網絡化測試技術是將測試系統中地域分散的基本功能單元(計算機、測試儀器、測試模塊或智能傳感器)，通過網絡互連起來，構成一個分布式的測試系統，最大的優點是易于遠距離診斷和智能維護保障，提高測試效率。傳統的網絡化測試技術/系統主要面向裝備的實際維修作業。
為了加快新裝備保障能力的形成，需要對大量的裝備保障人員進行專業技能培養。除了利用實裝進行現場教學之外，也可以開展基于網絡化測試系統的遠程教學訓練。傳統的網絡化測試技術在應用到保障人員維修技能培養方面時，則暴露了一些問題。
(1)傳統的網絡化測試系統，往往在測試現場基于各種總線設備和專用測試儀器對是實際裝備展開測試，兩者都造價昂貴，并受到場地的限制，不能大規模部署、應用。
(2)傳統的網絡化測試系統，針對實際裝備展開測試，裝備故障不能按需設置，難以滿足教學需求。
本文基于云計算理念，研究構建虛擬式網絡化測試系統，應用于裝備的實際維修技能教學培訓中。
虛擬式網絡化測試系統是將基于建模與仿真技術研制的各類測試儀器和被測裝備的仿真模型資源集中部署于某測試中心，并進行管理。教學施訓時，可按需調度這些資源，并通過網絡集成到某虛擬場景下。受訓人員通過網絡終端進人虛擬場景，利用場景內提供的虛擬式測試儀器對虛擬的裝備進行測試。通過對測試數據、裝備現象的分析，進行故障排查，最終定位故障并實施虛擬維修。訓練過程及關鍵數據由虛擬式網絡化測試系統實時記錄，如圖1所示。
虛擬式網絡化測試系統的特點為：成本費用低，可大規模部署；訓練內容可控，裝備故障任意設置；實現“有網就能訓的”普適化維修技能教學培訓。
圖1 虛擬式網絡化測試系統
1.虛擬式網絡化測試系統應用模式
虛擬式網絡化測試系統可以兩種模式向用戶發布，分別為SaaS ( Software、Service，軟件即服務)模式和IaaS ( Infrastructure as a Service，基礎設施即服務)模式。
SaaS模式：用戶通過瀏覽器直接訪問虛擬裝備測試系統的功能界面。與WebQQ， Google在線Doc類似。
IaaS模式：用戶通過瀏覽器遠程訪問部署了虛擬裝備測試系統的服務器桌面，并操作該虛擬裝備測試系統。與Amazon的EC2類似。
兩種系統模式的區別包括：(1)服務發布不同，SaaS是將虛擬測試系統作為服務進行發布；后者是將部署虛擬測試系統的服務器桌面發布；(2}資源運行位置不同，SaaS模式下，大多數虛擬測試資源加載到客戶端本地；而IaaS模式下，服務資源主要運行在服務器上。
上述兩點不同，決定了各自的資源構建、發布、管理機制存在很大差別，本文重點介紹SaaS模式。與傳統單機集中式測試系統不同，SaaS模式的網絡化測試系統的各類模型是一種完全分布式的結構，部署在網絡環境的不同位置，如圖2所示：測試系統的界面程序采用AJAX技術開發為Web2. 0形式，部署在Web服務器(圖2中①)；機理模型和評估模型部署在應用服務器(圖2中③)，運行時動態下載到訓練終端計算機內存并運行；裝備外觀模型部署在視景模型庫服務器中(圖2中④)；人機交互設備和模型則駐留在訓練終端。在運行時這些模型跨網絡進行實時交互，彼此協同完成訓練。
圖2 SaaS模式虛擬式網絡化測試系統
2.虛擬式網絡化測試系統基本結構
基于云計算理念構建虛擬式網絡化測試系統，主要工作是建立測試中心，具體包括研制網絡化測試相關資源，部署到資源池中，并以服務形式發布等。測試中心基本架構如圖3所示，為六層體系結構。
物理架構層指硬件設施，由服務器、工作站等組成一定規模的集群，為測試資源提供充分的計算和存儲能力。
設施管理層對物理架構提供的計算能力進行動態切割和分配，并將分配的資源進行有效管理。
虛擬架構層指一系列作為測試資源載體的虛擬服務器。
訓練支撐層部署網絡化測試支撐環境，提供測試資源共享與訪問基礎服務。
資源服務層提供用于構建IaaS,SaaS兩類測試系統的資源。
門戶應用層部署向終端用戶開放的具體裝備訓練內容，并提供測試系統的訪問人口。
其中，物理架構層、虛擬架構層和設施管理層
圖3 虛擬式網絡化測試中心基本架構
共同構成了基礎設施，動態地以虛擬機(Virtual Machine，VM)的形式為各類訓練資源提供計算和存儲能力。而網絡化測試支撐環境是測試中心的關鍵組成。
3.網絡化測試支撐環境
網絡化測試支撐環境為“三橫一豎”結構：應用中間件層、服務中間件層、服務管理層和基本工具集，如圖4所示。
圖4 網絡化測試支持環境
3.1 應用中間件層
應用中間件層主要是針對裝備網絡化測試系統開發的專用應用中間件模塊，提供運行支撐、運行管理等功能：
分布交互服務。針對各相關節點的分布交互問題提供基于高層體系結構(High Level Architecture，HLA)的服務解決方案。虛擬式網絡化測試系統運行在廣域網上，所以運行支撐服務必須支持跨廣域網的分布互聯。
聯邦運行管理與監控。針對基于HLA/RTI構建的網上測試訓練系統提供管理與監控服務，包括指定RTI服務器上運行的聯邦數目、每個聯邦內成員的數目、時間管理模式等信息。
3.2 服務中間件層
服務中間件層提供SaaS/IaaS兩類資源的服務化支持和訪問接口。關于服務化支持，IaaS按照用戶需求定制基礎環境，使用戶可遠程訪問；SaaS則由網絡化訓練軟件架構決定，涉及模型服務器、視景服務器、Web服務器等軟件配屬。關于服務訪問接口，IaaS是對基礎環境VM的遠程訪問與狀態查詢；SaaS則發布裝備虛擬操作界面。
3.3 服務管理層
服務管理層對服務進行監控和調度。服務的監控包括服務自身的狀態信息和宿主計算機信息的監控，如服務當前的實例數、SaaS應用軟件當前在線訪問的客戶端數量，宿主機器的CPU、內存、網絡等當前占用情況等。IaaS管理實現VM高質量部署。
4.交互中間件關鍵技術
傳統網絡化測試系統利用標準總線(如GPIB，VXI和LXI等)將分散的功能單元通過網絡互聯。這些總線一般都需要專用的硬件設備支撐，而針對虛擬式網絡化測試系統，大部分組成功能單元為虛擬式，不能直接支持上述總線，且系統中存在分散于廣域網上不同位置的多種平臺環境。
基于此，虛擬式網絡化測試系統需建立一種新的中間件，擺脫專用硬件限制，實現廣域網的上的分布交互。
同時，基于該中間件傳輸內容包括測試時間、測試動作、測試部件等多項內容，最重要的是測試中的關鍵信號，如電壓、電流值等。中間件應提供對這些信號的標準化描述，以利于資源的共享和重用。
IEEE1516一2010和IEEE1641一2010標準為解決問題提供了參考。
4.1 IEEE1641一2010
IEEE 1641一2010對測試中各種信號進行了標準化定義，并支持將標準信號進行組合以描述新的信號。該標準提供了四層Std模型，對Source，Con-ditioner、EventFunction、Sensor、Control、Digital、Con-nection等七類測試中的常用信號和事件進行了定義。每類信號按照特點進行二次、三次劃分，并對各具體信號的描述參數進行了明確。
這種規范化、標準化的描述為測試系統中相關資源的共享與重用奠定了基礎。
4.2 IEEE1516一2010
IEEE1516一2010即HLA Evolved，是分布交互仿真領域中最新的標準，相對于IEEE1516一2000，在模塊化FOMs和SOMs， WSDL API、容錯機制、智能更新頻率、DLC五方面進行了改進。
特別的，IEEE1516一2010通過WSPRC組件(Web Services Provider RTI Component)提供基于WSDL的API，使成員可利用Web服務構建跨廣域網的聯邦；而且模塊化FOM機制支持將多個已有的FOM的按需組合成新的FOM。
4.3 技術路線
將云計算技術中的“通過網絡提供服務”的理念引人虛擬式網絡化測試系統中，利用Web服務進行分布交互，并建立測試信號的標準描述FOM模塊。
4.3.1 信號描述FOM模塊
根據IEEE 1641一2010定義的信號形式，建立系列測試信號(包括Source、Sensor、Control等七類)的仿真描述模型，開發相應的信號描述FOM模塊。
以Source、類型信號為例，如表1所示：按照信號特征分為周期信號和非周期信號，周期信號包括正弦波、三角波、方波等，非周期信號包括直流常量、階梯等信號。該標準對每個具體信號需描述的屬性均進行了規定，如常量用amplitude和offset兩個屬性描述，正弦波用amplitude，frequency，phase，offset四個屬性描述。
表1 IEEE1641一2010對Source的描述
基于此，開發每類信號對應的FOM模塊。一類信號為一個對象類或交互類，IEEE 1641一2010定義的信號屬性即對應對象類屬性或交互類的參數。以直流常量信號為例，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接口實現跨廣域網的分布交互，并通過模塊化FOM機制，按需組合信號描述FOM模塊，構建虛擬式網絡化測試系統的系統FOM，如圖5所示。
圖5 基于HLA Evolved的系統互聯
分散在廣域網上的相關節點，作為HLA聯邦成員(Federate)通過WSDL API連接WSPRC，訪問HLA/RTI提供的各類服務，完成跨廣域網的分布交互：利用聯邦管理服務，完成系統組織管理；利用時間管理服務，解決相關節點間時間一致性問題；利用對象管理服務，完成數據(測試信號、測試動作)的發送接收等。與一般的HLA聯邦成員程序開發相比，調用并處理WSDL API時，需注意以下兩點：
通過調用Evoke Multiple Callbacks處理RTI回調給聯邦成員的消息。
聯邦成員等待響應的時間若超過設置的等時，需重新連接WSPRC。
系統中各節點之間的靜態交互關系及具體交互內容由系統FOM約束。該系統FOM利用HLAE-volved的模塊化FOM機制，根據具體應用從FOM模塊庫中，選擇本次應用所需的標準信號FOM模塊，組成信號FOM，繼而與應用FOM模塊組合，形成系統FOM文件。
5.實例
按照本文提出的技術路線，構建了指控裝備的網絡化測試教學訓練系統，用于某型號指控裝備的裝備保障教學。
系統部署在軍事訓練信息網，面向相關部隊、院校與修理單位提供網上遠程教學，系統門戶界面如圖6所示。
圖6 某指控裝備虛擬式網絡化測試系統門戶
分布交互中間件采用pRTI與Pitch Web Services Adapter相結合的方式，實現對HLA WSDL接口的調用。聯邦成員采用Jav。語言開發，與pRTI運行環境關鍵程序jar包一起，在用戶加載虛擬資源時動態下載到本地并執行，使用戶本地無需安裝配置相關軟件。
基于Web3D實現虛擬裝備外觀建模以及行為、動作的網絡化展示，具體使用Virtools5.0作為開發工具。
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本文標題：虛擬式網絡化測試系統及其交互中間件技術
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