于數據知識庫，將測試相關的各類信息聚集處理并知識化。各層級間通過數據訪問接口實現交互和系統內的資源相互協作，實現功能應用服務化，并進行按需調用，形成對試驗床環境中模擬通信系統的測試運維管控基本能力。

圖2 測試運維系統體系架構

運維支撐層為系統提供運行環境、服務器設施、計算資源、存儲設施、顯控設施以及相關基礎支撐軟件。

數據知識層包括資源庫（包含通信裝備資源種類、數量、指標、狀態等）、知識庫（包括裝備和測試的全過程相關知識，如故障知識、質量知識以及其他專家知識）、模型庫（包含數據處理和能力評估相關的各類算法模型、方法）以及數據庫（包括測試過程中所產生的業務數據、裝備維修數據、系統管理數據等各類基本數據和綜合數據）。

應用服務層主要包含測試組織管理服務、測試運維管理服務、數據處理支撐服務以及綜合能力評估服務。測試組織管理服務用于提供對測試任務的籌劃過程、配套資源及業務流程等進行管理，測試運維管理服務用于提供測試任務提醒、任務執行、進度管理、質量管理及故障閉環等服務功能，數據采集與處理服務用于提供對通信模擬環境的底層數據采集、提取、分析以及呈現等服務功能，綜合能力評估服務用于提供對測試系統或裝備的實用體系貢獻度以及新技術體制對裝備體系支撐能力的綜合評估功能。

3.2 功能模塊劃分

按照測試運維系統的體系架構，可將系統功能劃分為測試組織管理子系統、測試運維管理子系統、數據處理支撐子系統以及綜合能力評估子系統4 個子系統模塊。

測試組織管理子系統主要包括測試事件策劃、測試事件任務管理、裝備資源管理以及測試事件流程控制等功能。測試事件策劃主要針對單次測試任務所涉及的組織單位、測試人員、任務類型、業務規劃等相關的屬性管理；測試事件任務管理用于支撐測試事件策劃者完成事件的任務制定、任務分解、任務調度、任務審批以及任務發下等功能；裝備資源管理用于支撐對試驗床環境的裝備資源進行在線監控與實時管理，輔助測試事件策劃者完成測試事件的裝備策劃功能；測試事件流程控制是結合測試事件任務分解的結果，進入流程制定環節，將任務推送至對應的測試人員，協同開展測試任務。

測試運維管理子系統主要包括任務提醒、任務執行、進度看板、質量管理及告警提示等功能，采取訂閱方式實現消息提醒和任務領取回執功能，完成測試任務分發與交互，并提供任務執行的入口，對測試全過程中的進度、評審、技術狀態、用戶服務等質量相關的過程進行管理，跟蹤監測事件處置的全流程，實時掌握已派發任務的處置、結果、反饋狀態等信息，對發現的故障問題給出告警提示，同步生成故障閉環處置流程。

數據處理支撐子系統主要包括數據代理的數據采集、提取、分析、呈現與服務功能，支持整合裝備資源、專家知識、評估模型及業務通信等類型數據的管理功能。通過在模擬通信環境中對管理設備或交換設備部署數據代理，自動采集系統數據并生成原始記錄，結合知識庫數據對比實現對測試數據的自動判定與審核、分析評估，測試完成之后自動生成電子報告，具備面向服務的接口能力，提供各類數據庫、數據平臺、云服務平臺、物聯網平臺等多源數據接入和多平臺數據資源整合功能，支持與其他管理系統之間進行數據共享，為用戶提供數據訪問服務。

綜合能力評估子系統主要由評價指標體系、算法模型集、評估模型集以及綜合評估流程等部分組成。通過挖掘、利用裝備資源技術狀態數據和裝備組網應用數據，結合面向測試任務的能力評估模型和算法模型，從網絡通聯、業務保障、網系安全、應急處置及裝備保障等維度建立評價指標體系，綜合評價體系應用效能，給系統和裝備通信能力“畫像”。

3.3 流程設計

3.3.1 業務流程

通過審核工作流機制實現測試事件的業務流轉，由測試事件策劃者建立測試申請，測試人員實施測試事件評估工作，再由審核人員進行數據審查檢驗，在生成試驗報告之前，需要經過參試人員、審核人員及測試事件策劃者三方參與者審核［5］，制定詳細工作流程，如圖3 所示。

圖3 測試事件業務流程圖

具體工作流如下。

（1）測試事件策劃者登錄系統，填寫相關測試信息，制定測試計劃，進行任務分解并提交，進入審核與下發工作流。

（2）系統自動推送任務信息。測試人員登錄后可查看并領取新的測試任務。再由系統回送領取的回執信息，經雙方確認后進行測試準備環節，開展對應的科目測試。測試業務數據采集方式以自動采集為主，人工錄入為輔。待測試完成后，系統自動將各項數據匯聚并流轉至審核人員處提交數據審查，審核通過后則生成合格報告；審核不通過則生成不合格報告，且需要重新組織測試，并再次提交數據審查。

（3）審核人員在收到測試數據審核申請后，對測試數據進行審核，并將審核結果反饋至測試人員，若通過，則生成試驗報告；不通過，則重新進行試驗。

（4）數據審核通過并生成報告后，由測試人員將報告發送至審核人員對報告進行全面審核，簽字蓋章之后將報告發送至測試事件策劃者。

3.3.2 評估流程

評估以常態化收集的裝備基礎數據為基礎，結合動態化的測試事件數據，建立相應的數據分析算法模型和能力評估指標模型，構建綜合能力評估流程［6］。詳細評估流程如圖4 所示。

圖4 綜合能力評估流程圖

具體評估流程描述如下。

（1）根據裝備能力指標和系統實用效能，構建綜合能力評估多維度頂層指標評估模型，并分別針對每個維度，通過自頂向下的方式逐級進行指標分解與細化，形成評估指標體系架構，并生成對應的能力評估指標模型。

（2）依據系統能力評估體系模型，設計形成通用數據分析算法模型。在當前算法模型不滿足評估要求時，提供對已有算法的改進或重新設計的算法模型，以支持多元化裝備評估需求。

（3）在完成指標體系構建、評估模型和算法模型設計之后，通過獲取實時或歷史數據，并選取需要的評估維度，由系統數據服務功能自動完成數據量化評估工作。

（4）評估形成的結果通過數據服務化的方式提供給用戶訪問，并支持采用不同可視化手段進行呈現。

4 結語

現代通信技術的發展引起了機動通信裝備研制方式的重大變革，使其向著虛擬化、模擬化方向發展，并借助試驗床實物環境和半實物仿真手段來推動裝備信息化建設。

為了充分利用機動通信裝備試驗床環境，本文提出的基于機動通信裝備試驗床環境的測試運維系統設計思路，設計的初步的機動通信裝備試驗床環境和測試運維原型系統框架及功能模塊，以及制定的測試業務和綜合評估流程，為測試運維系統的實現奠定了良好的基礎，具備工程實施可行性，后續將進一步開展原型系統軟件的功能設計與實現。