基于机动通信试验床环境的测试运维系统设计

张 猛，田 焕，雷飞鹏，户江民

（重庆金美通信有限责任公司，重庆 400030）

试验床种类繁多，但其根本目的是承载实验，实现未来网络体系架构、新型应用的验证与部署，具有大规模与异构性、支持实验的整个生命周期等特点。在机动通信装备研制领域，试验床环境可为网络架构、协议及算法的演进式验证和部署提供有效途径［1］。

本文重点分析机动通信试验床环境。所谓机动通信试验床环境，是通过对机动通信系统组网过程中的一些主要装备如通信单元、指控单元、探测系统等的模拟，将现实世界中复杂的集成信息通信平台在试验室里逼真地展示出来，即建立一个具备机动通信组网能力的机动通信系统综合仿真环境。该环境具有时空一致的特点，可为机动通信装备的研制、建设、管理及使用提供一个试验开发平台。

测试运维系统是基于该试验床环境的测试开发与验证平台的配套系统软件，通过对试验床环境下的测试平台、测试场地、测试事务、测试任务、测试数据及测试人员等信息和流程实施全生命周期的管理，全面呈现测试态势，验证装备技术体制，检验设备功能性能指标，为装备改进提升和数字化实战运用提供支撑。

测试运维系统主要是满足测试人员在模拟通信网络环境下对测试全过程管理的基本需要，满足管理员对试验床环境设备进行管理和维护的数据需求，可以对测试事件按照项目管理方式实施精细化管理，实现测试过程从计划制定到事件结束的全周期寿命状态清晰可控，支持对现场装备和仪器设备的实时监控与跟踪；
具备不同的系统管理权限，支持试验发起者制定不同类型的测试项目计划，并通过流程控制、消息提醒及阅读回执功能实现计划的下发通告与任务领取回执功能；
支持对模拟通信网络数据的自动采集和生成原始记录，并借助知识库实现对数据的自动判定与审核、分析评估，测试完成之后自动生成电子报告；
在测试过程中实时通报所感知的故障和告警信息，对测试日志、任务分派及事件问题进行管理与跟踪，支持智能加载事件处置状态，对事件处置进行督办；
具有全面的评估准则和科学的评价体系，对事件结果进行智能化考评，对系统和装备实用效能进行综合评估，并结合知识库给出合理的改进建议。

系统功能依据不同用户权限对系统的差异化使用需求进行模块划分和设计，满足各类角色用户登录和平台操作，对试验床的日常和装备信息实现管理与更新，以及对试验床环境信息进行实时共享等需求。系统设计应具备开放性和拓展性，支持横向朝着分级分布式部署的方向扩展需求，纵向满足后期系统新增功能扩展需求。同时，系统需提供便捷的数据访问接口，方便与其他运维管理系统之间进行数据共享。系统需满足可靠性和安全性设计，确保数据存储安全，防止非法用户访问；
系统设计还需满足便捷性和可操作性设计，确保不同知识背景的人员都能操作系统［2］。

机动通信试验床分为通信模拟环境、测试验证环境、演示基础环境以及系统仿真环境4 个部分［3-4］，组成结构如图1 所示。

图1 机动通信试验床环境组成

通信模拟环境包含现役通信系统模拟环境、在研通信系统模拟环境以及国防通信资源模拟环境。现役通信系统模拟环境是试验床的核心组成部分，通过将路由交换、有线/无线传输、节点/网络管理等设备按照装载平台类型和编配数量来模拟构建任务部队机动通信节点。节点间采用多种链路方式实现组网互联，构建一定规模的机动通信网络。在研通信系统模拟环境由部分在研的新体制通信装备组成，通过有线、无线等方式实现与现役通信系统模拟环境的异构互联，满足话音、数据业务的互通。国防通信资源模拟环境包含各类商用路由器和程控交换机，用于模拟通信网、电话网等固定网络，通过有线设备互联，实现与现役通信系统模拟环境的机固互联，模拟固网接入后的话音、数据业务互通。

测试验证环境包含测试软件系统和测试运维系统。测试软件系统包含专用测试仪器和通用计算机/服务器等。专用测试仪器对装备性能指标进行测试，通过在通用计算机/服务器上部署相关软件，并接入模拟通信网络，实现网络级功能、性能测试。测试运维系统通过与通信模拟环境、系统仿真环境交互，开展测试筹划和测试过程管控，监视运行状况，采集各类测试数据，呈现测试态势、设备工况态势、网络态势以及业务态势等信息，并基于测试数据，构建相应的指标评估体系和评估模型，支撑开展测试分析评估。

系统仿真环境包含通用计算机和运行在其上的仿真软件，通过系统建模实现网络能力定量仿真评估，基于关键协议组网仿真结果对实装设备的大规模组网运行效果进行预测。

演示基础环境包含测试运维基础设施和演示呈现基础设施。测试运维基础设施包含服务器和网络基础设施等，为测试运维系统提供硬件平台；
演示呈现基础设施将业务显控系统接入通信网络系统中，结合各类演示软件和演示任务背景对测试内容进行展示。

3.1 系统架构设计

测试运维系统体系架构分为运维支撑层、数据知识层、应用服务层以及应用层，如图2 所示。系统基于数据知识库，将测试相关的各类信息聚集处理并知识化。各层级间通过数据访问接口实现交互和系统内的资源相互协作，实现功能应用服务化，并进行按需调用，形成对试验床环境中模拟通信系统的测试运维管控基本能力。

图2 测试运维系统体系架构

运维支撑层为系统提供运行环境、服务器设施、计算资源、存储设施、显控设施以及相关基础支撑软件。

数据知识层包括资源库（包含通信装备资源种类、数量、指标、状态等）、知识库（包括装备和测试的全过程相关知识，如故障知识、质量知识以及其他专家知识）、模型库（包含数据处理和能力评估相关的各类算法模型、方法）以及数据库（包括测试过程中所产生的业务数据、装备维修数据、系统管理数据等各类基本数据和综合数据）。

应用服务层主要包含测试组织管理服务、测试运维管理服务、数据处理支撑服务以及综合能力评估服务。测试组织管理服务用于提供对测试任务的筹划过程、配套资源及业务流程等进行管理，测试运维管理服务用于提供测试任务提醒、任务执行、进度管理、质量管理及故障闭环等服务功能，数据采集与处理服务用于提供对通信模拟环境的底层数据采集、提取、分析以及呈现等服务功能，综合能力评估服务用于提供对测试系统或装备的实用体系贡献度以及新技术体制对装备体系支撑能力的综合评估功能。

3.2 功能模块划分

按照测试运维系统的体系架构，可将系统功能划分为测试组织管理子系统、测试运维管理子系统、数据处理支撑子系统以及综合能力评估子系统4 个子系统模块。

测试组织管理子系统主要包括测试事件策划、测试事件任务管理、装备资源管理以及测试事件流程控制等功能。测试事件策划主要针对单次测试任务所涉及的组织单位、测试人员、任务类型、业务规划等相关的属性管理；
测试事件任务管理用于支撑测试事件策划者完成事件的任务制定、任务分解、任务调度、任务审批以及任务发下等功能；
装备资源管理用于支撑对试验床环境的装备资源进行在线监控与实时管理，辅助测试事件策划者完成测试事件的装备策划功能；
测试事件流程控制是结合测试事件任务分解的结果，进入流程制定环节，将任务推送至对应的测试人员，协同开展测试任务。

测试运维管理子系统主要包括任务提醒、任务执行、进度看板、质量管理及告警提示等功能，采取订阅方式实现消息提醒和任务领取回执功能，完成测试任务分发与交互，并提供任务执行的入口，对测试全过程中的进度、评审、技术状态、用户服务等质量相关的过程进行管理，跟踪监测事件处置的全流程，实时掌握已派发任务的处置、结果、反馈状态等信息，对发现的故障问题给出告警提示，同步生成故障闭环处置流程。

数据处理支撑子系统主要包括数据代理的数据采集、提取、分析、呈现与服务功能，支持整合装备资源、专家知识、评估模型及业务通信等类型数据的管理功能。通过在模拟通信环境中对管理设备或交换设备部署数据代理，自动采集系统数据并生成原始记录，结合知识库数据对比实现对测试数据的自动判定与审核、分析评估，测试完成之后自动生成电子报告，具备面向服务的接口能力，提供各类数据库、数据平台、云服务平台、物联网平台等多源数据接入和多平台数据资源整合功能，支持与其他管理系统之间进行数据共享，为用户提供数据访问服务。

综合能力评估子系统主要由评价指标体系、算法模型集、评估模型集以及综合评估流程等部分组成。通过挖掘、利用装备资源技术状态数据和装备组网应用数据，结合面向测试任务的能力评估模型和算法模型，从网络通联、业务保障、网系安全、应急处置及装备保障等维度建立评价指标体系，综合评价体系应用效能，给系统和装备通信能力“画像”。

3.3 流程设计

3.3.1 业务流程

通过审核工作流机制实现测试事件的业务流转，由测试事件策划者建立测试申请，测试人员实施测试事件评估工作，再由审核人员进行数据审查检验，在生成试验报告之前，需要经过参试人员、审核人员及测试事件策划者三方参与者审核［5］，制定详细工作流程，如图3 所示。

图3 测试事件业务流程图

具体工作流如下。

（1）测试事件策划者登录系统，填写相关测试信息，制定测试计划，进行任务分解并提交，进入审核与下发工作流。

（2）系统自动推送任务信息。测试人员登录后可查看并领取新的测试任务。再由系统回送领取的回执信息，经双方确认后进行测试准备环节，开展对应的科目测试。测试业务数据采集方式以自动采集为主，人工录入为辅。待测试完成后，系统自动将各项数据汇聚并流转至审核人员处提交数据审查，审核通过后则生成合格报告；
审核不通过则生成不合格报告，且需要重新组织测试，并再次提交数据审查。

（3）审核人员在收到测试数据审核申请后，对测试数据进行审核，并将审核结果反馈至测试人员，若通过，则生成试验报告；
不通过，则重新进行试验。

（4）数据审核通过并生成报告后，由测试人员将报告发送至审核人员对报告进行全面审核，签字盖章之后将报告发送至测试事件策划者。

3.3.2 评估流程

评估以常态化收集的装备基础数据为基础，结合动态化的测试事件数据，建立相应的数据分析算法模型和能力评估指标模型，构建综合能力评估流程［6］。详细评估流程如图4 所示。

图4 综合能力评估流程图

具体评估流程描述如下。

（1）根据装备能力指标和系统实用效能，构建综合能力评估多维度顶层指标评估模型，并分别针对每个维度，通过自顶向下的方式逐级进行指标分解与细化，形成评估指标体系架构，并生成对应的能力评估指标模型。

（2）依据系统能力评估体系模型，设计形成通用数据分析算法模型。在当前算法模型不满足评估要求时，提供对已有算法的改进或重新设计的算法模型，以支持多元化装备评估需求。

（3）在完成指标体系构建、评估模型和算法模型设计之后，通过获取实时或历史数据，并选取需要的评估维度，由系统数据服务功能自动完成数据量化评估工作。

（4）评估形成的结果通过数据服务化的方式提供给用户访问，并支持采用不同可视化手段进行呈现。

现代通信技术的发展引起了机动通信装备研制方式的重大变革，使其向着虚拟化、模拟化方向发展，并借助试验床实物环境和半实物仿真手段来推动装备信息化建设。

为了充分利用机动通信装备试验床环境，本文提出的基于机动通信装备试验床环境的测试运维系统设计思路，设计的初步的机动通信装备试验床环境和测试运维原型系统框架及功能模块，以及制定的测试业务和综合评估流程，为测试运维系统的实现奠定了良好的基础，具备工程实施可行性，后续将进一步开展原型系统软件的功能设计与实现。

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