互操作：概念、架構與評價體系綜述

張劭陽+張在龍+吳倩

摘 要：隨著信息技術在各個領域的廣泛應用，其在規范業務管理、優化業務流程、提高業務效率等方面發揮了重要作用，但由于組織管理與業務分工的關系，形成了大量的“信息孤島”和“業務孤島”，其信息系統效能未得到充分發揮。互操作是實現信息系統間業務協同、共享信息和交換信息的核心技術，是解決分布式、異構環境下系統整合問題的有效方法。論文首先解析了互操作的基本概念及應用領域，對比分析了互操作與互聯互通等相關概念的關系，然后歸納總結了互操作的特征，最后對互操作標準體系的評價體系指標進行了梳理。

關鍵詞：互操作；互聯互通；架構體系；評價體系

中圖分類號： TP393 文獻標識碼：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）起初源自于軍事情報領域。美軍首先提出了C4概念，即指揮與控制（Command and Control）、通訊（Communication）、計算機（Computer）。該系統是一個情報搜索系統或者是一個指揮系統，情報或者信息按照最有效的路徑、以最準確的方式，從源頭開始，直至給使用者，形成多米諾骨牌似的聯動效果，這種機制稱為互操作。它是一種能力，可以實現系統之間的業務協作，信息的共享以及信息的交換等，也是解決分布式異構系統整合問題的方法。

2 互操作應用領域

2.1 軍事

實現軍隊多兵種間聯合作戰，需要重視軍事信息系統的互操作性問題。各軍事強國為了加快實現軍事信息系統的互操作性，投入了大量的人力、物力和財力，制訂了有關互操作的戰略規劃，推行了一系列通用技術標準等。當前，美軍的互操作性研究較為全面。美軍互操作體系框架由戰略層（Strategic Level）、操作層和戰術層（Operational Level and Tacfical Level）、技術層（Technology Level）等三個層次組成。

2.2 電子醫療

澳大利亞Nehta（National E.Health Transition Authority）提出的電子醫療互操作體系，主要包括醫療組織、信息和技術三方面互操作。國內主要醫療機構在管理數據和流程方面，一般需要數十個以上的醫療信息子系統來共同實現，以期滿足相關科室的需要，同時這些子系統涉及的軟件開發商眾多，多數為分布式異構系統，給系統間的協同工作和信息共享帶來很大難度。

2.3 交通

互操作在交通領域中主要集中在交通信息集成與共享、綜合保障及調度等大型系統中的應用上。在交通信息集成與共享方面，如鐵路公用基礎信息平臺、城軌信息共享平臺、交通監控系統信息共享平臺、交通信息集成、交通安全信息集成；在綜合保障等大型系統中的應用有高速鐵路綜合調度系統、青藏鐵路應急救援指揮系統、電動汽車充換電服務網絡、ETC系統、管軌運輸綜合保障與控制系統。目前，互操作的應用主要集中在理論研究、框架設計階段，并且互操作的應用大多停留在互聯互通階段。endprint

2.4 電子政務

目前，美國、英國、德國、加拿大、澳大利亞、日本、韓國等國家都相繼制定了本國的電子政務總體框架。歐盟也制定了泛歐電子政務服務互操作框架（EIF，European Interoperability Framework），旨在支持歐盟國家間的電子政務服務分發，為解決信息系統之間的互操作問題提供思路。

3 互操作定義及相關概念解析

由于各行業間的差異，對“互操作”產生了不同的定義及解釋。

3.1 互操作相關定義及基本特征

3.1.1 互操作相關定義

廣義上，互操作是指通過信息交換達成協調工作的能力；狹義上，它是不同平臺或編程語言間交換和共享數據的能力。為了實現平臺或編程語言之間的交換和共享數據，計算機系統能夠交換信息并按照設定的規則處理信息，其中包括硬件、應用軟件、操作系統、數據庫系統、數據格式、網絡等不同層次的互操作。

（1）《Computer Communication Dictionary》2016。最新版的計算機通信辭典中，互操作是指兩個或多個系統交換信息并相互使用已交換信息的能力，即一個系統接收和處理另一個系統發送來信息的能力。

（2）國際標準化組織地理信息技術委員會（ISO/TC 211）。它給出了互操作的定義，認為若兩個實體甲和乙能相互操作，則甲、乙對 “處理請求”均能有相同的理解，并且如果甲向乙提出“處理請求”，乙能對該請求能夠做出正確反應，并將結果返回給甲。

（3）美國環境系統研究所公司（ESRI）。該公司作為世界最大的地理信息系統技術提供商，其在2008年出版的技術白皮書中對互操作進行了定義：互操作是兩個或兩個以上的網絡、系統、設備或組件間交換信息和使用信息以便交換的能力。

（4）美國電氣和電子工程師協會（IEEE）。其在IEEE-SA 2011中對互操作定義是 “兩個或多個系統或系統組件交換并使用所交換信息的能力”：一是相互交換信息的能力，即能夠實現句法級互操作；二是完全理解信息的語義并正確使用已交換信息，且不需要人工參與，能夠實現語義級互操作。

3.1.2 互操作基本特征

如表1所示。

3.2 互操作與互聯互通的關系

互操作與互聯互通概念相比，其實有本質的差別，但也有共同之處，即包括了兩個或多個以上的系統、單元或部隊之間的信息交換和協同問題。

3.2.1 互聯

互聯簡言之就是相互聯系、相互關聯。也就是說在系統之間存在著一種無阻礙、暢通的通信關系。兩個網絡之間至少有一條在物理上的連接線路，它只是為網絡間交換數據提供基礎條件，但它不能保證網絡間一定能夠進行數據交換，這要取決于兩者之間的通信協議是否相互兼容。

3.2.2 互通

互通是兩個網絡之間能夠進行數據交換，但僅涉及通信的兩個網絡之間端到端的連接和數據交換，它是互操作的基礎。互通是系統在對外、對內、遠程等交互方面是統一的，其中在設備與網絡方面具有共享性。

3.2.3 三者間的關系

在這三者之間，以互聯為前提，互通為基礎以實現互操作。互聯決定信息系統內外的通信；互通提供更加方便的平臺，使信息能夠更好地交流和共享；在互聯互通的完成下，最終保證系統功能的互操作。滿足各個系統的交換、交流，可以說互聯、互通是實現系統互操作的基礎。

通過互操作，整個系統呈現系統特性（簡稱Sos），它擁有單個系統不具備的功能，能夠完成單個系統不能完成的任務。互聯、互通是系統之間的信息和數據的交流和共享，只影響系統功能的質量，而互操作則是系統之間的功能或服務的交流，它使系統的功能得以補償和提升。

4 互操作體系架構研究

體系架構是指導具體系統設計的首要前提，互操作體系架構是在互操作理論的指導下，研究實現互操作所需的條件、系統及系統間的關系，進而確定具有普適意義的互操作系統結構，從而總體上把握一般互操作問題的解決途徑。

4.1 互操作體系框架研究現狀

系統互操作基本框架主要涉及互操作規范、互操作描述語言、符號表示和數據描述四個方面，如圖3所示。

針對互操作框架所描述的問題，目前相關研究主要從三個層次進行：一般框架、公共類業務框架和具體領域框架。公共類業務框架一般以互聯網為背景，以語義網為基礎，采用公開和開放的規范或標準，由公共服務機構建設和維護針對互操作資源的維護和管理平臺。具體領域類框架以GIS、電子政務、醫療、軍事系統等方面的研究最有成效。通過這些研究，可以使得此類系統在全域范圍內實現互操作。

4.2 國內外案例

4.2.1 雅典互操作框架（AIF）

該框架的三個層次：概念層、技術層和應用層。概念層是明確需求和整合雅典科研成果；應用層是整合研發試點科研項目的經驗和技術，負責有關應用集成技術的知識轉讓；技術層是測試和整合科研原型項目。

4.2.2 GIS互操作體系框架

基于開放式虛擬模型（OVM）的互操作體系框架，定義公共虛擬接口，形成一套基本、通用的接口規范，能夠實現空間數據和軟件功能共享及互操作，六個層次組成，如圖5所示。

5 互操作評價體系

從之前的定義中我們可以看出，所謂互操作就是兩個或多個系統在互相連接的基礎上進行的一系列交互活動，如進行信息交換、資源共享和合作。對于系統互操作的評估可以從六個方面進行，如表2所示。

6 結束語

互操作將傳統的系統間互聯互通，協同管控延伸到了更為廣泛的概念，雖然“互操作”仍是一個發展中的概念，然而對于多系統發展來說，則是未來發展的趨勢。總體而言，目前有關系統互操作的研究涉及到理論、框架、模型和技術等層面，但還未能就互操作自身建立一套完成的概念和公理系統，互操作系統的實現主要還表現在根據特定的信息共享交換要求，建立相應的交互系統。本文針對目前國內外互操作領域研究的基礎及成果進行了總結分析，對于今后互操作的研究具有重要意義。endprint

參考文獻

[1] 美國電氣電子工程師學會.IEEE 100-2009.標準詞典—術語和定義詞匯表 [S].2009.

[2] Esri中國（北京）有限公司.標準與互操作.標準與互操作[C].Esri，2008.

[3] 賈利民，張遂征，袁寶軍.信息互操作系統理論與實現方法 [M].北京：電子工業出版社，2013.

[4] Chen D，Doumeingts G，Vernadat F.Architectures For Enterprise Integration And Interoperability：Past， Present And Future[J]. Computers In Industry， 2008， 59（7）：647-659.

[5] 賈利民，王艷輝，肖雪梅.信息系統互操作理論、技術與交通應用[M]. 北京：科學出版社，2010.

[6] Ghosh S，Ghosh S.Net Centricity And Technological Interoperability In Organizations：Perspectives And Strategies[M].Information Science Reference- Imprint Of：Igi Publishing，2009.

[7] 龔震宇.分布式空間信息服務開放互操作模型及其應用研究[D].北京：鐵道部科學研究院，2006.

[8] 沈兵兵，張子仲，張偉偉.基于Iec61968的電力系統互操作體系構建思路[J].南方電網技術，2015，9（11）：13-17.

[9] 王雄.構建互操作平臺關鍵技術及實現方法研究[D].北京：北京交通大學，2009.

[10] 孫珂，朱邵偉，李敏勇.互操作與系統生命力[J].艦船電子工程，2011，31（10）：113-117.

[11] 林華輝.協議互操作性測試理論與方法研究[D].合肥：中國科學技術大學，2007.

[12] 劉戰平.互聯互通互操作的重大意義[J].數字化用戶， 2013，19（12）.

[13] 陳健軍，王鵬，李國棟，等. 美軍信息系統互操作性測試、驗證與評估研究[J].國防科技，2016，37（5）：60-64.

[14] 馬東堂.軍事信息系統的互操作性研究[J].指揮控制與仿真，2009，31（4）：12-14.

[15] 張家祥，方凌江.影響互操作的因素及互操作的評估過程[C]. 中國系統工程學會學術年會.2006.

[16] 羅俊.管軌運輸綜合保障與控制系統互操作實現方法與技術研究[D].北京交通大學，2010.

[17] 趙晨暉，薛萬國，史鴻飛，等.醫療信息系統集成研究與實踐[J].中國數字醫學，2009，4（1）：22-26.endprint