互操作：概念、架构与评价体系综述

张劭阳+张在龙+吴倩

摘 要：随着信息技术在各个领域的广泛应用，其在规范业务管理、优化业务流程、提高业务效率等方面发挥了重要作用，但由于组织管理与业务分工的关系，形成了大量的“信息孤岛”和“业务孤岛”，其信息系统效能未得到充分发挥。互操作是实现信息系统间业务协同、共享信息和交换信息的核心技术，是解决分布式、异构环境下系统整合问题的有效方法。论文首先解析了互操作的基本概念及应用领域，对比分析了互操作与互联互通等相关概念的关系，然后归纳总结了互操作的特征，最后对互操作标准体系的评价体系指标进行了梳理。

关键词：互操作；互联互通；架构体系；评价体系

中图分类号： TP393 文献标识码：A

Interoperability： Summarize on Concepts， Architecture and Evaluation System

Zhang Shao-yang， Zhang Zai-long， Wu Qian

（Beijing Subway Operation Technology Centre， Beijing102208）

Abstract： With the wide application of information technology in all fields， in regulating business management， optimize business processes， improve business efficiency， etc， play an important role， but as a result of organizational management and business division of labor relations， has formed a large number of "information island" and "isolated island"， the system performance information has not been fully. Interoperability is to implement information systems business cooperation， information sharing and information exchange between the core technology， is to solve the problems of distributed， heterogeneous environment system integration method.This article first analyses the basic concept and application field of interoperability， comparison and analysis the interoperability with related concepts such as connectivity， then sum up the evaluation index system of interoperability standards system.

Key words： Interoperability； Interconnectivity； Architecture system； Evaluation system

1 引言

互操作（Interoperability）起初源自于軍事情报领域。美军首先提出了C4概念，即指挥与控制（Command and Control）、通讯（Communication）、计算机（Computer）。该系统是一个情报搜索系统或者是一个指挥系统，情报或者信息按照最有效的路径、以最准确的方式，从源头开始，直至给使用者，形成多米诺骨牌似的联动效果，这种机制称为互操作。它是一种能力，可以实现系统之间的业务协作，信息的共享以及信息的交换等，也是解决分布式异构系统整合问题的方法。

2 互操作应用领域

2.1 军事

实现军队多兵种间联合作战，需要重视军事信息系统的互操作性问题。各军事强国为了加快实现军事信息系统的互操作性，投入了大量的人力、物力和财力，制订了有关互操作的战略规划，推行了一系列通用技术标准等。当前，美军的互操作性研究较为全面。美军互操作体系框架由战略层（Strategic Level）、操作层和战术层（Operational Level and Tacfical Level）、技术层（Technology Level）等三个层次组成。

2.2 电子医疗

澳大利亚Nehta（National E.Health Transition Authority）提出的电子医疗互操作体系，主要包括医疗组织、信息和技术三方面互操作。国内主要医疗机构在管理数据和流程方面，一般需要数十个以上的医疗信息子系统来共同实现，以期满足相关科室的需要，同时这些子系统涉及的软件开发商众多，多数为分布式异构系统，给系统间的协同工作和信息共享带来很大难度。

2.3 交通

互操作在交通领域中主要集中在交通信息集成与共享、综合保障及调度等大型系统中的应用上。在交通信息集成与共享方面，如铁路公用基础信息平台、城轨信息共享平台、交通监控系统信息共享平台、交通信息集成、交通安全信息集成；在综合保障等大型系统中的应用有高速铁路综合调度系统、青藏铁路应急救援指挥系统、电动汽车充换电服务网络、ETC系统、管轨运输综合保障与控制系统。目前，互操作的应用主要集中在理论研究、框架设计阶段，并且互操作的应用大多停留在互联互通阶段。endprint

2.4 电子政务

目前，美国、英国、德国、加拿大、澳大利亚、日本、韩国等国家都相继制定了本国的电子政务总体框架。欧盟也制定了泛欧电子政务服务互操作框架（EIF，European Interoperability Framework），旨在支持欧盟国家间的电子政务服务分发，为解决信息系统之间的互操作问题提供思路。

3 互操作定义及相关概念解析

由于各行业间的差异，对“互操作”产生了不同的定义及解释。

3.1 互操作相关定义及基本特征

3.1.1 互操作相关定义

广义上，互操作是指通过信息交换达成协调工作的能力；狭义上，它是不同平台或编程语言间交换和共享数据的能力。为了实现平台或编程语言之间的交换和共享数据，计算机系统能够交换信息并按照设定的规则处理信息，其中包括硬件、应用软件、操作系统、数据库系统、数据格式、网络等不同层次的互操作。

（1）《Computer Communication Dictionary》2016。最新版的计算机通信辞典中，互操作是指两个或多个系统交换信息并相互使用已交换信息的能力，即一个系统接收和处理另一个系统发送来信息的能力。

（2）国际标准化组织地理信息技术委员会（ISO/TC 211）。它给出了互操作的定义，认为若两个实体甲和乙能相互操作，则甲、乙对 “处理请求”均能有相同的理解，并且如果甲向乙提出“处理请求”，乙能对该请求能够做出正确反应，并将结果返回给甲。

（3）美国环境系统研究所公司（ESRI）。该公司作为世界最大的地理信息系统技术提供商，其在2008年出版的技术白皮书中对互操作进行了定义：互操作是两个或两个以上的网络、系统、设备或组件间交换信息和使用信息以便交换的能力。

（4）美国电气和电子工程师协会（IEEE）。其在IEEE-SA 2011中对互操作定义是 “两个或多个系统或系统组件交换并使用所交换信息的能力”：一是相互交换信息的能力，即能够实现句法级互操作；二是完全理解信息的语义并正确使用已交换信息，且不需要人工参与，能够实现语义级互操作。

3.1.2 互操作基本特征

如表1所示。

3.2 互操作与互联互通的关系

互操作与互联互通概念相比，其实有本质的差别，但也有共同之处，即包括了两个或多个以上的系统、单元或部队之间的信息交换和协同问题。

3.2.1 互联

互联简言之就是相互联系、相互关联。也就是说在系统之间存在着一种无阻碍、畅通的通信关系。两个网络之间至少有一条在物理上的连接线路，它只是为网络间交换数据提供基础条件，但它不能保证网络间一定能够进行数据交换，这要取决于两者之间的通信协议是否相互兼容。

3.2.2 互通

互通是两个网络之间能够进行数据交换，但仅涉及通信的两个网络之间端到端的连接和数据交换，它是互操作的基础。互通是系统在对外、对内、远程等交互方面是统一的，其中在设备与网络方面具有共享性。

3.2.3 三者间的关系

在这三者之间，以互联为前提，互通为基础以实现互操作。互联决定信息系统内外的通信；互通提供更加方便的平台，使信息能够更好地交流和共享；在互联互通的完成下，最终保证系统功能的互操作。满足各个系统的交换、交流，可以说互联、互通是实现系统互操作的基础。

通过互操作，整个系统呈现系统特性（简称Sos），它拥有单个系统不具备的功能，能够完成单个系统不能完成的任务。互联、互通是系统之间的信息和数据的交流和共享，只影响系统功能的质量，而互操作则是系统之间的功能或服务的交流，它使系统的功能得以补偿和提升。

4 互操作體系架构研究

体系架构是指导具体系统设计的首要前提，互操作体系架构是在互操作理论的指导下，研究实现互操作所需的条件、系统及系统间的关系，进而确定具有普适意义的互操作系统结构，从而总体上把握一般互操作问题的解决途径。

4.1 互操作体系框架研究现状

系统互操作基本框架主要涉及互操作规范、互操作描述语言、符号表示和数据描述四个方面，如图3所示。

针对互操作框架所描述的问题，目前相关研究主要从三个层次进行：一般框架、公共类业务框架和具体领域框架。公共类业务框架一般以互联网为背景，以语义网为基础，采用公开和开放的规范或标准，由公共服务机构建设和维护针对互操作资源的维护和管理平台。具体领域类框架以GIS、电子政务、医疗、军事系统等方面的研究最有成效。通过这些研究，可以使得此类系统在全域范围内实现互操作。

4.2 国内外案例

4.2.1 雅典互操作框架（AIF）

该框架的三个层次：概念层、技术层和应用层。概念层是明确需求和整合雅典科研成果；应用层是整合研发试点科研项目的经验和技术，负责有关应用集成技术的知识转让；技术层是测试和整合科研原型项目。

4.2.2 GIS互操作体系框架

基于开放式虚拟模型（OVM）的互操作体系框架，定义公共虚拟接口，形成一套基本、通用的接口规范，能够实现空间数据和软件功能共享及互操作，六个层次组成，如图5所示。

5 互操作评价体系

从之前的定义中我们可以看出，所谓互操作就是两个或多个系统在互相连接的基础上进行的一系列交互活动，如进行信息交换、资源共享和合作。对于系统互操作的评估可以从六个方面进行，如表2所示。

6 结束语

互操作将传统的系统间互联互通，协同管控延伸到了更为广泛的概念，虽然“互操作”仍是一个发展中的概念，然而对于多系统发展来说，则是未来发展的趋势。总体而言，目前有关系统互操作的研究涉及到理论、框架、模型和技术等层面，但还未能就互操作自身建立一套完成的概念和公理系统，互操作系统的实现主要还表现在根据特定的信息共享交换要求，建立相应的交互系统。本文针对目前国内外互操作领域研究的基础及成果进行了总结分析，对于今后互操作的研究具有重要意义。endprint

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