一種建模仿真即服務的可信度計算方法

李 東，梅 錚

（1.南京理工大學，江蘇 南京 210094；2.航天系統仿真重點實驗室 北京仿真中心，北京 100854）

隨著計算技術、信息技術和以云計算為代表的新型技術飛速發展，以云計算為基礎的MSaaS等仿真服務為仿真應用的快速構建提供新的思路。MSaaS可信是基于仿真系統對實際世界復雜對象或系統實現正確觀察、分析與控制的保證[1]。

研究MSaaS仿真可信度計算時需要考慮兩方面的因素：一方面，MSaaS架構在滿足可信構建的同時，還應支持仿真資源的快速部署、高效調度和按需集成等；另一方面，可信度計算具有一定的獨立性，應重視可信度計算的理論和方法研究。針對不同的應用背景和需求，國內外學者進行了相關研究。Erdal Cayirci通過對MSaaS和軟件即服務（SaaS）進行比較，定義了MSaaS[2]。Tamas Kiss通過介紹云計算在MSaaS方面的潛力，從涉及提供和使用MSaaS和云計算的利益相關者的角度研究了業務模型[3]。Li Zhenlong提出了模型作為服務（MaaS），利用云計算的最新進展，通過Web接口使各種地球科學模型作為服務發布[4]。Wainer G展示了如何通過使用針對Web服務Mashup的新架構[5]。Sanders C G指出北約提出的MSaaS理念旨在解決云計算、面向服務的架構等技術與仿真應用結合、相互關聯關系等問題[6]。

可見目前國內外學者對MSaaS的研究主要將虛擬化和云計算用作軍事和民用建模與仿真的基礎架構和平臺，僅開展了頂層技術的研究和部分關鍵技術的原理驗證，而針對MSaaS仿真系統可信度的研究甚少，且其可信度計算中可信傳遞的數學模型難以建立及求解。因此，如何建立一個MSaaS仿真系統的綜合可信度評估指標體系，如何對該系統可信程度進行定量描述是亟需解決的問題。

針對上述問題，本文提出了一種MSaaS仿真可信度計算方法。通過分析不同層面的因素，建立MSaaS的仿真架構，構建MSaaS可信指標體系，通過AHP和模糊綜合評價相結合的評估方法對系統的可信度進行評估。

1 MSaaS仿真架構可信度指標建立

1.1 基于MSaaS仿真可信度指標設計思想

由于構建MSaaS的仿真系統需要涉及用戶層，MSaaS中間件層和MSaaS平臺層，涵蓋了由數據、模型等構成的多個不同層面的可信計算。基于此，從模型資源可信度、地理信息系統可信度、數據傳輸可信度和仿真監視可信度建立MSaaS仿真可信性指標體系，如圖1所示。

圖1 基于MSaaS仿真可信度指標體系

1.2 基于MSaaS仿真的可信度量方法

本文采用層次分析法[7]來確定各評價因素的權重大小，主要步驟如下：

1.2.1 構造判斷矩陣

邀請相關專家采用9標度法，將同一層次的指標進行兩兩比較，按照指標重要性定性打分，構成判斷矩陣。

1.2.2 確定各指標權值

采用和法求取判斷矩陣的最大特征根和相應特征向量，下面對和法的計算步驟進行介紹：

（1）將判斷矩陣A=（aij）n×n按列歸一化，即

1.2.3 一致性檢驗

（1）計算一致性指標CI（Consistence Index）

（2）平均隨機一致性指標RI（Random Index）；

（3）計算一致性比例CR（Consistency Ratio），一致性比例通過下式計算：

CR=CI/RI，其中，RI（Random Index）為平均隨機一致性指標。

2 基于MSaaS海陸空作戰仿真可信度分析

下面以基于MSaaS海陸空作戰仿真為例，進行仿真系統可信度評估。

根據MSaaS仿真可信度指標體系，將三軍作戰模型和結果分析模型作為模型資源服務的細化指標。影響三軍作戰模型可信度的因素包括完備性、正確性、精確度三個方面；對仿真結果一些性能參數，如突防能力、打擊能力、防御能力和毀傷能力的完整性、準確性和精度等方面分析仿真結果的可信性，如圖2所示。

圖2 基于MSaaS的海陸空作戰仿真

2.1 單因素評判

2.1.1 建立因素集與評判集

從圖2中可以看出：

因素集U12=｛U121=突防能力，

U122=打擊能力，

U123=防御能力，

U124=毀傷能力｝。

系統采用五粒度的單因素評判，其描述如表1所示。

表1 評判集的劃分與描述

2.1.2 構造兩兩比較判斷矩陣

本文通過邀請相關領域的5名專家進行打分，對數據進行統計分析，得判斷矩陣：

2.1.3 確定權重

根據上述矩陣A可得出最大特征根的近似值

求得的特征向量為：[0.4773，0.2880，0.1539，0.0809]，該特征向量即所求的權重向量。

2.1.4 一致性檢驗

本文n=4，RI=0.89，

計算得CI=（λmax-n）/（n-1）=0.0070，

2.2 對上述海陸空作戰仿真進行評價

邀請專家對海陸空作戰仿真結果分析模型可信度的突防能力、打擊能力、防御能力、毀傷能力進行定性評分，得到模糊關系矩陣R如表2所示。

表2 模糊關系矩陣

2.3 綜合評判

為了突出關鍵因素，在海陸空作戰仿真可信度綜合評判中采用主因素突出型算子進行評判，其評判結果為：

將評判結果B進行歸一化得到：

同理最終得到海陸空作戰仿真可信度最終評判結果為：

由上可知，評判集V中的元素v1對應的隸屬值最大，為0.4211，故該仿真可信度等級為“較好”。

3 結論

本文提出了基于AHP和模糊綜合評價相結合的方法，對MSaaS仿真評估指標體系進行分析。該方法根據模糊綜合評價理論得到有效的可信度評估結果，解決了MSaaS可信度計算中可信傳遞的數學模型難以建立并求解的問題，實例結果表明該方法可對MSaaS仿真系統進行有效的可信度評估。