網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)是將測(cè)試系統(tǒng)中地域分散的基本功能單元(計(jì)算機(jī)、測(cè)試儀器、測(cè)試模塊或智能傳感器)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)分布式的測(cè)試系統(tǒng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是易于遠(yuǎn)距離診斷和智能維護(hù)保障，提高測(cè)試效率。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)/系統(tǒng)主要面向裝備的實(shí)際維修作業(yè)。

    為了加快新裝備保障能力的形成，需要對(duì)大量的裝備保障人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)技能培養(yǎng)。除了利用實(shí)裝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)之外，也可以開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程教學(xué)訓(xùn)練。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)在應(yīng)用到保障人員維修技能培養(yǎng)方面時(shí)，則暴露了一些問(wèn)題。

    (1)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，往往在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)基于各種總線(xiàn)設(shè)備和專(zhuān)用測(cè)試儀器對(duì)是實(shí)際裝備展開(kāi)測(cè)試，兩者都造價(jià)昂貴，并受到場(chǎng)地的限制，不能大規(guī)模部署、應(yīng)用。

    (2)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，針對(duì)實(shí)際裝備展開(kāi)測(cè)試，裝備故障不能按需設(shè)置，難以滿(mǎn)足教學(xué)需求。

    本文基于云計(jì)算理念，研究構(gòu)建虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)用于裝備的實(shí)際維修技能教學(xué)培訓(xùn)中。

    虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)是將基于建模與仿真技術(shù)研制的各類(lèi)測(cè)試儀器和被測(cè)裝備的仿真模型資源集中部署于某測(cè)試中心，并進(jìn)行管理。教學(xué)施訓(xùn)時(shí)，可按需調(diào)度這些資源，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集成到某虛擬場(chǎng)景下。受訓(xùn)人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)人虛擬場(chǎng)景，利用場(chǎng)景內(nèi)提供的虛擬式測(cè)試儀器對(duì)虛擬的裝備進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)、裝備現(xiàn)象的分析，進(jìn)行故障排查，最終定位故障并實(shí)施虛擬維修。訓(xùn)練過(guò)程及關(guān)鍵數(shù)據(jù)由虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄，如圖1所示。

    虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)為：成本費(fèi)用低，可大規(guī)模部署；訓(xùn)練內(nèi)容可控，裝備故障任意設(shè)置；實(shí)現(xiàn)“有網(wǎng)就能訓(xùn)的”普適化維修技能教學(xué)培訓(xùn)。

圖1 虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)

    1.虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用模式

    虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)可以?xún)煞N模式向用戶(hù)發(fā)布，分別為SaaS ( Software、Service，軟件即服務(wù))模式和IaaS ( Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))模式。

    SaaS模式：用戶(hù)通過(guò)瀏覽器直接訪(fǎng)問(wèn)虛擬裝備測(cè)試系統(tǒng)的功能界面。與WebQQ， Google在線(xiàn)Doc類(lèi)似。

    IaaS模式：用戶(hù)通過(guò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)部署了虛擬裝備測(cè)試系統(tǒng)的服務(wù)器桌面，并操作該虛擬裝備測(cè)試系統(tǒng)。與Amazon的EC2類(lèi)似。

    兩種系統(tǒng)模式的區(qū)別包括：(1)服務(wù)發(fā)布不同，SaaS是將虛擬測(cè)試系統(tǒng)作為服務(wù)進(jìn)行發(fā)布；后者是將部署虛擬測(cè)試系統(tǒng)的服務(wù)器桌面發(fā)布；(2}資源運(yùn)行位置不同，SaaS模式下，大多數(shù)虛擬測(cè)試資源加載到客戶(hù)端本地；而IaaS模式下，服務(wù)資源主要運(yùn)行在服務(wù)器上。

    上述兩點(diǎn)不同，決定了各自的資源構(gòu)建、發(fā)布、管理機(jī)制存在很大差別，本文重點(diǎn)介紹SaaS模式。與傳統(tǒng)單機(jī)集中式測(cè)試系統(tǒng)不同，SaaS模式的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的各類(lèi)模型是一種完全分布式的結(jié)構(gòu)，部署在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同位置，如圖2所示：測(cè)試系統(tǒng)的界面程序采用AJAX技術(shù)開(kāi)發(fā)為Web2. 0形式，部署在Web服務(wù)器(圖2中①)；機(jī)理模型和評(píng)估模型部署在應(yīng)用服務(wù)器(圖2中③)，運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)下載到訓(xùn)練終端計(jì)算機(jī)內(nèi)存并運(yùn)行；裝備外觀模型部署在視景模型庫(kù)服務(wù)器中(圖2中④)；人機(jī)交互設(shè)備和模型則駐留在訓(xùn)練終端。在運(yùn)行時(shí)這些模型跨網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，彼此協(xié)同完成訓(xùn)練。

圖2 SaaS模式虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)

    2.虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

    基于云計(jì)算理念構(gòu)建虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，主要工作是建立測(cè)試中心，具體包括研制網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試相關(guān)資源，部署到資源池中，并以服務(wù)形式發(fā)布等。測(cè)試中心基本架構(gòu)如圖3所示，為六層體系結(jié)構(gòu)。

    物理架構(gòu)層指硬件設(shè)施，由服務(wù)器、工作站等組成一定規(guī)模的集群，為測(cè)試資源提供充分的計(jì)算和存儲(chǔ)能力。

    設(shè)施管理層對(duì)物理架構(gòu)提供的計(jì)算能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)切割和分配，并將分配的資源進(jìn)行有效管理。

    虛擬架構(gòu)層指一系列作為測(cè)試資源載體的虛擬服務(wù)器。

    訓(xùn)練支撐層部署網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試支撐環(huán)境，提供測(cè)試資源共享與訪(fǎng)問(wèn)基礎(chǔ)服務(wù)。

    資源服務(wù)層提供用于構(gòu)建IaaS,SaaS兩類(lèi)測(cè)試系統(tǒng)的資源。

    門(mén)戶(hù)應(yīng)用層部署向終端用戶(hù)開(kāi)放的具體裝備訓(xùn)練內(nèi)容，并提供測(cè)試系統(tǒng)的訪(fǎng)問(wèn)人口。

    其中，物理架構(gòu)層、虛擬架構(gòu)層和設(shè)施管理層

圖3 虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試中心基本架構(gòu)

    共同構(gòu)成了基礎(chǔ)設(shè)施，動(dòng)態(tài)地以虛擬機(jī)(Virtual Machine，VM)的形式為各類(lèi)訓(xùn)練資源提供計(jì)算和存儲(chǔ)能力。而網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試支撐環(huán)境是測(cè)試中心的關(guān)鍵組成。

    3.網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試支撐環(huán)境

    網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試支撐環(huán)境為“三橫一豎”結(jié)構(gòu)：應(yīng)用中間件層、服務(wù)中間件層、服務(wù)管理層和基本工具集，如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試支持環(huán)境

    3.1 應(yīng)用中間件層

    應(yīng)用中間件層主要是針對(duì)裝備網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用應(yīng)用中間件模塊，提供運(yùn)行支撐、運(yùn)行管理等功能：

    分布交互服務(wù)。針對(duì)各相關(guān)節(jié)點(diǎn)的分布交互問(wèn)題提供基于高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture，HLA)的服務(wù)解決方案。虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行在廣域網(wǎng)上，所以運(yùn)行支撐服務(wù)必須支持跨廣域網(wǎng)的分布互聯(lián)。

    聯(lián)邦運(yùn)行管理與監(jiān)控。針對(duì)基于HLA/RTI構(gòu)建的網(wǎng)上測(cè)試訓(xùn)練系統(tǒng)提供管理與監(jiān)控服務(wù)，包括指定RTI服務(wù)器上運(yùn)行的聯(lián)邦數(shù)目、每個(gè)聯(lián)邦內(nèi)成員的數(shù)目、時(shí)間管理模式等信息。

    3.2 服務(wù)中間件層

    服務(wù)中間件層提供SaaS/IaaS兩類(lèi)資源的服務(wù)化支持和訪(fǎng)問(wèn)接口。關(guān)于服務(wù)化支持，IaaS按照用戶(hù)需求定制基礎(chǔ)環(huán)境，使用戶(hù)可遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)；SaaS則由網(wǎng)絡(luò)化訓(xùn)練軟件架構(gòu)決定，涉及模型服務(wù)器、視景服務(wù)器、Web服務(wù)器等軟件配屬。關(guān)于服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)接口，IaaS是對(duì)基礎(chǔ)環(huán)境VM的遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)與狀態(tài)查詢(xún)；SaaS則發(fā)布裝備虛擬操作界面。

    3.3 服務(wù)管理層

    服務(wù)管理層對(duì)服務(wù)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度。服務(wù)的監(jiān)控包括服務(wù)自身的狀態(tài)信息和宿主計(jì)算機(jī)信息的監(jiān)控，如服務(wù)當(dāng)前的實(shí)例數(shù)、SaaS應(yīng)用軟件當(dāng)前在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的客戶(hù)端數(shù)量，宿主機(jī)器的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等當(dāng)前占用情況等。IaaS管理實(shí)現(xiàn)VM高質(zhì)量部署。

    4.交互中間件關(guān)鍵技術(shù)

    傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)(如GPIB，VXI和LXI等)將分散的功能單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。這些總線(xiàn)一般都需要專(zhuān)用的硬件設(shè)備支撐，而針對(duì)虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)，大部分組成功能單元為虛擬式，不能直接支持上述總線(xiàn)，且系統(tǒng)中存在分散于廣域網(wǎng)上不同位置的多種平臺(tái)環(huán)境。

    基于此，虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)需建立一種新的中間件，擺脫專(zhuān)用硬件限制，實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)的上的分布交互。

    同時(shí)，基于該中間件傳輸內(nèi)容包括測(cè)試時(shí)間、測(cè)試動(dòng)作、測(cè)試部件等多項(xiàng)內(nèi)容，最重要的是測(cè)試中的關(guān)鍵信號(hào)，如電壓、電流值等。中間件應(yīng)提供對(duì)這些信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化描述，以利于資源的共享和重用。

    IEEE1516一2010和IEEE1641一2010標(biāo)準(zhǔn)為解決問(wèn)題提供了參考。

    4.1 IEEE1641一2010

    IEEE 1641一2010對(duì)測(cè)試中各種信號(hào)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化定義，并支持將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行組合以描述新的信號(hào)。該標(biāo)準(zhǔn)提供了四層Std模型，對(duì)Source，Con-ditioner、EventFunction、Sensor、Control、Digital、Con-nection等七類(lèi)測(cè)試中的常用信號(hào)和事件進(jìn)行了定義。每類(lèi)信號(hào)按照特點(diǎn)進(jìn)行二次、三次劃分，并對(duì)各具體信號(hào)的描述參數(shù)進(jìn)行了明確。

    這種規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的描述為測(cè)試系統(tǒng)中相關(guān)資源的共享與重用奠定了基礎(chǔ)。

    4.2 IEEE1516一2010

    IEEE1516一2010即HLA Evolved，是分布交互仿真領(lǐng)域中最新的標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于IEEE1516一2000，在模塊化FOMs和SOMs， WSDL API、容錯(cuò)機(jī)制、智能更新頻率、DLC五方面進(jìn)行了改進(jìn)。

    特別的，IEEE1516一2010通過(guò)WSPRC組件(Web Services Provider RTI Component)提供基于WSDL的API，使成員可利用Web服務(wù)構(gòu)建跨廣域網(wǎng)的聯(lián)邦；而且模塊化FOM機(jī)制支持將多個(gè)已有的FOM的按需組合成新的FOM。

    4.3 技術(shù)路線(xiàn)

    將云計(jì)算技術(shù)中的“通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)”的理念引人虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)中，利用Web服務(wù)進(jìn)行分布交互，并建立測(cè)試信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)描述FOM模塊。

    4.3.1 信號(hào)描述FOM模塊

    根據(jù)IEEE 1641一2010定義的信號(hào)形式，建立系列測(cè)試信號(hào)(包括Source、Sensor、Control等七類(lèi))的仿真描述模型，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的信號(hào)描述FOM模塊。

    以Source、類(lèi)型信號(hào)為例，如表1所示：按照信號(hào)特征分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)，周期信號(hào)包括正弦波、三角波、方波等，非周期信號(hào)包括直流常量、階梯等信號(hào)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)具體信號(hào)需描述的屬性均進(jìn)行了規(guī)定，如常量用amplitude和offset兩個(gè)屬性描述，正弦波用amplitude，frequency，phase，offset四個(gè)屬性描述。

表1 IEEE1641一2010對(duì)Source的描述

基于此，開(kāi)發(fā)每類(lèi)信號(hào)對(duì)應(yīng)的FOM模塊。一類(lèi)信號(hào)為一個(gè)對(duì)象類(lèi)或交互類(lèi)，IEEE 1641一2010定義的信號(hào)屬性即對(duì)應(yīng)對(duì)象類(lèi)屬性或交互類(lèi)的參數(shù)。以直流常量信號(hào)為例，其FOM模塊核心代碼如下所列。

    <interactionClass>

    <name>Constant</name>

    <sharing>Publish</sharing>

    <transportation>HLAreliable</transportation>

    <order>Receive</order>

    <semantics>、onstant signal</semantics>

    <parameter>

    <name>amplitude</name>

    <dataType>HLAinteger 16 BE</dataType>

    <semantics>amplitude of、onstant signal</seman-trcs>

    </parameter>

    <parameter>

    <name>offset of、onstant signal  < /name>

    <dataType>HLAinteger 16 BE</dataType>

    <semantics>Click</semantics>

    </parameter>

    </interactionClass>

    4.3.2基于HLA Evolved的接口

    利用IEEE 1516-2010的WSDL接口實(shí)現(xiàn)跨廣域網(wǎng)的分布交互，并通過(guò)模塊化FOM機(jī)制，按需組合信號(hào)描述FOM模塊，構(gòu)建虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)FOM，如圖5所示。

圖5 基于HLA Evolved的系統(tǒng)互聯(lián)  

    分散在廣域網(wǎng)上的相關(guān)節(jié)點(diǎn)，作為HLA聯(lián)邦成員(Federate)通過(guò)WSDL API連接WSPRC，訪(fǎng)問(wèn)HLA/RTI提供的各類(lèi)服務(wù)，完成跨廣域網(wǎng)的分布交互：利用聯(lián)邦管理服務(wù)，完成系統(tǒng)組織管理；利用時(shí)間管理服務(wù)，解決相關(guān)節(jié)點(diǎn)間時(shí)間一致性問(wèn)題；利用對(duì)象管理服務(wù)，完成數(shù)據(jù)(測(cè)試信號(hào)、測(cè)試動(dòng)作)的發(fā)送接收等。與一般的HLA聯(lián)邦成員程序開(kāi)發(fā)相比，調(diào)用并處理WSDL API時(shí)，需注意以下兩點(diǎn)：

    通過(guò)調(diào)用Evoke Multiple Callbacks處理RTI回調(diào)給聯(lián)邦成員的消息。

    聯(lián)邦成員等待響應(yīng)的時(shí)間若超過(guò)設(shè)置的等時(shí)，需重新連接WSPRC。

    系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)之間的靜態(tài)交互關(guān)系及具體交互內(nèi)容由系統(tǒng)FOM約束。該系統(tǒng)FOM利用HLAE-volved的模塊化FOM機(jī)制，根據(jù)具體應(yīng)用從FOM模塊庫(kù)中，選擇本次應(yīng)用所需的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)FOM模塊，組成信號(hào)FOM，繼而與應(yīng)用FOM模塊組合，形成系統(tǒng)FOM文件。

    5.實(shí)例

    按照本文提出的技術(shù)路線(xiàn)，構(gòu)建了指控裝備的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)，用于某型號(hào)指控裝備的裝備保障教學(xué)。

    系統(tǒng)部署在軍事訓(xùn)練信息網(wǎng)，面向相關(guān)部隊(duì)、院校與修理單位提供網(wǎng)上遠(yuǎn)程教學(xué)，系統(tǒng)門(mén)戶(hù)界面如圖6所示。

圖6 某指控裝備虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)門(mén)戶(hù)

    分布交互中間件采用pRTI與Pitch Web Services Adapter相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)HLA WSDL接口的調(diào)用。聯(lián)邦成員采用Jav。語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，與pRTI運(yùn)行環(huán)境關(guān)鍵程序jar包一起，在用戶(hù)加載虛擬資源時(shí)動(dòng)態(tài)下載到本地并執(zhí)行，使用戶(hù)本地?zé)o需安裝配置相關(guān)軟件。

    基于Web3D實(shí)現(xiàn)虛擬裝備外觀建模以及行為、動(dòng)作的網(wǎng)絡(luò)化展示，具體使用Virtools5.0作為開(kāi)發(fā)工具。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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本文標(biāo)題：虛擬式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)及其交互中間件技術(shù)

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