系統(tǒng)互通性的相應(yīng)模型建立和開發(fā)實踐方案

近年來計算機在各個行業(yè)的成功應(yīng)用極大地提高了相應(yīng)行業(yè)的工作效率，但是隨著軟件數(shù)量的日益增加，如何使相關(guān)軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作以更有效地完成任務(wù)成了人們關(guān)注的一個焦點，特別是有些工作本身就需要多種軟件系統(tǒng)的相互協(xié)作。例如在軍事上，為了跟蹤外來入侵，需要海陸空三方面的軟件系統(tǒng)充分進(jìn)行信息共享，美國國防部提出的聯(lián)戰(zhàn)遠(yuǎn)景2010把這種軟件協(xié)作發(fā)揮到了極致，旨在使各軍種的軟件系統(tǒng)充分合作，取得對敵作戰(zhàn)的信息優(yōu)勢。而在商業(yè)方面，新開發(fā)的軟件系統(tǒng)和已有的軟件系統(tǒng)之間也需要很好的協(xié)作來提高效率，系統(tǒng)互通性就是研究這方面的問題。

1 系統(tǒng)互通性及其困難

1．1定義

研究系統(tǒng)互通性的組織數(shù)量眾多導(dǎo)致了對系統(tǒng)互通性的定義不統(tǒng)一，有必要介紹一下目前已有的一些比較權(quán)威的定義，而后根據(jù)本人對系統(tǒng)互通性的理解提出自己的定義。

IEEE和美國國防部（DoD）都給出了多種互通性的定義，代表性的有以下幾種：

·兩個或兩個以上的系統(tǒng)交換信息和使用這些所交換信息的能力；

·兩個或兩個以上的系統(tǒng)或者組件能夠在異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交換信息并且使用這些交換信息的能力；

·系統(tǒng)、單元或者軍隊提供服務(wù)或者從其它的系統(tǒng)、單元或者軍隊獲取服務(wù)并且利用這種服務(wù)來使他們的運作更加有效。

根據(jù)已有定義，我們可以給出系統(tǒng)互通性的另一種定義：

系統(tǒng)互通性是指多個系統(tǒng)之問通過交換信息來提高教率的能力。

在這個定義中沒有對系統(tǒng)和信息加以限制，系統(tǒng)可以是同構(gòu)或者異構(gòu)的系統(tǒng)，可以是復(fù)雜的系統(tǒng)也可以是某一個簡單的功能模塊，而信息可以是簡單的數(shù)據(jù)也可以是遵循某種語義格式的信息，另外也沒有限制系統(tǒng)運行的環(huán)境，顯然這樣的定義能夠較好的概括系統(tǒng)互通性研究的領(lǐng)域。

1．2困難

系統(tǒng)互通性的研究起步很早，但是直到現(xiàn)在仍然不能取得令人滿意的效果，原因大致有以下幾種：

（1）新舊系統(tǒng)的兼容性：有時為了保持新舊系統(tǒng)之間的兼容性，不得不考慮降低新系統(tǒng)之間的互通性；

（2）標(biāo)準(zhǔn)不一致：為了安全或者其他方面的需要，不同組織制定的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，降低了系統(tǒng)之間的互通性；

（3）即使暫時取得了良好的互通性，但是當(dāng)需要開發(fā)新版本的系統(tǒng)時，維護(hù)這種互通性也很匿難。

下面結(jié)合該領(lǐng)域目前的研究成果探討如何提高系統(tǒng)的互通性。

2 系統(tǒng)互通性模型

目前提高系統(tǒng)互通性的研究在兩個方面，一個是開發(fā)實踐方案，另一個則是建立相應(yīng)的模型。迄今已提出了很多描述系統(tǒng)互通性的模型，這些模型一般都是將系統(tǒng)互通性按照某種標(biāo)準(zhǔn)分為幾個層次，每個層次都有若干特征。有些模型同時給出了要達(dá)到某個層次需要實施的活動，這樣就為構(gòu)建新系統(tǒng)時考慮互通性相關(guān)問題時提供了參照。下面按照模型之間的邏輯關(guān)系來介紹一些典型的系統(tǒng)互通性模型。

2．1 NMI模型

北大西洋公約組織（NATO）提出了名為NC3TA的技術(shù)體系框架為北約使用的軟件系統(tǒng)提供一個公共的技術(shù)基礎(chǔ)，制定了若干標(biāo)準(zhǔn)、體系結(jié)構(gòu)以及參考模型。NMI是NC3TA五個參考模型中為提高系統(tǒng)互通性而提出來的一種模型，它分為以下五個層次，每一個層次又包括若干子層次：

（1）無數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)之間無物理連接，也沒有數(shù)據(jù)交換。

（2）非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)交換本層包括人類可理解、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的交換，子層次包括：

·網(wǎng)絡(luò)連通性

·基本文本交換

·基本非格式化消息交換

（3）結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)交換本層包括人類可理解、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的交換，這些數(shù)據(jù)可以被人工或者自動處理，但是需要人工參與，子層次包括：

·增強的非格式化信息交換

·增強的文本交換

·網(wǎng)絡(luò)管理

·目錄服務(wù)

·數(shù)據(jù)對象交換

（4）無縫數(shù)據(jù)共享本層包括自動化的數(shù)據(jù)共享，這一共享是在某個公共交換模型上實現(xiàn)的，子層次包括：

·格式化信息交換

·公共數(shù)據(jù)交換

·系統(tǒng)管理

·安全管理

·實時數(shù)據(jù)交換

（5）無縫信息共享本層通過協(xié)同數(shù)據(jù)處理建立了統(tǒng)一的信息解釋，子層次包括：

·公共信息交換

·分布式應(yīng)用

NMI模型關(guān)注的焦點集中在數(shù)據(jù)的互通性上面，整個模型致力于如何通過把數(shù)據(jù)的交換和解釋結(jié)構(gòu)化和自動化來增強系統(tǒng)的互通性。

2．2 LISI橫型

LISI（Levels of Information Systems Interoperability）是由美國國防部下屬一個研究C4ISR的工作組提出的一種系統(tǒng)互通性模型，與NMI一樣，LISJ也根據(jù)系統(tǒng)互通性的成熟度不同分為五個層次：

（1）基于孤立系統(tǒng)的互通性系統(tǒng)之間設(shè)有物理連接，數(shù)據(jù)交換需要手工進(jìn)行，譬如使用存儲介質(zhì)進(jìn)行拷貝。

（2）基于可連接系統(tǒng)的互通性在這個層次上，系統(tǒng)之間存在物理連接，簡單同構(gòu)的數(shù)據(jù)類型可以進(jìn)行交換，但是沒有能力進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成。

（3）基于功能的互通性分布式環(huán)境中基于功能的互通性．在這個層次上能夠進(jìn)行更復(fù)雜的多媒體數(shù)據(jù)交換，這些數(shù)據(jù)往往是異構(gòu)的，且可以從多種格式的數(shù)據(jù)集成得到。

（4）基于領(lǐng)域的互通性集成環(huán)境中基于領(lǐng)域的互通性，使用共享且基于特定領(lǐng)域數(shù)據(jù)模型的應(yīng)用之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這個層次還支持基于集成信息的群組協(xié)同。

（5）基于企業(yè)級的互通性在通用環(huán)境中基于企業(yè)級的互通性，在本層上的系統(tǒng)擁有一個橫跨多個領(lǐng)域的統(tǒng)一信息域，數(shù)據(jù)和應(yīng)用充分分布和共享，各種數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的解釋。這也是系統(tǒng)互通性最高的級別。

LISI模型擴展了系統(tǒng)互通性要衡量的屬性，從單純的考慮數(shù)據(jù)擴展到同時考慮程序、應(yīng)用、基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)（Procedure、Applications、Infrastrure ture and Data：PAID）四個要素，這些特點可以從上面層次的具體內(nèi)容中看到。同時它提供了為達(dá)到某個層次而需要對這四個要素進(jìn)行定制的方法以及相應(yīng)的過程，為開發(fā)過程中對系統(tǒng)互通性的提高提供了具體的方案。

2．3 OIM模型

NMI模型集中考慮數(shù)據(jù)的互通性，LISI模型雖然同時衡量PAID四個屬性，但是它仍然局限于只是考慮技術(shù)上的互通性，從軟件系統(tǒng)開發(fā)實施的過程來看，除了技術(shù)層面的互通性以外，組織操作上的互通性以及外部環(huán)境對于整個系統(tǒng)互通性的影響同樣需要考慮?；谶@一考慮，CCRP的Clark等人提出了組織互通性成熟度模型OIM（Organizational IntemperabilJty Maturity），考慮到與LISI的兼容性等因素，OIM模型也分為五個級別：

（1）組織之間相互獨立在這個等級上，組織之間沒有任何溝通和互動，這種情況常出現(xiàn)在多個組織沒有共同目標(biāo)但是有時需要交互。

（2）組織之間有隨機的互動這個等級上只有有限的組織框架用來支持組織之間隨機的互動，有一些規(guī)則來指出互通性的要求，但組織問的溝通仍然沒有計劃性。

（3）組織之間協(xié)同工作有相應(yīng)的框架來支持互通性．為每個組織制定了目標(biāo)和責(zé)任，但是組織之間的界限仍然比較清晰。

（4）集成化組織有共同的目標(biāo)和評價系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)的互通性有共同的理解，同時組織之間仍然有一些界限。

（5）統(tǒng)一的組織組織有共同的目標(biāo)、評價系統(tǒng)、知識庫等，是充分提高系統(tǒng)互通性的理想等級。

OIM模型和LlSI模型側(cè)重于互通性的不同層面，兩者之間存在對應(yīng)級別的一一映射關(guān)系，在系統(tǒng)開發(fā)實施過程中充分結(jié)合兩個模型的側(cè)重點可以很好地提高產(chǎn)品系統(tǒng)的互通性。

2．4 LCI模型

Kndreas Tolk考察了上述幾種模型后，認(rèn)為提高系統(tǒng)的互通性應(yīng)該從多維度著手，提出了LCI（Layers of Coalitiorl Interopembihty）模型。LCI模型將技術(shù)可操作性和組織可操作性結(jié)合在一個模型中，參見圖。從圖中可以看出下面四個層次是技術(shù)互通性相關(guān)的內(nèi)容，上面四個層次是組織互通性相關(guān)的內(nèi)容，知識，發(fā)現(xiàn)層是技術(shù)互通性到組織互通性的平滑過度。通過提高每個層次的互通性，可以使得整個系統(tǒng)的互通性得到最大化的提高，在提出上述結(jié)構(gòu)的同時，LCI模型在對應(yīng)的每個層次上都提出了一些需要解決的問題，從而細(xì)化互通性的要求。

2.5 SOSI模型

SOSI（System of Systems Intemperability）模型是由SEl的軟件密集型系統(tǒng)集成促進(jìn)小組提出來的一種互通性模型。除了技術(shù)和組織上的互通性外，SOSI模型還關(guān)注對系統(tǒng)互通性提高有影響的其他活動，圖2概括了與系統(tǒng)互通性有關(guān)的活動。

圖2中每一個層次對應(yīng)了一種互通性，其中項目規(guī)劃互通性關(guān)注項目管理中的問題，通過多個項目組互相同步日程和預(yù)算、共享風(fēng)險管理等來提高系統(tǒng)互通性；系統(tǒng)構(gòu)建互通性則關(guān)注構(gòu)建和維護(hù)系統(tǒng)互通性的相關(guān)技術(shù)，包括共享體系結(jié)構(gòu)元素、遵循共同的標(biāo)準(zhǔn)等；系統(tǒng)操作層次上的互通性是指在多個系統(tǒng)交互環(huán)境下對系統(tǒng)的操作，包括定義用戶對系統(tǒng)中交互信息的解釋、建立與項目管理者的溝通渠道等。

雖然系統(tǒng)互通性模型還有很多種，但是上面介紹的幾種模型具有典型特征，從中可以看出這些系統(tǒng)互通性模型有一定的邏輯關(guān)系，即從前到后考慮影響系統(tǒng)互通性的因素越來越多，上述互通性模型的邏輯關(guān)系可以用圖3表示。雖然系統(tǒng)互通性模型存在圖中所示的關(guān)系，但是并不表示后面的模型可以完全替代前面的模型。正如參考文獻(xiàn)所指出的，SOSI模型并不像前面的模型一樣根據(jù)互通性把系統(tǒng)分成幾個等級，所以SOSI不應(yīng)看作是其他模型的競爭者，同時SOSl模型并沒有提供其他模型的細(xì)節(jié)，還需要進(jìn)一步加強該模型的功能，但是毫無疑問，SOSI模型代表了提高互通性的一種方向，即提高系統(tǒng)的互通性要考慮系統(tǒng)相關(guān)的諸多方面。譬如對SOSI模型的增強包括增加對系統(tǒng)外部環(huán)境等因素的考慮，相關(guān)政策、措施和工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)都是應(yīng)該考慮的因素。

3 系統(tǒng)互通性的測量

互通性是一個與軟件系統(tǒng)多個方面相關(guān)的系統(tǒng)特性，對其進(jìn)行精確的測量非常困難，但是對互通性的測量評價不僅對于提高系統(tǒng)互通性非常重要，而且可以在權(quán)衡系統(tǒng)性能和互通性時提供必要的定量依據(jù)。對系統(tǒng)互通性的測量需要從多個維度來考慮，系統(tǒng)互通性模型已經(jīng)給出了很好的框架，許多對互通性的測量方案就是在利用已有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一般可以從下面幾個測度標(biāo)準(zhǔn)集合入手來測量互通性：

·技術(shù)一致性測度標(biāo)準(zhǔn)

·系統(tǒng)構(gòu)建測度標(biāo)準(zhǔn)

·系統(tǒng)操作測度標(biāo)準(zhǔn)

·組織和文化測度標(biāo)準(zhǔn)

前三種測度標(biāo)準(zhǔn)在LISI模型中可以找到對應(yīng)層次，在使用LISI模型進(jìn)行系統(tǒng)互通性測量時，一般采用記分卡的形式進(jìn)行，事先按照互通性的不同等級為每個屬性賦予一定的分值從而形成一張記分卡，測量系統(tǒng)互通性時對照記分卡的分支為系統(tǒng)打分，最后得出總分即為系統(tǒng)互通性的測量值。這些屬性包括系統(tǒng)組件的數(shù)量、系統(tǒng)的連通性、接口數(shù)量、提供服務(wù)數(shù)量等等。

組織和文化測度標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注組織效能以及為提高系統(tǒng)互通性而提供的相應(yīng)組織手段，一般來說有以下測度要素：

·為相應(yīng)系統(tǒng)操作培訓(xùn)的人員數(shù)量

·具有特定互通性等級的子系統(tǒng)數(shù)量

·為完成某個開發(fā)任務(wù)所需的人時數(shù)量

這類測度標(biāo)準(zhǔn)對于提高大規(guī)模軟件系統(tǒng)之間的互通性有著重要的作用。

根據(jù)系統(tǒng)互通性發(fā)展的需要，系統(tǒng)互通性的測量下一步的努力方向應(yīng)是將測量尺度標(biāo)準(zhǔn)化，這樣不同系統(tǒng)在進(jìn)行互通性比較時可以有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這可以通過建立一個統(tǒng)一的測度模型來完成，需要工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的共同努力。另外在構(gòu)建軟件系統(tǒng)時除了考慮系統(tǒng)的互通性外，還需要考慮安全性、性能等其它要素，這些要素之間有時是有矛盾的，需要尋找一個最佳結(jié)合點，這也是在提高系統(tǒng)互通性時需要考慮的一個問題。

由于互通性的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)互通性是一項非常困難的工作。互通性模型的提出給出了一條有益的途徑．而根據(jù)模型進(jìn)行的系統(tǒng)互通性測量可以為軟件系統(tǒng)構(gòu)建提供量化尺度，這些都對提高系統(tǒng)互通性有重要意義。本文結(jié)合作者的研究介紹了幾個典型的互通性模型以及對互通性的測量，并提出了自己的看法。目前互通性還沒有一個統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，從而難以在多個系統(tǒng)之間進(jìn)行比較。如何建立一個標(biāo)準(zhǔn)將是以后研究系統(tǒng)互通性的方向。

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