基于云计算的装备保障系统架构研究

韩朝帅,潘恩超,刘瑞起,刘 晓,刘 宁

(1.防化研究院装备保障研究室，北京 102205； 2.中国人民解放军 66321部队，北京 102205)



基于云计算的装备保障系统架构研究

韩朝帅1,潘恩超1,刘瑞起1,刘 晓2,刘 宁1

(1.防化研究院装备保障研究室，北京 102205； 2.中国人民解放军 66321部队，北京 102205)

针对现有装备保障系统无法满足信息化战争对其全程信息共享、全域资源重组和柔性供应管理等方面的要求这一现状，提出了采用云计算技术构建装备保障系统的方法，并研究了该系统的基本架构；首先，对装备保障系统的目标和功能进行研究；其次，根据系统目标和功能，分析基于云计算的装备保障系统的基本结构，构建其云计算架构，并对系统的安全进行探讨；最后，在系统云数据中心和数据流向分析的基础上，构建出系统的数据挖掘架构；该研究对加快装备保障信息化建设具有重要的参考价值。

装备保障；大数据；云计算；数据挖掘

0 引言

装备保障系统是高效完成装备保障工作的物质基础[1]。随着信息技术在装备建设领域中的广泛应用，装备性能和复杂程度不断提高，我军的装备保障也快速迈入大数据时代，如何适应复杂多变的军事任务环境，保持和增强保障的可变性、灵活性和主动性，高效收集、分析和处理这些海量数据，实现对装备的实时监控、主动性维修和技术管理，一直是装备保障工作亟待解决的热点问题。

现行的装备保障系统主要采用静态的、专用式的信息管理模式[2-5]，无法满足新形势下装备保障对全程信息共享、全域资源重组和柔性管理等[6]方面的迫切需求。本文围绕新形势下装备保障系统的“大数据”特点，利用云计算不受地点、时间、设备、系统限制的特点[7]，提出以云计算技术为核心、以云数据为中心的模式构建装备保障系统(简称装备保障云系统)，并重点对系统架构和系统的数据挖掘架构进行研究，为研究装备保障工作提供了新的方法。

1 装备保障系统概述

装备保障系统是指在装备的全寿命周期内，为装备使用和维修所研制的全部保障资源的有机综合体[8]。以下主要从系统的目标和功能两个方面对装备保障系统进行概述。

1.1 系统目标

装备保障系统的根本目标是经济有效的达到装备完好性要求，实现装备的综合保障[9]。根据我军装备发展方向、未来科技的发展趋势以及当前装备保障的实际情况[10]，科学论证、严密规划，从保障力量、保障能力和保障行动3个方面构建符合当前我军实际的装备保障系统目标体系，如图1所示。

图1 装备保障系统目标体系模型

由图1可知，装备保障系统通过打造一支以“信息主导、军民融合、平战结合、专业集成”为目标的保障力量，从而达到“反应敏捷、部署快速、保障主动、供应精确”的能力，进而实现指挥自动化、资源可视化、作业标准化和力量模块化，达到装备综合保障这一最终目标。

1.2 系统功能

通过对各目标进行分析，结合当前装备保障系统的功能特点[11]，研究得出装备保障云系统的4个基本职能：装备管理、装备维修、保障资源管理和装备保障训练，具体如图2所示。其中装备管理功能主要包括装备调配、动用、技术状况监控及实力评估等功能；装备维修功能主要包括装备维修需求预测与计划、维修组织、维修评估等功能；保障资源管理功能是指对装备信息、人力、设施设备等保障资源进行管理和评估工作；装备保障训练功能主要包括基础训练、专业训练和课题训练3个基本功能。

图2 装备保障系统功能结构

2 装备保障云系统架构

装备保障云系统是一个复杂的人工系统，对其架构展开研究和构建必须以科学的方法论为指导，为此，在明确系统功能的基础上，对系统的基本结构进行研究，进而得到系统的整体架构。

2.1 系统基本结构

根据装备保障系统的基本功能，结合云计算全程信息共享、全域资源重组和柔性供应管理的特点，构建装备保障云系统的基本结构。如图3所示，装备保障云系统主要由情报与决策模块、指挥控制模块、行动模块、资源管理模块和评估与信息反馈模块构成，这5个模块相互通信协调，从装备保障信息网格获取装备战场损伤状况、保障资源等信息，进而实现装备的综合保障。

图3 装备保障云系统结构

2.2 系统架构

云架构通常包含3个基本层次[12]：基础设施层、平台层和应用层，其通过网络的方式将云中的服务交付给各级用户。根据云架构的三层特点，结合装备保障云系统的具体特点，构建其系统架构，如图4所示。

图4 装备保障云系统架构

由图4可知，装备保障云系统架构分为四层：基础设施层、硬件资源层、基础软件层和应用软件层。基础设施层主要包括机房、机柜、配电室、空调等机房基础设施。硬件资源层是采用虚拟化技术将机房基础设施、加密网络等硬件资源进行抽象，实现内部管理、自动操作和优化管理。基础软件层是以装备管理软件、质量法规软件等具有通用性和可复用性的软件为核心构建而成，其主要目的是为实现应用层软件的可伸缩性、可用性和安全性。应用软件层是云上情报与决策支持、指挥控制、保障行动、保障评估和信息反馈等应用软件的集合，其建立在硬件资源层提供的硬件资源和基础软件层提供的环境上，通过网络交付给用户。

2.3 系统关键技术

装备保障云系统的核心是利用云计算技术的分布式处理、并行计算和网格计算等功能，进而实现对装备保障相关软硬件资源的虚拟化、相关数据的存储和管理。系统的关键技术主要包括虚拟机技术、数据存储技术、数据管理技术、分布式编程与计算技术、虚拟资源的管理和调度技术、业务接口技术、安全防护技术等。虚拟机技术旨在实现服务器的虚拟化；数据存储技术主要实现对装备保障云系统各类数据的存储，具有分布式、吞吐率高和传输率高的特点；数据管理技术是指如何在海量的数据存储、读取后进行高速快捷的进行数据分析，进而为装备保障提供决策辅助；分布式编程与计算技术是为了使各级用户能快捷方便地使用服务，可以通过编写简单的程序来实现特定的目的；虚拟资源的管理与调度技术是通过整合物理资源形成资源池，并通过资源管理层(管理中间件)实现对资源池中虚拟资源的管理、任务管理、用户管理和安全管理等工作，实现节点故障的屏蔽，资源状况监视，用户任务调度，用户身份管理等多重功能；业务接口技术是为了方便业务由传统IT系统向云计算环境的迁移。

2.4 系统安全分析

安全问题一直是云计算应用于各领域面临的核心问题之一，其一般分为数据安全和系统安全。数据安全主要包括数据的完整性、保密性、非否认性和信息真实性。系统安全主要包括系统的可用性、可控性和实体真实性。针对这些安全问题，一般采用“技术对策、安全管理、用户防范、法律保障”的原则，常用的解决方案包括基于云计算的安全防护解决方案、基于云计算的集中存储保密解决方案和基于云计算的身份管理解决方案等[13]。针对装备保障的高度安全要求，建议不同层级采用不同的方案、多种方案并行作用的方式进行安全防护。

3 装备保障云系统数据挖掘架构

数据挖掘是指从海量的、有噪声的数据中获取有用的知识，主要分为数据准备、数据分析、得出结论3个阶段。装备保障云系统数据挖掘是以云数据为中心，不尽避免数据延迟，提高了挖掘的精度和效率，同时实现了数据的关联和自服务。

3.1 云数据中心

云数据中心就是集中管理的资源池，包括计算资源、存储资源、通信资源和软件资源等。装备保障云系统的数据中心主要由表示层和数据层构成，其中数据层包含了装备保障的数据元素实体、实体的属性及相互之间的联系，如图5所示。

图5 装备保障云系统数据中心架构

根据装备保障云系统的数据中心架构，对系统中信息的连接和数据的流向进行分析。首先，对各类线性和非线性的数据进行结构划分；其次，确定需要分析处理的主要数据，尤其是元数据[14]，明确各数据名称、大小、格式及与其他数据项的关系；最后，对这些海量的数据进行筛选、处理，得到数据的分析结果。图6为装备保障云系统的数据流图。

图6 装备保障云系统数据流图

3.2 云数据挖掘架构

根据装备保障云系统的数据中心架构和数据流向，综合考虑系统各云块相互独立而又有效连接的特点，确定综合保障云系统的数据挖掘架构，如图7所示。

图7 装备保障云系统数据挖掘架构

由图7可知，数据层中的数据既可来源于数据库或用户端上传的文本、表格等，又可来源于云端中的数据库；数据服务层对各类含有噪声的数据进行筛选、加工，得到满足数据挖掘算法的有效数据；应用程序云是综合保障云系统数据挖掘的关键模块；知识云主要用于数据挖掘相关知识的存储，其具有添加、删除、更改、查询等功能；针对用户的请求，算法云向应用程序云提供数据挖掘需要的算法；用户通过使用显示设备来访问系统的各种程序。

4 结论

本文针对新形势下装备保障面临的全程信息共享、全域资源重组和柔性管理等方面的迫切需求，以云计算技术为核心，以云数据中心为依托构建了装备保障系统的总体架构和数据挖掘架构，为研究新时期装备保障提供了有益的参考价值。

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Research on Architecture of Equipment Support System Based on Cloud Computing

Han Chaoshuai1, Pan Enchao1, Liu Ruiqi1, Liu Xiao2, Liu Ning1

(1.Equipment Support Department, Prevent Chemical Institute，Beijing 102205,China;2.Troops 66321 of PLA, Beijing 102205,China)

On account of the current situation that existing equipment support can not meet the requirements for full information sharing, reorganization of global resources, flexible supply management and other aspects in IT-based warfare, putting forward the method to build equipment support system based on cloud computing technology, and studying its basic architecture. First of all, discuss the objective and function of equipment support system. Secondly, in the light of the system goal and function, dissect the basic structure of equipment support system based on cloud computing, construct its cloud computing architecture, and explore its security. Finally, build the data mining architecture of this system by analyzing its cloud data center and data stream. This study provides an important reference value for accelerating the information construction of equipment support.

equipment support; large data; cloud computing; data Mining

2015-08-23；

2015-11-05。

韩朝帅(1993-)，男，主要从事装备综合保障工程方向的研究。

1671-4598(2016)03-0103-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.03.028

TP3

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