物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量評估研究

周自斌

(安徽經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 信息工程系，安徽 合肥 230059)

一、引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其市場的不斷成熟，越來越多的企業(yè)和組織開始關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)質(zhì)量的管理與實(shí)踐，質(zhì)量控制已成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)推廣的關(guān)鍵要素。物聯(lián)網(wǎng)概念早在1999年的移動計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)國際會議上便被提出，它是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，將物品信息接入到互聯(lián)網(wǎng)中，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)［1］。2005年11月，國際電信聯(lián)盟正式引用了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念［2］。然而，直到近兩年物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的不斷推廣才真正進(jìn)入普通大眾的視野。在此背景下，2010年，福建省政府依托福建省電子產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)所開始建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)評估與質(zhì)量控制公共平臺。整體上看，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)在質(zhì)量評估方面的研究還十分滯后，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)質(zhì)量評估的管理與實(shí)踐仍然停留在傳統(tǒng)信息系統(tǒng)評估技術(shù)和方法的基礎(chǔ)上。

將傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的質(zhì)量管理理論和評估方法應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的管理中是可行和必要的。物聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)框架，是對當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)在承載網(wǎng)絡(luò)和終端的拓展。因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)較傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)是一種在應(yīng)用上的發(fā)展和延伸。由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)自身的特殊性，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)質(zhì)量管理理論和評估方法的應(yīng)用同樣存在局限性。本文以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相對于信息系統(tǒng)在應(yīng)用上的延伸為主線，依托傳統(tǒng)信息系統(tǒng)質(zhì)量評估方法，探討物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量管理需求、評估框架和實(shí)施方法。

二、全面質(zhì)量評估方案設(shè)計(jì)

(一)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量特性分析

在GB/T19000-2008中，質(zhì)量被定義為：一組固有特性滿足要求的程度。從用戶對于傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的質(zhì)量特性［3］角度，借鑒ISO/IEC 9126對于軟件系統(tǒng)質(zhì)量特性的界定［4］，將互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的質(zhì)量特性劃分為：功能性、可靠性、易使用性、效率、可維護(hù)性和可移植性六個方面。對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)中信息采集系統(tǒng)的質(zhì)量特性劃分為：耗能性、覆蓋性、數(shù)據(jù)融合性和擁塞性［5-6］。

從層次上看，物聯(lián)網(wǎng)主要劃分為三個層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層［7］，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)主要建立在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層和部分網(wǎng)絡(luò)層上。以不同層次的質(zhì)量需求為切入點(diǎn)，本文對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量特性分析如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量特性

(二)指標(biāo)體系建立

指標(biāo)體系的構(gòu)建是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)質(zhì)量評估的基礎(chǔ)和前提，在此，以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量特性為一級指標(biāo)構(gòu)建如表1所示指標(biāo)體系。

表1 評價指標(biāo)體系

(三）指標(biāo)權(quán)重的確定

本文以構(gòu)建判斷矩陣的方式確定指標(biāo)權(quán)重，主要步驟如下：

1.指標(biāo)篩選

設(shè)E={功能性，可靠性，易使用性，效率，可維護(hù)性，可移植性，耗能性，覆蓋性，數(shù)據(jù)融合性，擁塞性}

2.指標(biāo)重要程度賦值

3.基于hadamard凸組合的矩陣集結(jié)

為盡量消除多個專家數(shù)據(jù)的偏差，采用hadamard凸組合的方式對判斷矩陣進(jìn)行集結(jié)［9］，在此以加性凸組合為例，構(gòu)建綜合判斷矩陣A*

4.權(quán)重計(jì)算與一致性檢驗(yàn)

對于權(quán)重的計(jì)算，在AHP層次分析法中，通過使用判斷矩陣最大特征根λ對應(yīng)的特征向量w作為權(quán)重的值，即A*w=λw，具體計(jì)算采用判斷矩陣中各行連乘、開方、歸一化等具體操作來確定。

對于計(jì)算得到權(quán)重w值的合理性的前提是判斷矩陣具有一致性，為驗(yàn)證矩陣的一致性，引入一致性指標(biāo)：

同時，引入相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，具體RI值參見文獻(xiàn)［10］，引入一致性比率CR：

若CR＜0.1，則認(rèn)為判斷矩陣具有一致性，否則，所計(jì)算得到的權(quán)重不可接受，還需要對判斷矩陣進(jìn)行必要的調(diào)整。

(四)指標(biāo)項(xiàng)的量化與模型構(gòu)建

(1)設(shè)各一級指標(biāo)項(xiàng)的量化值ei由其子指標(biāo)項(xiàng)函數(shù)確定。

(2)設(shè)各子指標(biāo)項(xiàng)的評價等級分為{很差，較差，一般，較好，很好}五個等級，同時五個等級的對應(yīng)的量化值為{0，1，2，3，4}，即={0，1，2，3，4}

(3)為便于討論，按照算術(shù)平均的方式計(jì)算一級指標(biāo)的量化值，

(4)設(shè)V為質(zhì)量量化結(jié)果，則可構(gòu)建評估模型：

三、評估方案實(shí)施

(一)評估方案的實(shí)施途徑

產(chǎn)品的質(zhì)量特性可以實(shí)現(xiàn)事后有針對性、有目標(biāo)的產(chǎn)品檢驗(yàn)，但由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模大、成本高、技術(shù)復(fù)雜等特性，僅僅在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)建立之后再實(shí)施質(zhì)量評估，顯然存在局限性，因?yàn)橘|(zhì)量并不是檢驗(yàn)出來的而是設(shè)計(jì)出來的。隨著質(zhì)量管理理論從事后檢驗(yàn)提前到生產(chǎn)階段、設(shè)計(jì)階段，因此對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量評估同樣需要應(yīng)用在整個設(shè)計(jì)開發(fā)過程中。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)評估框架如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)質(zhì)量評估框架

框架說明：

(1)質(zhì)量評估是一個全員參與的過程，因此整個質(zhì)量評估需要設(shè)計(jì)者、用戶和第三方的參與。

(2)質(zhì)量評估是一個全過程質(zhì)量控制行為，因此，既要評估最終的產(chǎn)品，也需要在整個過程按照一定項(xiàng)目階段實(shí)施評估。同時，考慮到參與方的不同特點(diǎn)和技術(shù)能力，框架中設(shè)計(jì)了第三方實(shí)施面向過程和面向產(chǎn)品，設(shè)計(jì)開發(fā)者、用戶分別實(shí)施面向過程和面向產(chǎn)品的質(zhì)量評估。

(3)評估的實(shí)施是一個以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量特性為目標(biāo)，量化評價，不斷修正的過程。

(二)實(shí)施案例

依托某校企合作的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，實(shí)施了對項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)、升級的質(zhì)量評估工作。實(shí)施過程的簡要描述如下：

1.面向過程的質(zhì)量評估

第一步，確定內(nèi)部項(xiàng)目評估組，確定第三方評估組。

第二步，確定評估時間階段，依據(jù)項(xiàng)目的不同特性有所不同，案例中所設(shè)定的時間段分別為需求分析階段、質(zhì)量設(shè)計(jì)階段、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段、測試修正階段四個部分。

第三步，確定質(zhì)量目標(biāo)，質(zhì)量目標(biāo)并不是越高越好，而是追求一個更優(yōu)的質(zhì)量、成本的平衡，因此在不同階段實(shí)施質(zhì)量評估在評價指標(biāo)和權(quán)重上應(yīng)該是有所不同的，對于不同階段的指標(biāo)及權(quán)重調(diào)整在此不作贅述。

第四步，數(shù)據(jù)收集，形成評估結(jié)果。案例中四個階段的數(shù)據(jù)收集后可以形成如圖3所示數(shù)據(jù)結(jié)果。

圖3 面向過程的質(zhì)量評估數(shù)據(jù)

第五步，分析結(jié)果，提供改進(jìn)建議。

評估在本質(zhì)上是提高產(chǎn)品質(zhì)量的手段。因此，在數(shù)據(jù)收集，評估后的重要工作是提供改進(jìn)建議，改進(jìn)建議能否得到更好的實(shí)施，可以在后續(xù)的質(zhì)量評估中得到驗(yàn)證。從圖3可以得到，當(dāng)?shù)谌降脑u估值與項(xiàng)目組的評估值在趨勢上相同，在量化值上項(xiàng)目組評估值與第三方評估值的偏差在合理的范圍內(nèi)(±10%)，認(rèn)為評估結(jié)果是合理的。

2.面向產(chǎn)品的質(zhì)量評估

面向產(chǎn)品的質(zhì)量評估從時間段上看，主要集中在測試修正階段之后的使用維護(hù)階段，在方法上與面向過程的質(zhì)量評估類似，僅是在參與方、評估階段上有所不同。用戶在一次評價后，提供相應(yīng)建議，項(xiàng)目組實(shí)施一次完善或升級，之后用戶實(shí)施下一次評估。相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可見，使用維護(hù)階段的第三方評價相對穩(wěn)定，而用戶評估則變化明顯，可能的原因是，此段評估對第三方而言是之前多次評估的延續(xù)，因此相對穩(wěn)定，對于用戶而言是通過項(xiàng)目組實(shí)施的培訓(xùn)、完善、升級工作對自身需求不斷滿足的一個過程，因此應(yīng)該是一個逐漸上升并趨于穩(wěn)定的過程。因此，當(dāng)用戶評估穩(wěn)定在第三方評估的合理范圍內(nèi)時，則認(rèn)為評估是合理的。

圖4 面向產(chǎn)品的質(zhì)量評估數(shù)據(jù)

四、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)在研發(fā)和實(shí)施過程中較傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)均有所不同，由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)更復(fù)雜、規(guī)模更宏大、成本更高昂，其對質(zhì)量的需求則顯得尤為迫切。因此，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量評估研究是十分必要的。本文從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量特性出發(fā)，探討了指標(biāo)篩選、權(quán)重確定、指標(biāo)量化等問題，構(gòu)建了一個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量評估方案，同時給出一個應(yīng)用實(shí)例，這對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量評估研究和實(shí)踐是一個積極的嘗試和探索。

［1］中關(guān)村物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，長城戰(zhàn)略咨詢.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究［R］.北京：下一代互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)高峰論壇，2010.

［2］UTU.ITU Internet Reports2005：The Internet of Things［R/OL］.http://www.itu.int/pub./s-POL-IR.IT-2005/e.

［3］GB/T19000-2008，質(zhì)量管理體系基礎(chǔ)和術(shù)語［S］.

［4］ISO/IEC9126-1，Software Engineering－ Product Quality：Quality Model［S］.

［5］蔡雅莉，張淑菁，焦利.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)［J］.無線電技術(shù)與信息，2007(10)：17-23.

［6］喻其財(cái).無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效性和服務(wù)質(zhì)量問題的研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2007.

［7］陳紅霞，趙俊鈺.物聯(lián)網(wǎng)感知層標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)研究［J］.電信科學(xué)，2011(9)：101-106.

［8］馬農(nóng)樂，趙中極.基于層次分析法及其改進(jìn)對確定權(quán)重系數(shù)的分析［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2006(11)：732-734.

［9］劉心報(bào)，楊善林.判斷矩陣的Hadamard凸組合［J］.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2000，20(4)：83-85.

［10］洪志國，李焱，范植華，等.層次分析法中高階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(RI)的計(jì)算［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002(12)：45-47.