网络化测试技术是将测试系统中地域分散的基本功能单元(计算机、测试仪器、测试模块或智能传感器)，通过网络互连起来，构成一个分布式的测试系统，最大的优点是易于远距离诊断和智能维护保障，提高测试效率。传统的网络化测试技术/系统主要面向装备的实际维修作业。
为了加快新装备保障能力的形成，需要对大量的装备保障人员进行专业技能培养。除了利用实装进行现场教学之外，也可以开展基于网络化测试系统的远程教学训练。传统的网络化测试技术在应用到保障人员维修技能培养方面时，则暴露了一些问题。
(1)传统的网络化测试系统，往往在测试现场基于各种总线设备和专用测试仪器对是实际装备展开测试，两者都造价昂贵，并受到场地的限制，不能大规模部署、应用。
(2)传统的网络化测试系统，针对实际装备展开测试，装备故障不能按需设置，难以满足教学需求。
本文基于云计算理念，研究构建虚拟式网络化测试系统，应用于装备的实际维修技能教学培训中。
虚拟式网络化测试系统是将基于建模与仿真技术研制的各类测试仪器和被测装备的仿真模型资源集中部署于某测试中心，并进行管理。教学施训时，可按需调度这些资源，并通过网络集成到某虚拟场景下。受训人员通过网络终端进人虚拟场景，利用场景内提供的虚拟式测试仪器对虚拟的装备进行测试。通过对测试数据、装备现象的分析，进行故障排查，最终定位故障并实施虚拟维修。训练过程及关键数据由虚拟式网络化测试系统实时记录，如图1所示。
虚拟式网络化测试系统的特点为：成本费用低，可大规模部署；训练内容可控，装备故障任意设置；实现“有网就能训的”普适化维修技能教学培训。
图1 虚拟式网络化测试系统
1.虚拟式网络化测试系统应用模式
虚拟式网络化测试系统可以两种模式向用户发布，分别为SaaS ( Software、Service，软件即服务)模式和IaaS ( Infrastructure as a Service，基础设施即服务)模式。
SaaS模式：用户通过浏览器直接访问虚拟装备测试系统的功能界面。与WebQQ， Google在线Doc类似。
IaaS模式：用户通过浏览器远程访问部署了虚拟装备测试系统的服务器桌面，并操作该虚拟装备测试系统。与Amazon的EC2类似。
两种系统模式的区别包括：(1)服务发布不同，SaaS是将虚拟测试系统作为服务进行发布；后者是将部署虚拟测试系统的服务器桌面发布；(2}资源运行位置不同，SaaS模式下，大多数虚拟测试资源加载到客户端本地；而IaaS模式下，服务资源主要运行在服务器上。
上述两点不同，决定了各自的资源构建、发布、管理机制存在很大差别，本文重点介绍SaaS模式。与传统单机集中式测试系统不同，SaaS模式的网络化测试系统的各类模型是一种完全分布式的结构，部署在网络环境的不同位置，如图2所示：测试系统的界面程序采用AJAX技术开发为Web2. 0形式，部署在Web服务器(图2中①)；机理模型和评估模型部署在应用服务器(图2中③)，运行时动态下载到训练终端计算机内存并运行；装备外观模型部署在视景模型库服务器中(图2中④)；人机交互设备和模型则驻留在训练终端。在运行时这些模型跨网络进行实时交互，彼此协同完成训练。
图2 SaaS模式虚拟式网络化测试系统
2.虚拟式网络化测试系统基本结构
基于云计算理念构建虚拟式网络化测试系统，主要工作是建立测试中心，具体包括研制网络化测试相关资源，部署到资源池中，并以服务形式发布等。测试中心基本架构如图3所示，为六层体系结构。
物理架构层指硬件设施，由服务器、工作站等组成一定规模的集群，为测试资源提供充分的计算和存储能力。
设施管理层对物理架构提供的计算能力进行动态切割和分配，并将分配的资源进行有效管理。
虚拟架构层指一系列作为测试资源载体的虚拟服务器。
训练支撑层部署网络化测试支撑环境，提供测试资源共享与访问基础服务。
资源服务层提供用于构建IaaS,SaaS两类测试系统的资源。
门户应用层部署向终端用户开放的具体装备训练内容，并提供测试系统的访问人口。
其中，物理架构层、虚拟架构层和设施管理层
图3 虚拟式网络化测试中心基本架构
共同构成了基础设施，动态地以虚拟机(Virtual Machine，VM)的形式为各类训练资源提供计算和存储能力。而网络化测试支撑环境是测试中心的关键组成。
3.网络化测试支撑环境
网络化测试支撑环境为“三横一竖”结构：应用中间件层、服务中间件层、服务管理层和基本工具集，如图4所示。
图4 网络化测试支持环境
3.1 应用中间件层
应用中间件层主要是针对装备网络化测试系统开发的专用应用中间件模块，提供运行支撑、运行管理等功能：
分布交互服务。针对各相关节点的分布交互问题提供基于高层体系结构(High Level Architecture，HLA)的服务解决方案。虚拟式网络化测试系统运行在广域网上，所以运行支撑服务必须支持跨广域网的分布互联。
联邦运行管理与监控。针对基于HLA/RTI构建的网上测试训练系统提供管理与监控服务，包括指定RTI服务器上运行的联邦数目、每个联邦内成员的数目、时间管理模式等信息。
3.2 服务中间件层
服务中间件层提供SaaS/IaaS两类资源的服务化支持和访问接口。关于服务化支持，IaaS按照用户需求定制基础环境，使用户可远程访问；SaaS则由网络化训练软件架构决定，涉及模型服务器、视景服务器、Web服务器等软件配属。关于服务访问接口，IaaS是对基础环境VM的远程访问与状态查询；SaaS则发布装备虚拟操作界面。
3.3 服务管理层
服务管理层对服务进行监控和调度。服务的监控包括服务自身的状态信息和宿主计算机信息的监控，如服务当前的实例数、SaaS应用软件当前在线访问的客户端数量，宿主机器的CPU、内存、网络等当前占用情况等。IaaS管理实现VM高质量部署。
4.交互中间件关键技术
传统网络化测试系统利用标准总线(如GPIB，VXI和LXI等)将分散的功能单元通过网络互联。这些总线一般都需要专用的硬件设备支撑，而针对虚拟式网络化测试系统，大部分组成功能单元为虚拟式，不能直接支持上述总线，且系统中存在分散于广域网上不同位置的多种平台环境。
基于此，虚拟式网络化测试系统需建立一种新的中间件，摆脱专用硬件限制，实现广域网的上的分布交互。
同时，基于该中间件传输内容包括测试时间、测试动作、测试部件等多项内容，最重要的是测试中的关键信号，如电压、电流值等。中间件应提供对这些信号的标准化描述，以利于资源的共享和重用。
IEEE1516一2010和IEEE1641一2010标准为解决问题提供了参考。
4.1 IEEE1641一2010
IEEE 1641一2010对测试中各种信号进行了标准化定义，并支持将标准信号进行组合以描述新的信号。该标准提供了四层Std模型，对Source，Con-ditioner、EventFunction、Sensor、Control、Digital、Con-nection等七类测试中的常用信号和事件进行了定义。每类信号按照特点进行二次、三次划分，并对各具体信号的描述参数进行了明确。
这种规范化、标准化的描述为测试系统中相关资源的共享与重用奠定了基础。
4.2 IEEE1516一2010
IEEE1516一2010即HLA Evolved，是分布交互仿真领域中最新的标准，相对于IEEE1516一2000，在模块化FOMs和SOMs， WSDL API、容错机制、智能更新频率、DLC五方面进行了改进。
特别的，IEEE1516一2010通过WSPRC组件(Web Services Provider RTI Component)提供基于WSDL的API，使成员可利用Web服务构建跨广域网的联邦；而且模块化FOM机制支持将多个已有的FOM的按需组合成新的FOM。
4.3 技术路线
将云计算技术中的“通过网络提供服务”的理念引人虚拟式网络化测试系统中，利用Web服务进行分布交互，并建立测试信号的标准描述FOM模块。
4.3.1 信号描述FOM模块
根据IEEE 1641一2010定义的信号形式，建立系列测试信号(包括Source、Sensor、Control等七类)的仿真描述模型，开发相应的信号描述FOM模块。
以Source、类型信号为例，如表1所示：按照信号特征分为周期信号和非周期信号，周期信号包括正弦波、三角波、方波等，非周期信号包括直流常量、阶梯等信号。该标准对每个具体信号需描述的属性均进行了规定，如常量用amplitude和offset两个属性描述，正弦波用amplitude，frequency，phase，offset四个属性描述。
表1 IEEE1641一2010对Source的描述
基于此，开发每类信号对应的FOM模块。一类信号为一个对象类或交互类，IEEE 1641一2010定义的信号属性即对应对象类属性或交互类的参数。以直流常量信号为例，其FOM模块核心代码如下所列。
<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接口实现跨广域网的分布交互，并通过模块化FOM机制，按需组合信号描述FOM模块，构建虚拟式网络化测试系统的系统FOM，如图5所示。
图5 基于HLA Evolved的系统互联
分散在广域网上的相关节点，作为HLA联邦成员(Federate)通过WSDL API连接WSPRC，访问HLA/RTI提供的各类服务，完成跨广域网的分布交互：利用联邦管理服务，完成系统组织管理；利用时间管理服务，解决相关节点间时间一致性问题；利用对象管理服务，完成数据(测试信号、测试动作)的发送接收等。与一般的HLA联邦成员程序开发相比，调用并处理WSDL API时，需注意以下两点：
通过调用Evoke Multiple Callbacks处理RTI回调给联邦成员的消息。
联邦成员等待响应的时间若超过设置的等时，需重新连接WSPRC。
系统中各节点之间的静态交互关系及具体交互内容由系统FOM约束。该系统FOM利用HLAE-volved的模块化FOM机制，根据具体应用从FOM模块库中，选择本次应用所需的标准信号FOM模块，组成信号FOM，继而与应用FOM模块组合，形成系统FOM文件。
5.实例
按照本文提出的技术路线，构建了指控装备的网络化测试教学训练系统，用于某型号指控装备的装备保障教学。
系统部署在军事训练信息网，面向相关部队、院校与修理单位提供网上远程教学，系统门户界面如图6所示。
图6 某指控装备虚拟式网络化测试系统门户
分布交互中间件采用pRTI与Pitch Web Services Adapter相结合的方式，实现对HLA WSDL接口的调用。联邦成员采用Jav。语言开发，与pRTI运行环境关键程序jar包一起，在用户加载虚拟资源时动态下载到本地并执行，使用户本地无需安装配置相关软件。
基于Web3D实现虚拟装备外观建模以及行为、动作的网络化展示，具体使用Virtools5.0作为开发工具。
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本文标题：虚拟式网络化测试系统及其交互中间件技术
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