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为了解决各军兵种自建系统间互联、互通、互操作的问题,提升军队整体作战效能,美国、英国、北欧等国都陆续开发了本国的国防部体系结构框架,其中以美国的国防部体系结构框架(DepartmentofDefenseArchitectureFramework,DoDAF)最为领先、实用。DoDAF从最初的以产品为中心的设计,转变为以数据为中心的理念,研究者进一步明确了规范、统一的数据概念定义是保证系统之间互连互通的基础所在。进入21世纪,在诡谲多变的战场环境下,作战需求对实时共享信息的能力提出了越来越高的要求。美国防部在DoDAF的基础上,提出了信息企业体系结构(DepartmentofDefenseInformationEnterpriseArchitecture,DoDIEA),用于指导美国国防部信息系统的建设。体系结构设计处于系统早期的顶层设计阶段,设计的好坏直接关系到系统效能的高低。由此,在系统投入建设之初,体系结构的评价就显得尤为重要,而评估指标体系的建立是实现有效评估的基础,本文将对综合电子信息系统体系结构评估指标进行探讨研究。
2体系结构评估框架
最新版本的美国国防部体系结构框架确定了以数据为中心开发体系结构产品的过程。DoDAF元模型(DoDAFMeta-model,DM2)定义了相应的体系结构产品所使用的数据元素。DoDIEA沿用了部分DoDAF的产品和元数据定义。DM2分为三个层级,分别是概念级、逻辑级和物理级,所对应的数据元模型分别为概念数据模型、逻辑数据模型及物理交换规范。这三类数据模型分别相应地从效用、逻辑、语法三个方面反映了体系结构的设计考量。语法评估,是指对体系结构设计的产品是否符合相应语法规则进行评估。其中,语法规则既包括体系结构框架及元模型对体系结构产品的规范,也包括产品设计过程中所选用的建模语言的语法规则。此外,语法评估还包括体系结构数据完备性和一致性评估。A.规则合理性:体系结构中动态行为所遵循的规则是否合理;B.状态可达性:体系结构中各元素现有状态是否现实可达,资源状态转换是否可行;C.时序正确性:动态行为执行过程中,角色交互、行为先后关系是否正确。效用评估,与概念层相对应,是指在该体系结构指导下设计的系统能否满足决策者、系统使用者所需的系统性能和效能要求,同时包括是否满足系统所需的非功能性要求。
3综合电子信息系统体系结构评估指标语法评估包括四方面内容
3.1语法评估指标分析
由于语法规则是一个体系结构建立之初要遵循的基本规则,如果前述四方面有任一方面验证结果为否,则该体系结构即可判定为不合格产品。所以,语法评估采用数学集合论方法,其评估指标可以表述为:体系结构产品规范指标A1:若全部满足规范A1=1,否则A1=0;建模语言规范指标A2:若全部满足规范A2=1,否则A2=0;数据完备性指标A3:若全部满足A3=1,否则A3=0;数据一致性指标A4:若全部满足A4=1,否则A4=0;语法评估综合指标A0:A0=A1∩A2∩A3∩A4。
3.2逻辑评估指标分析
体系结构逻辑评估需要建立动态可执行模型,通过仿真运行进行判断。常用的动态可执行模型建模方法有结构化可执行模型生成方法、基于对象Petri网的可执行模型生成方法等。逻辑评估同样是“一票否决”,其评估指标描述如下:
(1)规则合理性指标B1:若全部规则合理B1=1,否则B1=0;
(2)状态可达性指标B2:若设计中能够相互转换的状态之间确实能够实现可达,则B2=1,否则B2=0;
(3)时序正确性指标B3:若设计中的所有时序关系正确,则B3=1,否则B3=0;
(4)逻辑评估综合指标B0:B0=B1∩B2∩B3。
3.3效用评估指标分析
效用评估同样需要在动态可执行模型基础上收集数据、进行评价。常用的效用评估方法有体系架构权衡分析方法(ATAM)、软件体系结构分析方法(SAAM)等,其基本原理是针对特定的目标对象构建仿真场景和流程进行动态评估。效用评估包括系统性能评估、系统效能评估及系统非功能性需求评估。系统性能指标是指软件系统在自身软硬件等技术条件基础上能够达到的运行能力指标。常见的系统性能指标有:
(1)系统响应时间:从用户发送指令到系统反馈其所需服务或信息所用的时间。
(2)系统吞吐量:指系统在单位时间内处理的请求或数据的输入输出量。
(3)系统资源使用率:常见的有CPU占有率、内存使用率。系统效能指标是指针对特定的作战场景和作战对象,通过系统集成,使得作战过程能够满足的战绩指标。针对不同的作战场景和任务,效能指标各不相同。如美国弹道导弹防御系统(BallisticMissileDefenseSystem,BMDS)针对来袭导弹预警作战场景,典型的指标有:
(1)预警覆盖范围:指BMDS系统针对威胁目标的作用空域范围。
(2)预警时间:从判断确定目标为来袭导弹时刻起,到导弹到达保护区的时间。
(3)信息精度:系统提供信息的真实性,常用误差来表示。如探测精度、数据率、信息融合处理精度、预测算法精度等。
(4)目标容量:系统能应对的最大目标数,用于衡量系统抗饱和攻击的能力。
(5)识别准确率:正确识别来袭导弹的概率。系统非功能性指标应从安全易用、移植扩展及决策管理三个角度考虑。安全易用考量了现有系统的可用性,移植扩展保障了系统的发展,决策管理则是从现实角度度量了系统的可实现性。非功能性指标定义如表1所示。
3.4体系结构评估指标与体系结构产品的关系
DoDIEAv2.0包含13个体系结构产品,评价过程中需要从各个产品中提取出指标信息。对于语法评估,要按照评估指标对每一个产品进行语法验证;对于逻辑和效用评估,则主要根据评估指标组织产品、建立动态可执行模型进行评估。
4小结
随着物联网技术的兴起,国内有很多公司开发出了应用于高校的物联网实验平台,例如无锡泛太科技有限公司、深联致远科技有限公司和杭州喜马拉雅集团科技有限公司等。这些公司的物联网实验平台存在如下问题。1.各公司开发的物联网实验平台往往只提供相关项目的代码,由于公司的研发人员不具备教学经验,他们提供的项目很难与本专业的相关课程进行有机的结合。2.各公司开发的物联网实验平台采用的都是高端的ARM处理器,由于电子信息工程专业的学生只开设了51单片机的课程,由51过渡到带有嵌入式操作系统的高端ARM处理器的学习难度较大。3.各公司开发的物联网实验平台只提供物联网的感知层和网络层的相关实验,即使个别的平台也提供了应用层的实验,但这些实验很难与电子信息工程专业开设的相关课程进行有效的结合,学生在这样的平台下实验,很难达到较好的效果。4.各公司开发的物联网实验平台价格昂贵,每套价格都在万元以上,如果以此平台建立物联网实验室,资金投入较大。
二、物联网与电子信息专业课程体系的对应关系
物联网技术与电子信息工程专业课程体系的关系如图1所示。由图可以看出物联网可分为三个层,分别为感知层、网络层和应用层。下面研究这三个层与课程体系的对应关系。1.感知层与课程体系的对应关系。感知层是物联网的皮肤和五官,主要负责数据采集和数据短距离传输两部分,物联网的该层与专业课程体系中的Zigbee技术、RFID技术与应用、传感器及检测技术和单片机原理与应用等课程相对应。传感器及检测技术课程从属于物联网领域,传感器是获取信息的工具,位于系统之首,其作用相当于人体的五官,直接感受外部信息,将信息转化成可用信号,对系统的智能化起着决定性作用,智能程度愈高,系统对传感器的依赖程度愈大。ZigBee技术在射频与无线电技术、物联网技术、工业通信技术等领域具有广泛的应用。它是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技术。Zigbee技术是物联网平台感知层的一个重要组成部分。RFID技术是一种利用无线通信实现的非接触式自动识别技术,是基于射频识别的自动识别类的项目的核心技术,并且RFID技术也成为了物联网感知层的核心技术。传感器及检测技术课程在物联网的感知层负责的是数据的采集。Zigbee技术、RFID技术与应用这两门课程在物联网的感知层负责的是数据的短距离传输。单片机原理与应用课程在物联网的感知层负责的是数据采集与数据短距离传输之间的桥梁。2.网络层与课程体系的对应关系。网络层主要负责把感知层感知到的数据无障碍、可靠及安全地进行传送,物联网的该层与专业课程体系中的通信原理、信息论与编码、通信网及接入技术和工业通信技术基础等课程相对应。这些课程给物联网的网络层技术提供理论支撑,是物联网网络层理论基础。3.应用层与课程体系的对应关系。应用层主要负责把感知和传输来的数据进行分析和处理,做出正确的控制和决策,物联网的该层与专业课程体系中的电子系统软件设计、监控系统软件基础、3G技术应用和数字图像处理等课程相对应。
三、物联网实践教学平台的设计
物联网的三个层都有相应的课程与之对应,但学生在进行课程的理论学习和实践学习的时候,课程之间比较孤立,很难建立这种对应的关系,所以导致课程的理论和实践教学效果较差。通过以上分析可以看出物联网技术与电子信息工程专业课程体系有着紧密的关系,该关系是设计并实现基于物联网技术的实践教学平台的基础。以物联网技术与电子信息专业课程体系的对应关系为依托,结合本专业理论教学与实践教学的特点设计符合本专业的物联网实践教学平台。该实践教学平台如图2所示。该平台硬件由ARM嵌入式主板、模块板和PC机平台或手机平台构成。模块板中RFID模块、Zigbee模块、蓝牙模块、传感器模块和GPS模块主要负责物联网感知层的功能,感知层的每一个模块都有与之对应的理论课程,在利用模块进行感知层实验时可以让学生更深刻地理解与之对应的理论课程的知识点,达到理论与实践的统一。模块板中以太网模块、GPRS模块和WIFI模块主要负责物联网网络层的功能,网络层的两个模块都有与之对应的理论课程,同样在利用模块进行网络层实验时可以让学生更深刻地理解通信原理、信息论与编码这些理论性较强的课程的知识点。PC机平台或手机平台主要负责物联网应用层的功能,基于这两个平台的应用层软件开发,可以将传输层上传的数据进行更好地显示和存储,这正是监控系统软件设计这样的专业课所涉及的知识。而ARM嵌入式主板是感知层模块和网络层模块之间的桥梁。它一方面负责与传感器模块及短距离传输模块进行通信进行数据的获取,另一方面它将获取到的数据通过网络层模块进行传输与上位机进行通信。
ARM嵌入式主板采用意法半导体公司的STM32系列处理器,方便学生由51快速的过渡到ARM处理器的学习,PC机平台选用Windows操作系统,手机平台选用Android操作系统。
四、教学效果
1.1促进电子信息工程科技在人类生活中的发展和应用考虑到当代人类社会的发展现状:日新月异的高科技不断涌现出来,并迅速带动着相关产业乃至整个社会经济的发展、进步;特别是电子信息技术专业化、信息化程度的迅速提高,有逐渐演变为各行业发展的核心推动力的趋势。这一现代科技被更广泛地投入应用,彻底转变了现代人类的思维方式,在很大程度上推动了社会化大生产的发展,提升了社会化的生活质量;而且,在某种意义上也驱使着人们展望更加美好的未来。当然,即便国内政府对应用、发展电子信息工程技术给予极大的支持,可因为这项科学技术兴起的时间仍比较短,所以在具体实施的时候不可避免地会遇到各种阻碍,现阶段我国仍旧未能广泛地普及、推广这项电子技术。所以说,我们必须在这项技术建设中投入更多的时间和金钱,以更好地推进此项现代化科技在我国的普及工作。如今,电子信息工程这项现代化技术对于人们日常生活的影响越来越大,并且在现实中的应用呈现出加速增长的势头,更加快速地融入到了生活及生产的各个方面当中。举例说明,像移动数字电视、互联网视频、微博互动浏览、手机购物等现代化电子商务、电子信息的沟通与使用,彻底转变了常规的生活、工作交流信息的方式,推动了生活节奏的加快,也带动了时尚化、科学化风潮的出现。比如现代社会中人们必不可少的智能手机、平板电脑等,不但使人们的生活、工作更加便捷,同时还减少了生活支出,进而提升了人们的生活质量。
1.2促进电子信息工程技术在航空航天领域的发展与应用众所周知,当今科技乃是第一生产力。电子信息工程科技作为一种顶尖的现代科技,对于一个国家在一定空间范围内及国防领域都具有关键作用。要想进一步提升科技水平,就必须加强对电子信息技术的研究,特别是航空和网络信息领域,重点加强技术操作人员的信息处理能力、软件设计能力等专业化技能,推动我国空间电子信息处理、高空探测等的科技化、专业化的提高。在航空航天领域中,会用到电子工程信息技术的一般包括航空研究、开发、设计及管控等方面,举个例子,如之前东风-14洲际弹道导弹的成功研发就完全依赖于电子信息工程技术的支持和保障;再比如北斗卫星导航系统所提供的运行服务,几乎覆盖了整个亚太地区。在这些成功实例中,我们能够看出此项技术对于航天领域的重要性。虽然目前在航空技术领域取得了不错的成效,但仍需继续努力,为提高国防实力做出更多贡献。
1.3电子信息工程技术在企业发展中的应用随着现代社会经济的不断进步,企业之间的竞争日趋激烈,此时,对于系统的升级、管理模式的优化升级、竞争力的提高等来说,电子信息工程技术的作用就体现出来了。企业必须在着重考虑市场大环境的前提下,增强对电子信息工程的关注度,投入更多的精力与资金,然后依据企业的基本状况,把电子信息工程纳入发展规划当中,以推动企业内部产业结构的优化和升级,实现更大程度的突破。此外,还应当致力于财务融资渠道及技术创新途径的拓宽,这样做可以更有力保障市场竞争的公正公平,从而令电子信息工程行业的发展更为安全、高效。目前,任何企业都必须注重电子信息工程技术的推广和使用,特别是内部一些关键性项目及产业,结合电子信息技术可以更好地推进发展战略的实施,发挥更大的规模效应。此外,要想使企业在日趋白热化的市场竞争当中更好地生存,除了增强企业间的良性互动交流外,更应该大力拓宽电子信息的沟通平台,像借助微博、微信及手机购物等方式进行产品和企业文化的推广,提高资源的利用率和共享性。
2结束语
1.1电子信息产业市场较为混乱
据调查表明,目前市场上有部分个人使用的计算机软件大都是盗版产品,这样不仅侵犯了原版的知识产权,在一定的程度上海造成了我国电子信息产业的病态。信息产业市场缺乏一定的竞争力,这也严重制约了我国电子信息工程现代化技术的发展,并且我国的电子信息技术相对于西方发达国家来说,起步较晚,因此我国的电子信息技术的发展速度远远不如西方等国,加之人们对电子信息技术的认识还比较片面,大多数人根本没有意识到电子信息市场对产品创新的要求。以上这些因素都是造成我国信息产业市场多元化不强、电子信息工程现代化技术发展缓慢的重要原因。
1.2缺乏创新意识
电子信息产业是一门新兴的科学技术,我国大部分电子产品都是从国外引进的,因此属于我国自己电子信息工程现代化技术就寥寥无几,如果想要电子信息工程现代化技术在我国取得飞跃性的发展,我国人民就必须将引进的知识进行消化、吸收,并研发出属于我国的电子信息技术。但是根据研究表明,至今我国仍然没有一个完善的电子信息工程现代化技术的发展体系,严重缺乏独立、创新的精神。
2电子信息工程的现代化技术发展的研究与探讨
随着网络以及计算机信息技术的应用普及,目前电子信息工程现代化技术在我国经济建设中的重要性也越来越突出,为了促进我国电子信息工程的现代化技术持续、稳定发展,面对我国电子信息工程现代化技术发展的局面,采取一定的解决措施很有必要,笔者认为想要有效地改善我国电子信息工程现代化技术发展的局面,可以从以下几点着手。
2.1营造良好的发展环境
良好的市场环境是电子信息工程现代化技术顺利发展的重要保障,一个良好的信息市场环境能够有效促进电子信息工程现代化技术的发展,以及电子信息技术的创新与应用。营造良好的发展环境,首先国家应该高度重视,在政治和经济上都应该大力支持,着力改善电子信息市场中存在的问题,其次应该对我国的电子信息市场进行严格的规范,有效地降低我国电子信息市场中盗版产品的流通,最后电子信息工程现代化技术的发展应该充分地遵从国家的政策,树立良好的产业形象,进而带动整个信息市场风气的转变。
2.2明确发展目标
对电子信息管理平台进行设计和开发的过程整体周期相对较长,因此需要大量的人力物力,为了保障项目成功的开发,就须制定一个详细的开发计划进行指导,通常使用系统开发生命周期法(SystemDevelopmentLifeCycle,SDLC)。这种方法在实际的运用过程当中很少使用SDLC的,通常都是使用SDLC的几种类型变体方法,这些变体的方法,主要有:(1)以生命周期为基础的变体,这种变体主要强调的是生命周期阶段之间的主要顺序关系,通常阶段性完成之后就很难再回头。(2)以迭代为基础的变体,这种变体一般是指蛛网模型的类型,主要强调生命周期的阶段之间的迭代性,并随着需求的增多开始不断的进行修改并增加迭代的次数等。(3)以用户为主的变体,这项变体通常是主一些社会系统,又分为社会和技术两个子系统,然后将这两个系统放到同一个阶段当中来进行考虑。
2电子信息管理平台项目的实际开发阶段
在实际的开发阶段当中,通常将其分成五个小阶段来进行:(1)项目计划,在这个阶段,主要是为了确认新系统具体的作用域,并以此来保障项目的可行性。同时还应当制定一套完善项目进度表,参照进度表来分配资源并进行预算分析。然后,制定出具体的项目开发进度表,针对每一个进度来分配人员和资源。(2)项目分析,在这个阶段,主要是为了解和确定事业单位当中的商业需求以及所提出的处理要求,通过这些要求整理出具体的书面文件。(3)项目设计,在这个阶段已经正式的进入了系统的编码、设计阶段。最主要的还是相关的设计工作,这些设计工作主要包括设计并集成网络、设计用户界面、设计应用程序结构、设计并集成数据库、设计系统界面、集成系统控制、设计系统的细节部分等。(4)项目实施,项目进行到这个阶段已经初具雏形了,此时主要的任务就是需要对信息平台进行建立、测试以及安装系统的最后步骤。(5)获得支持,这个阶段的系统已经开始正式的运营起来,其运营的主要目标还是在往后的发展当中能够确保电子信息管理平台的正常可靠运营,这个阶段主要需要做到对最终用户的支持以及对系统的维护和增强,并将一直持续到系统升级为止。
3系统结构框架及其主要功能
电子信息管理系统主要由以下几个子系统构成:(1)人才服务管理系统,为决策者提供必要的信息数据,具体分为需求研究、数据采集、信息、人才服务等模块。(2)办公自动化管理子系统,为工作人员提供所需信息,同时负责办公业务数据统计、文件传输、自动化办公控制等。(3)人事资源管理子系统,为合理分配人力资源而采集的有效信息,负责人事管理中的奖罚问题。可分为人事计划、档案管理等模块。(4)财务管理子系统,帮助财务人员解决预算、融资、资产利用、降低成本等问题。直接关乎单位的利益,具体可分为会计核算、总账维护、财务计划和财务报表等模块。
4结语