馬 歡

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

基于DoDAF 2.0的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模研究

馬 歡

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

介紹了體系結(jié)構(gòu)框架發(fā)展的背景和過(guò)程，闡述了美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF )2.0的視圖和模型，根據(jù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能的特點(diǎn)和規(guī)范化描述的要求將DoDAF 2.0的視圖和模型進(jìn)行剪裁，開(kāi)發(fā)出適用于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模的DoDAF v2.0邏輯開(kāi)發(fā)順序。

體系結(jié)構(gòu)框架；元模型；數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能

0 引 言

20世紀(jì)80年代，“扎克曼體系結(jié)構(gòu)框架”的發(fā)表為體系結(jié)構(gòu)框架基本概念的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)；20世紀(jì)90年代，美國(guó)國(guó)防部《C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架》2.0版的發(fā)表標(biāo)志著應(yīng)用于電子信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的體系結(jié)構(gòu)框架形成了初步的規(guī)范化；本世紀(jì)前十年，美國(guó)《國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)》2.0版的發(fā)表標(biāo)志著支持國(guó)防領(lǐng)域關(guān)鍵決策的“企業(yè)體系結(jié)構(gòu)框架”走向基本成熟，并朝著一個(gè)更加完整的、以數(shù)據(jù)為中心的企業(yè)體系結(jié)構(gòu)框架的方向發(fā)展[1]。

體系結(jié)構(gòu)框架的研究緊密結(jié)合需求，已經(jīng)逐步發(fā)展成為一種新型的系統(tǒng)工程頂層設(shè)計(jì)的方法學(xué)。體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)不僅能夠應(yīng)用于核心決策和重要的投資過(guò)程，表述新系統(tǒng)“體系結(jié)構(gòu)”的設(shè)想，而且還能夠應(yīng)用于系統(tǒng)總體方案的開(kāi)發(fā)與決策，包括作戰(zhàn)需求、系統(tǒng)總體方案構(gòu)成與演進(jìn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

1 制定體系結(jié)構(gòu)框架的背景

英國(guó)國(guó)防部認(rèn)為，在信息時(shí)代的軍事行動(dòng)中，想要迅速取得預(yù)期的作戰(zhàn)效果，需要將作戰(zhàn)空間的各種軍事能力連接起來(lái)。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須具有控制武器、平臺(tái)、傳感器和作戰(zhàn)人員之間復(fù)雜關(guān)系的能力，并使它們形成最佳的協(xié)同，把任何可能的脆弱性降至最低。為此，英國(guó)國(guó)防部提出“網(wǎng)絡(luò)賦能能力”的概念，并將《英國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(MODAF)》視為實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)賦能能力”的重要手段[1]。

體系結(jié)構(gòu)技術(shù)已成為武器裝備體系頂層設(shè)計(jì)的重要手段，為構(gòu)建適應(yīng)21世紀(jì)戰(zhàn)爭(zhēng)需要的武器裝備體系，北約積極仿效借鑒美國(guó)、英國(guó)的做法，開(kāi)展體系結(jié)構(gòu)技術(shù)研究,2007年出臺(tái)了《北約體系結(jié)構(gòu)框架(NAF)》3.0版，將體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用范圍從C3系統(tǒng)(指揮、控制、通信系統(tǒng))擴(kuò)展到所有領(lǐng)域，推動(dòng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)方法理論研究的不斷深入。

為促進(jìn)軍事信息系統(tǒng)的發(fā)展建設(shè)，美軍從20世紀(jì)90年代初就開(kāi)始進(jìn)行C4ISR系統(tǒng)(指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視和偵察系統(tǒng))一體化體系結(jié)構(gòu)方法和技術(shù)途徑的研究。隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，美軍已將體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的適用范圍從C4ISR領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)防部的各個(gè)任務(wù)領(lǐng)域，并不斷完善體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)規(guī)范，將其作為構(gòu)建聯(lián)合作戰(zhàn)一體化武器裝備體系、實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)手段[2]。

美國(guó)的國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)是指為滿(mǎn)足特定的國(guó)防部目的，將有關(guān)操作和解決方案的體系結(jié)構(gòu)概念、原則、假設(shè)和術(shù)語(yǔ)組織成有意義的模式，它是體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)頂層、全面的框架和概念模型。

2 DoDAF發(fā)展過(guò)程

2003年，美國(guó)國(guó)防部在《C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架》 v2.0的基礎(chǔ)上，開(kāi)始研究制定《國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)》v1.0。DoDAF v1.0將體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的適用范圍從C4ISR領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)防部的各個(gè)任務(wù)領(lǐng)域，用于指導(dǎo)國(guó)防指揮控制系統(tǒng)和商業(yè)運(yùn)作過(guò)程的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且更加關(guān)注體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估、DoD決策支持過(guò)程、開(kāi)發(fā)技術(shù)、分析技術(shù)，同時(shí)推出了核心體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型(CADM) v1.0。

2007年4月，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布了DoDAF v1.5，這是國(guó)防部為適應(yīng)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型而發(fā)布的一個(gè)過(guò)渡版本，在體系結(jié)構(gòu)的描述里體現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)為中心的概念，同時(shí)也推出CADM v1.5以便儲(chǔ)存體現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)中心”概念的描述文件[2]。

2009年5月28日，美國(guó)國(guó)防部在DoDAF v1.5的基礎(chǔ)上，推出DoDAF v2.0，DoDAF體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的重點(diǎn)也由以產(chǎn)品為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為中心。DoDAF v2.0 強(qiáng)調(diào)支持國(guó)防部的核心決策過(guò)程，并以這些過(guò)程的各種需求為牽引，支持國(guó)防部向面向服務(wù)轉(zhuǎn)變，支持聯(lián)合的企業(yè)體系結(jié)構(gòu)方法。

DoDAF v2.0以數(shù)據(jù)為中心，引進(jìn)了國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)元模型的概念，元模型由概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理交換規(guī)范組成，是構(gòu)成國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架整體的重要組成部分[3]。元模型取代了DoDAF v2.0版本以前的核心體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型(CADM)。DoDAF的發(fā)展過(guò)程如圖1所示。

3 DoDAF概述

DoDAF v2.0圍繞數(shù)據(jù)、模型和視圖來(lái)組織體系結(jié)構(gòu)框架。模型是采集數(shù)據(jù)的模板，以易于理解的格式來(lái)組織和顯示特定數(shù)據(jù)。每個(gè)模型都映射了DoDAF元模型的概念、關(guān)聯(lián)和屬性。在實(shí)際過(guò)程中不規(guī)定使用任何特定的模型，而是將重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)體系結(jié)構(gòu)必需的數(shù)據(jù)上。

填充體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)后的模型就稱(chēng)為視圖，將多個(gè)視圖(通常表示為流程、系統(tǒng)、服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)等)進(jìn)行有機(jī)的組合，就成為體系結(jié)構(gòu)描述。體系結(jié)構(gòu)視圖的開(kāi)發(fā)是通過(guò)采集和組織體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)完成的，這些數(shù)據(jù)必須以標(biāo)準(zhǔn)的、一致的方式清晰地映射為底層的DoDAF概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型來(lái)獲取可互操作的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦式的體系結(jié)構(gòu)管理。

3.1 DoDAF v2.0視圖

DoDAF v2.0由8個(gè)視圖組成，這8個(gè)視圖分別是：全景視圖(AV)、能力視圖(CV)、數(shù)據(jù)與信息視圖(DIV)、作戰(zhàn)視圖(OV)、計(jì)劃視圖(PV)、服務(wù)視圖(SvcV)、標(biāo)準(zhǔn)視圖(StdV)和系統(tǒng)視圖(SV)，每個(gè)視圖僅是體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的部分表示，相當(dāng)于從某一個(gè)維度對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，具體每個(gè)視圖的作用和意義如圖2所示。DoDAF v2.0通過(guò)這8個(gè)視圖從各個(gè)角度詳細(xì)描述信息化體系結(jié)構(gòu)[4]。

3.2 DoDAF v2.0“適用性”原則

DoDAF v2.0的8個(gè)視圖共由52個(gè)模型組成，但實(shí)際中不是每個(gè)模型都要使用，要根據(jù)關(guān)鍵決策過(guò)程中需要的信息對(duì)模型進(jìn)行剪裁[4]，這就是DoDAF v2.0提出的“適用性”原則：與特定項(xiàng)目或使命目標(biāo)一致的體系結(jié)構(gòu)描述。

體系結(jié)構(gòu)表示技術(shù)工作組對(duì)美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架早期產(chǎn)品進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明，作戰(zhàn)視圖(OV)中的OV-1高級(jí)作戰(zhàn)概念圖是需要?jiǎng)?chuàng)建次數(shù)最多的產(chǎn)品，占整個(gè)分析計(jì)劃的92%，而系統(tǒng)視圖(SV)中的SV-7系統(tǒng)度量矩陣是需要?jiǎng)?chuàng)建次數(shù)最少的產(chǎn)品，僅占整個(gè)分析計(jì)劃的5%[1]。

4 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能與作戰(zhàn)任務(wù)緊密相關(guān)，對(duì)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能進(jìn)行建模需要依據(jù)數(shù)據(jù)鏈軍事需求，結(jié)合數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能定位，通過(guò)分析典型作戰(zhàn)樣式下數(shù)據(jù)鏈平臺(tái)的角色和職責(zé)，分解作戰(zhàn)任務(wù)，從平臺(tái)角色、作戰(zhàn)任務(wù)等多角度剖析數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能，完成功能建模。

國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)是體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的頂層的、全面的框架和概念模型。按照DoDAF v2.0的“適用性”原則，本文選擇全景視圖(AV)、作戰(zhàn)視圖(OV)和系統(tǒng)視圖(SV)中的部分模型對(duì)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能進(jìn)行建模，通過(guò)對(duì)DoDAF v2.0的視圖和模型進(jìn)行裁剪，以適應(yīng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模的基本信息需求，具體模型的選擇如圖3所示。

全景視圖(AV)提供頂層信息，描述體系結(jié)構(gòu)的意圖。作戰(zhàn)視圖(OV)描述指導(dǎo)作戰(zhàn)所需的任務(wù)和活動(dòng)、作戰(zhàn)要素以及資源流交換。系統(tǒng)視圖(SV)描述提供或支持功能的系統(tǒng)和相互關(guān)系?；贒oDAF v2.0的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模的邏輯開(kāi)發(fā)順序如圖4所示。

4.1 全景視圖的開(kāi)發(fā)

全景視圖(AV)由AV-1概述及摘要信息模型和AV-2綜合詞典模型組成。一般情況下，應(yīng)依據(jù)概述和摘要信息(AV-1)的內(nèi)容開(kāi)始一個(gè)項(xiàng)目的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在完成對(duì)作戰(zhàn)需求分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，選擇配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中將涉及到的所有術(shù)語(yǔ)匯總成綜合詞典(AV-2)。

4.2 作戰(zhàn)視圖的開(kāi)發(fā)

作戰(zhàn)視圖(OV)中的OV-1用圖形化的方式描述涉及到的作戰(zhàn)行動(dòng)，其主要用途是就作戰(zhàn)概念向高層決策者進(jìn)行直觀(guān)的展示。OV-1將AV-1中用文字的形式描述的體系結(jié)構(gòu)的頂層信息轉(zhuǎn)換成圖形的方式。

OV-4組織關(guān)系圖用圖形和文字描述在作戰(zhàn)架構(gòu)中起關(guān)鍵作用的作戰(zhàn)人員、組織之間的指揮結(jié)構(gòu)或指揮關(guān)系。

OV-2描述作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的作戰(zhàn)資源流。作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)是作戰(zhàn)架構(gòu)的一個(gè)元素，它產(chǎn)生、使用和處理信息，對(duì)應(yīng)于OV-4中的組織。OV-2在OV-4和AV-1的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，同時(shí)也是后續(xù)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

OV-5a和 OV-5b這2個(gè)模型共同描述為達(dá)到使命任務(wù)而進(jìn)行的作戰(zhàn)活動(dòng)。OV-5a將完成使命任務(wù)而進(jìn)行的作戰(zhàn)活動(dòng)進(jìn)行層次展示，OV-5b描述了同層次作戰(zhàn)活動(dòng)之間的輸入流和輸出流，以及與外部的信息交換。

OV-6a、OV-6b和OV-6c是對(duì)作戰(zhàn)活動(dòng)進(jìn)行作戰(zhàn)規(guī)則、作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變和作戰(zhàn)事件跟蹤描述的3個(gè)模型。

以上模型的邏輯開(kāi)發(fā)關(guān)系如圖5所示。

4.3 系統(tǒng)視圖的開(kāi)發(fā)

系統(tǒng)視圖(SV)中的SV-1描述系統(tǒng)組成和系統(tǒng)之間的交互，簡(jiǎn)要描述系統(tǒng)和子系統(tǒng)，并標(biāo)識(shí)它們之間的資源流。SV-1用來(lái)表示如何實(shí)現(xiàn)OV-2中確定的邏輯體系結(jié)構(gòu)需求，因此，可能有多個(gè)備選的系統(tǒng)視圖模型實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)需求。SV-2從物理或邏輯連通性和連接協(xié)議方面定義系統(tǒng)之間的資源流。

SV-4系統(tǒng)功能描述用于確定體系結(jié)構(gòu)中資源的功能，其中，SV-4a將系統(tǒng)執(zhí)行的功能進(jìn)行分層展示，SV-4b描述同層次的系統(tǒng)功能之間的數(shù)據(jù)流。

SV-4是與OV-5確定的作戰(zhàn)活動(dòng)相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)視圖模型，雖然OV-5的作戰(zhàn)活動(dòng)與SV-4的功能分層有關(guān)系，但它們之間不需要一對(duì)一的映射。

SV-5a通過(guò)建立作戰(zhàn)活動(dòng)和系統(tǒng)功能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，讓使用者清楚地了解系統(tǒng)功能在作戰(zhàn)中的作用，并可以審查系統(tǒng)功能是否滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

SV-5b描述SV-1中確定的系統(tǒng)與OV-5確定的作戰(zhàn)活動(dòng)之間的映射關(guān)系。SV-5b矩陣闡述了從作戰(zhàn)需求向系統(tǒng)或解決方案的轉(zhuǎn)換。

以上系統(tǒng)視圖部分模型的邏輯開(kāi)發(fā)順序以及與作戰(zhàn)視圖部分模型的開(kāi)發(fā)邏輯關(guān)系如圖6所示。

以上討論的基于DoDAF v2.0的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模的邏輯開(kāi)發(fā)順序基于個(gè)人對(duì)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)工具的理解和對(duì)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能進(jìn)行規(guī)范化描述的建模思路，它只是利用DoDAF v2.0實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模的一個(gè)解決方案，并不是唯一解。

5 結(jié)束語(yǔ)

DoDAF v2.0是體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)頂層、全面的框架和概念模型?；贒oDAF v2.0的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模將DoDAF v2.0的視圖和模型進(jìn)行剪裁，根據(jù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能的特點(diǎn)和規(guī)范化描述的要求進(jìn)行邏輯開(kāi)發(fā)順序研究，為數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能建模提供了一個(gè)可參考的解決方案和研究視角。

[1] 梁振興,沈艷麗,李元平，等.體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展及應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2012.

[2] 韓珊.美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架研究[C]//中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子系統(tǒng)工程分會(huì)第十五屆信息化理論學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集,2008:58-62.

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Research into Modeling of Data Link System Function Based on DoDAF 2.0

MA Huan

(The 20th Institute of China Electronic Technology Group Corporation,Xi'an 710068,China)

This paper introduces the background and process of architecture framework development,expatiates the view and model for American department of defense architecture framework (DoDAF) 2.0,cuts out the view and model of DoDAF 2.0 according to the features of data link system function and standardized description requirements,develops the DoDAF v2.0 logical development sequence applied to data link system function modeling.

architecture framework;meta-model;data link system function

2016-07-12

TN919

A

CN32-1413(2017)01-0058-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.01.013