一种信息系统的体系成熟度评价方法与流程

本发明涉及信息系统评价技术领域，尤其涉及一种信息系统的体系成熟度评价新方法。

背景技术：

军事信息系统将探测装备、指挥装备、信息化武器等各类作战资源有机交联在一体，以信息为主导，信息嵌入到物理域、认知域和社会域中，是涵盖物理域、信息域、认知域、社会域的复杂巨系统。目前的技术成熟度大多侧重于单一技术的评估，系统成熟度很少考虑各个单项技术之间、军事信息系统组成分系统之间的相对重要性，难以对信息系统的成熟性进行全面评估。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明针对军事信息系统的集成性、融合性、渗透性、增值性等特征，提供一种信息系统的体系成熟度评估方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种信息系统的体系成熟度评估方法，是通过信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和系统技术成熟度进行表征，互操作成熟度、互认知成熟度和系统技术成熟度又取决于n项分系统的分系统互操作成熟度、互认知成熟度和技术成熟度，分系统技术成熟度又取决于相应支撑的单项技术成熟度和技术集成成熟度；

对各个层次的成熟度采用分级量化评估形式进行描述，信息系统体系成熟度用体系成熟度等级表示、互操作成熟度用互操作成熟度等级表示、互认知成熟度用互认知成熟度等级表示、系统技术成熟度用系统技术成熟度等级表示；分系统互操作成熟度用分系统互操作成熟度等级表示、分系统互认知成熟度用分系统互认知成熟度等级表示、分系统技术成熟度用分系统技术成熟度等级表示；单项技术成熟度则采用技术成熟度等级表示，技术集成成熟度用集成成熟度等级表示；各层次的成熟度分别与相应的风险相对应，即成熟度等级越高，风险越低；成熟度等级越低，风险越高；采用从下至上依次建立各个成熟度等级评价模型；首先需要建立单项技术成熟度等级、集成成熟度等级到分系统技术成熟度等级的聚合模型；然后考虑n项分系统的相对重要性，分别建立分系统互操作成熟度等级、分系统互认知成熟度等级和分系统技术成熟度等级到互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和技术成熟度等级的聚合模型；最后建立互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和技术成熟度等级的聚合模型，从而得到信息系统体系成熟度评价结果；

信息系统是由n项分系统组成的复杂系统，分系统之间存在两两交互关系，采用线性加权的思想建立聚合模型，其中的权重采用网络化层次分析法，以反映分系统之间交互关系；具体的信息系统体系成熟度评价步骤如下：

①确定信息系统的分系统组成及关键技术；②分析信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和系统技术成熟度之间的相对重要性，基于层次分析法求解权重向量；③分析信息系统各个分系统之间的交互关系，构建权重的网络化判断矩阵，求解分系统的权重向量；④分析各分系统内部技术结构及集成关系，基于成熟度标准制定分系统的集成成熟度和技术成熟度等级标准；⑤依据定义的等级标准，确定各分系统的单项技术成熟度与技术之间的集成成熟度；⑥计算各分系统的技术成熟度，确定各分系统的互操作成熟度和互认知成熟度；⑦计算信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和技术成熟度；⑧计算信息系统的体系成熟度；

其中的分系统成熟度评价模型，信息系统分系统成熟度表征了分系统发展演化的状态和水平，是体系成熟度评价的基础，根据信息系统体系成熟度评价的步骤，首先对分系统成熟度的评价；

1)、.技术成熟度等级及评价，单项技术成熟度和技术集成成熟度是信息系统体系成熟度分析的基础，单项技术成熟度和技术集成成熟度等级决定了体系成熟度的高低；通常将单项技术成熟度划分为多级：从小到大，技术成熟度水平越来越高；

a.发现与报告基本原理，b.阐明技术方案和或应用，c.验证技术方案的关键功能和特性，d.在实验室环境中验证基础部件/原理样机有效，e.在实际使用模拟环境中验证部件/原理样机有效，f.在实际使用模拟环境中验证系统/分系统模型或原理样机有效，g.在使用环境中验证系统样机有效，h.真实系统通过测试与验证，i.真实系统通过多次任务的应用验证；

技术集成成熟度表征了两项技术之间的可集成状态，通常将技术集成成熟度划分为多级：从小到大，技术集成成熟度水平越来越高；

a.通过充分、详细的描述识别技术间的接口，b.通过接口，两种技术之间存在一定的相互作用，c.技术间可进行有序、充分地集成与交互，具有兼容性，d.对技术间集成的质量与保证细节描述很充分，e.对技术间集成的确立、管理和终止能有效控制，f.为达到预期应用，集成技术可被接收、转换并配置信息，g.技术集成已经过详细的校核和验证，认为是可行的，h.在系统环境下，实际集成完成了试验与演示，并达到任务要求，i.集成通过成功的任务实施得到了验证；

假设在信息系统第i(i＝1,2,…,n)项分系统共涉及到j项关键技术，且每一项关键技术已知各自的技术成熟度等级，则有技术成熟度等级矢量

对j项关键技术进行两两之间的集成成熟度分析，相同技术之间可完全集成，则建立第i项分系统的技术集成成熟度等级矩阵

式中取为9级。

则计算第i项分系统的技术成熟度等级矢量

第i项分系统中每一项关键技术所集成的技术数量不同，假设第k(k＝1,2,…,j)项技术所集成的技术数量为ik，则有第i项分系统的标准化技术成熟度等级矢量

则第i项分系统的技术成熟度表示为

2)、互操作成熟度等级及评价，为了更易于理解信息系统的军事活动载体特征以及基本信息系统的体系作战能力本质，采用增强型互操作成熟度模型评估信息系统的互操作成熟度；其军事信息系统的6个级别：

名称：隔离级，入门级，功能级，集成级，协作级，适应级；

结构：无结构设计，结构方法，项目体系结构，工程体系结构，联合体系结构，融合体系结构；

应用：手工作业，孤立程序，程序数据分离，构件化，服务化，敏捷化；

设施：独立，点到点连接，局域连接，广域连接，栅格连接，定义连接；

安全：物理隔绝，端点防护，局域防护，广域防护，跨域防护，免疫防护；

运维：手工运维，端设备运维，局域运维，广域运维，联动运维，定义运维；

数据：私有模型，程序模型，功能模型，领域模型，跨域共用，柔性构造；

其中的结构属性是对信息系统体系结构方法成熟度的评价，应用属性是对软件互操作能力的评价，设施属性是对网络互操作能力的评价，运维属性是对信息资源调度能力的评价，安全属性是对安全保密成熟度的评价，数据属性是对数据结构建模成熟度的评价；

针对第i项分系统，假设上述互操作属性对互操作成熟度的贡献权重分别为各个属性的成熟度等级分别为则第i项分系统的归一化互操作成熟度表示为

3)、互认知成熟度等级及评价，利用互认知成熟度等级评价信息系统的互认知能力，借鉴互理解和互遵循成熟度模型，建立互认知成熟度等级模型；

名称：隔离级，入门级，功能级，集成级，协作级，适应级；

制度/规则：默认传统规章，局部制度/规则，部门制度/规则，领域制度/规则，跨域制度/规则，适应制度/规则；

态势：手工作业，态势基准，知识分类架构，领域架构，关联架构，全景架构；

决策：文字表述，文/图表述，基本决策要素，领域决策要素，协作决策要素，适应性要素；

指控：经验指控，末端指控，基础指控，领域指控，联合指控，敏捷指控；

监察/评估：无监察/评估，运动式评估，周期式评估，制度式评估，联合评估，适应性评估；

其中的制度/规则属性是对信息系统的知识表征等规范落实范围和程度的评价，态势属性是对信息系统基于知识结构的基准性、一致性、关联性等表征战场态势程度的评价，决策属性是对信息系统基于决策要素的基准性、一致性、关联性等准确表征决策知识程度的评价，指控属性是对信息系统基于指控基准知识准确表征指挥控制过程的评价，监察/评估属性是评价信息系统各种能力和措施落实的成熟度；

针对第i项分系统，假设上述互认知属性对互认知成熟度的贡献权重分别为各个属性的成熟度等级分别为则第i项分系统的归一化互认知成熟度表示为

4)、分系统权重，在对分系统互操作成熟度、分系统互认知成熟度、分系统技术成熟度进行聚合时，利用权重表示子系统对体系的重要程度；信息系统中的n项分系统由于信息交互和共享关系，它们是相互联系、相互影响的，采用网络层次分析法能很好地处理、反映各个分系统之间的相互重要性程度；基于网络层次分析法的1～9标度对分系统进行量化，通过计算网络的两两比较判断矩阵、构建无权超矩阵和加权超矩阵、计算极限超矩阵，最后进行综合排序得到权重值；假设求得n项分系统的权重向量为w＝(w1,w2,…,wn)；

其中的体系成熟度评价模型，基于加权求和的方法，对信息系统分系统互操作成熟度、分系统互认知成熟度、分系统技术成熟度进行聚合，分别得到信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度如下：

利用权重集(w¹,w²,w³)表示信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度的相对重要性，则有信息系统体系成熟度等级评价模型

isrl＝w¹·iorl+w²·mkrl+w³·strl(11)

式中isrl的取值范围为[0,1]，综观上述评估流程，体系成熟度评估了给定发展阶段下信息系统的潜在成熟水平，是基于该值比较不同信息系统的成熟度大小。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一种信息系统的体系成熟度评估方法，是采用从下至上依次建立各个成熟度等级评价模型；首先需要建立单项技术成熟度等级、集成成熟度等级到分系统技术成熟度等级的聚合模型；然后考虑n项分系统的相对重要性，分别建立分系统互操作成熟度等级、分系统互认知成熟度等级和分系统技术成熟度等级到互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和技术成熟度等级的聚合模型；最后建立互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和技术成熟度等级的聚合模型，从而得到信息系统体系成熟度评价结果；本发明克服了现有单一技术的评估缺陷，能够对信息系统组成分系统之间的相对重要性、成熟性进行全面评估。其中采用的评估流程，体系成熟度评估了给定发展阶段下信息系统的潜在成熟水平，但取值本身并不具备明显的物理意义，只是基于该值比较不同信息系统的成熟度大小。

附图说明

图1为信息系统的体系成熟度评价框架图。

具体实施方式

如图1所示，一种信息系统的体系成熟度评估方法，采用的信息系统体系成熟度评价可分为如下8个主要步骤：①确定信息系统的主要分系统组成及关键技术。②分析信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和系统技术成熟度之间的相对重要性，基于层次分析法求解权重向量。③分析信息系统各个分系统之间的交互关系，构建权重的网络化判断矩阵，求解分系统的权重向量。④分析各分系统内部技术结构及集成关系，基于目前的9级成熟度标准制定分系统的集成成熟度和技术成熟度等级标准。⑤依据定义的等级标准，确定各分系统的单项技术成熟度与技术之间的集成成熟度。⑥计算各分系统的技术成熟度，确定各分系统的互操作成熟度和互认知成熟度。⑦计算信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和技术成熟度。⑧计算信息系统的体系成熟度。

1采用的信息系统体系成熟度评价框架，进行成熟度评价

1.1体系成熟度评价框架

信息系统是由信息收集、信息处理、信息分发等多个复杂系统组成的“系统体系”，其复杂度高、综合性强，系统与系统之间的交联横跨物理、信息、认知、社会等领域，各个分系统的论证、研制是一系列不同步的周期模型，信息系统的论证、研制是一项复杂的系统工程。因此，随着时间的推移，体系成熟度模型需要涵盖、综合物理、信息、认知、社会等领域的特点和要求来描述信息系统的成熟度水平层级。在考虑信息系统体系成熟度的不同层次构建，建立体系成熟度评价框架如图1所示。

图中信息系统由n项分系统组成，共涉及到了m项关键技术，关键技术基于多对多的映射关系对分系统支撑，表格中的“×”表示关键技术对相应分系统的支撑关系。从单项技术成熟度到分系统技术成熟度，再到信息系统的体系成熟度，都是一种逐层支撑的关系。

1.2体系成熟度的评价，根据图1所示的信息系统体系成熟度评价框架，体系成熟度主要通过信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和系统技术成熟度进行表征，互操作成熟度、互认知成熟度和系统技术成熟度又取决于n项分系统的分系统互操作成熟度、互认知成熟度和技术成熟度，分系统技术成熟度又取决于相应支撑的单项技术成熟度和技术集成成熟度。

对各个层次的成熟度采用目前的分级量化评估形式进行描述，信息系统体系成熟度用体系成熟度等级(informationsystemreadinesslevel，isrl)表示、互操作成熟度用互操作成熟度等级(interoperabilityreadinesslevel，iorl)表示、互认知成熟度用互认知成熟度等级(mutualknowledgereadinesslevel，mkrl)表示、系统技术成熟度用系统技术成熟度等级(systemtechnologyreadinesslevel，strl)表示；分系统互操作成熟度用分系统互操作成熟度等级(subsysteminteroperablereadinesslevel，siorl)表示、分系统互认知成熟度用分系统互认知成熟度等级(subsystemmutualknowledgereadinesslevel，smkrl)表示、分系统技术成熟度用分系统技术成熟度等级(subsystemtechnologyreadinesslevel，sstrl)表示；单项技术成熟度则采用目前的技术成熟度等级(technologyreadinesslevel，trl)表示，技术集成成熟度用集成成熟度等级(integrationreadinesslevel，irl)表示。各层次的成熟度分别与相应的风险相对应，即成熟度等级越高，风险越低；成熟度等级越低，风险越高。

基于图1所示的多层次评价框架，需要从下至上依次建立各个成熟度等级评价模型。首先需要建立单项技术成熟度等级、集成成熟度等级到分系统技术成熟度等级的聚合模型；然后考虑n项分系统的相对重要性，分别建立分系统互操作成熟度等级、分系统互认知成熟度等级和分系统技术成熟度等级到互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和技术成熟度等级的聚合模型；最后建立互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和技术成熟度等级的聚合模型，从而得到信息系统体系成熟度评价结果。

信息系统是由n项分系统组成的复杂系统，分系统之间存在两两交互关系，信息系统体系结构直接增加了上述各种聚合模型的表达难度。鉴于建模的合理性和可行性，本文采用线性加权的思想建立聚合模型，其中的权重采用网络化层次分析法，以反映分系统之间交互关系。

2分系统成熟度评价模型，信息系统分系统成熟度表征了分系统发展演化的状态和水平，是体系成熟度评价的基础。根据信息系统体系成熟度评价的主要步骤，首先介绍分系统成熟度评价涉及的主要要素。

2.1技术成熟度等级及评价，单项技术成熟度和技术集成成熟度是信息系统体系成熟度分析的基础，单项技术成熟度和技术集成成熟度等级决定了体系成熟度的高低。目前通常将单项技术成熟度划分为9级(从小到大，技术成熟度水平越来越高)，其含义如表1所示。

表1技术成熟度等级及含义

技术集成成熟度表征了两项技术之间的可集成状态，通常将技术集成成熟度划分为9级(从小到大，技术集成成熟度水平越来越高)，其含义如表2所示。

表2技术集成成熟度等级及含义

假设在信息系统第i(i＝1,2,…,n)项分系统共涉及到j项关键技术，且每一项关键技术已知各自的技术成熟度等级，则有技术成熟度等级矢量

对j项关键技术进行两两之间的集成成熟度分析，相同技术之间可完全集成，则建立第i项分系统的技术集成成熟度等级矩阵

式中取为9级。

则可以计算第i项分系统的技术成熟度等级矢量

第i项分系统中每一项关键技术所集成的技术数量不同，假设第k(k＝1,2,…,j)项技术所集成的技术数量为ik，则有第i项分系统的标准化技术成熟度等级矢量

则第i项分系统的技术成熟度表示为

2.2互操作成熟度等级及评价，互操作是信息系统最为核心的物质基础，美国国防部在2001年给出的互操作性定义是：互操作性是指系统、单位或军事力量之间相互提供和接受服务，以使他们能够有效共同运作的能力；我国gjb/z144-2004对互操作性所做的定义是：两个或两个以上系统或应用之间交换信息并利用所交换信息的能力。

美国国防部c4isr工作组分析了信息系统之间的交互复杂性、交互特点以及互操作需求，提出了5个互操作成熟等级描述信息系统之间交互和共享信息的“成熟度”；gjb/z144-2004建立了指挥自动化系统的5级互操作成熟等级模型；曹江等提出了军事信息系统6个级别的增强型互操作成熟度参考模型，该模型更易于理解信息系统的军事活动载体特征以及基本信息系统的体系作战能力本质。本文采用该增强型互操作成熟度模型评估信息系统的互操作成熟度，其模型及含义要素如表3所示。

表3增强型互操作成熟度等级及含义

表3中结构属性是对信息系统体系结构方法成熟度的评价，应用属性是对软件互操作能力的评价，设施属性是对网络互操作能力的评价，运维属性是对信息资源调度能力的评价，安全属性是对安全保密成熟度的评价，数据属性是对数据结构建模成熟度的评价。

针对第i项分系统，假设上述互操作属性对互操作成熟度的贡献权重分别为各个属性的成熟度等级分别为则第i项分系统的归一化互操作成熟度表示为

2.3互认知成熟度等级及评价，信息系统是物理域、信息域、认知域、社会域内军事活动的载体，多领域知识的认知与共享成为信息系统的发展方向之一。在军事活动与信息系统建立相适应制度、规则和机制的基础上，信息系统获取的信息越来越丰富，利用网络技术、人工智能等加工这些信息，促进军事活动者对它们的共享认知成为问题的关键。认知是指领会、了解、懂得的一种心理判断、决策过程，是对事物或现象的一种结构化表达；互认知就是军事活动者共享信息和共享知识，信息系统为丰富经验和智慧的共享、对事物或现象的一致性认知创造了条件。信息系统的互认知主要关注其信息、知识的处理，使信息处理能力覆盖到认知域、社会域等。本文利用互认知成熟度等级评价信息系统的互认知能力，借鉴文献的互理解和互遵循成熟度模型，建立互认知成熟度等级模型及含义要素如表4所示。

表4互认知成熟度等级及含义

表4中制度/规则属性是对信息系统的知识表征等规范落实范围和程度的评价，态势属性是对信息系统基于知识结构的基准性、一致性、关联性等表征战场态势程度的评价，决策属性是对信息系统基于决策要素的基准性、一致性、关联性等准确表征决策知识程度的评价，指控属性是对信息系统基于指控基准知识准确表征指挥控制过程的评价，监察/评估属性是评价信息系统各种能力和措施落实的成熟度。

针对第i项分系统，假设上述互认知属性对互认知成熟度的贡献权重分别为各个属性的成熟度等级分别为则第i项分系统的归一化互认知成熟度表示为

2.4分系统权重，在对分系统互操作成熟度、分系统互认知成熟度、分系统技术成熟度进行聚合时，利用权重表示子系统对体系的重要程度。信息系统中的n项分系统由于信息交互和共享关系，它们是相互联系、相互影响的，采用网络层次分析法能很好地处理、反映各个分系统之间的相互重要性程度。基于网络层次分析法的1～9标度对分系统进行量化，通过计算网络的两两比较判断矩阵、构建无权超矩阵和加权超矩阵、计算极限超矩阵，最后进行综合排序得到权重值。假设求得n项分系统的权重向量为w＝(w1,w2,…,wn)。

3体系成熟度评价模型，基于加权求和的思路，对信息系统分系统互操作成熟度、分系统互认知成熟度、分系统技术成熟度进行聚合，分别得到信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度如下：

利用权重集(w¹,w²,w³)表示信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度的相对重要性，则有信息系统体系成熟度等级评价模型

isrl＝w¹·iorl+w²·mkrl+w³·strl(11)

式中isrl的取值范围为[0,1]。综观上述评估流程，体系成熟度评估了给定发展阶段下信息系统的潜在成熟水平，但取值本身并不具备明显的物理意义，只是可以基于该值比较不同信息系统的成熟度大小。