摘 要：分析了DoDAF體系結(jié)構(gòu)三視圖的功能、作用、相互關(guān)系以及DODAF體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程。提出了運(yùn)用Rational統(tǒng)一過程(RUP)對(duì)DoDAF體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的方法與過程，結(jié)合航空兵作戰(zhàn)的特點(diǎn)，運(yùn)用RUP開發(fā)了的相關(guān)視圖產(chǎn)品，描述了航空兵作戰(zhàn)過程，證明了RUP對(duì)體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)有著良好的支持作用。

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關(guān)鍵詞：DoDAF； RUP； 體系結(jié)構(gòu)； 航空兵

中圖分類號(hào)：TN957.51-34； E96 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2012)01-0027-04

Application of RUP in DoDAF architecture

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MA Ying-liang1，2， SHENG Hui-ping2， SHAN Xin1

(1.Graduate Students′ Brigade of Naval Engineering Institute， Yantai 264001， China; 

2. PLA Unit of 91640， Zhanjiang 524064， China)

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Abstract：

The function， effect， internal invasion and development process of the three views of DoD Architect Framework are analyzed. The ways and means of using Rational unified procedure (RUP) to design DoDAF products are put forward. Combined with the tactics of aviation army， RUP was applied to design the interrelated views products and describe the battle process of aviation army. This work proves that RUP plays a significant support role in the DODAF development.

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Keywords： DoDAF; RUP; system architecture; aviation army

收稿日期：2011-09-21

0 引 言

2004年2月，美國(guó)國(guó)防部在原有C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，頒布了《國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoD Architecture Framework，DoDAF)》的1.0版本，用于指導(dǎo)國(guó)防指揮控制系統(tǒng)和商業(yè)運(yùn)作過程的體系結(jié)構(gòu)描述[1]。2007年4月和2009年5月，DoDAF的1.5版本和2.0版本[2]相繼頒布，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)框架對(duì)C4ISR系統(tǒng)的描述更加準(zhǔn)確、細(xì)致、全面。

Rational統(tǒng)一過程(Rational Unified Process，RUP)是一種軟件工程化過程。它提供了如何在開發(fā)組織中嚴(yán)格分配任務(wù)的職責(zé)和方法。由于RUP為大部分開發(fā)過程提供自動(dòng)化的工具支持，對(duì)軟件開發(fā)過程不同階段的各種模型(尤其是UML模型)都有著良好的支持，因此本文將RUP的開發(fā)思想應(yīng)用于DoDAF中，對(duì)作戰(zhàn)活動(dòng)進(jìn)行建模。

1 DoDAF體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1.1 DoDAF設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介

DoDAF 1.5是C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架的完善，它超越了僅應(yīng)用于C4ISR系統(tǒng)的限制，可用于指導(dǎo)國(guó)防指揮控制系統(tǒng)和商業(yè)運(yùn)作過程的體系結(jié)構(gòu)描述[3]。DoDAF提出了體系結(jié)構(gòu)描述的三個(gè)視圖：作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)視圖、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)視圖和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)視圖。分別從作戰(zhàn)需求、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和技術(shù)支持三個(gè)方面共同描述系統(tǒng)。三個(gè)視圖之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 三視圖之間的關(guān)系

1.2 基于UML的面向?qū)ο蟮姆椒ㄔ贒oDAF中的應(yīng)用

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法是一種圍繞真實(shí)世界的概念來組成模型的思維方法[4]，其基本思想是對(duì)問題空間進(jìn)行自然分割，以更接近人類的思維方式建立問題域模型，以便對(duì)客觀實(shí)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)和行為模擬，從而使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)盡可能直接地描述現(xiàn)實(shí)世界。它是一種自底向上歸納和自頂向下分解相結(jié)合的方法[5]。

面向?qū)ο蟮慕ＵZ(yǔ)言UML主要包括用例圖、靜態(tài)圖、行為圖和交互圖等幾類視圖[6-7]。這些視圖可以為C4ISR系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的開發(fā)提供十分方便的可視化手段。圖2給出了UML不同視圖在體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品描述中的應(yīng)用。

圖2 UML視圖描述體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品

2 C4ISR體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程

C4ISR系統(tǒng)的開發(fā)是復(fù)雜的過程，它的開發(fā)必須從系統(tǒng)工程的高度來加以考慮。本文對(duì)照DODAF的開發(fā)過程，將RUP應(yīng)用于C4ISR體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)過程中。

2.1 DODAF體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程

DoDAF 1.5中對(duì)體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)過程規(guī)定為6 個(gè)步驟，如圖3所示。

圖3 體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)過程

(1) 確定體系結(jié)構(gòu)的預(yù)期用途。在開發(fā)體系結(jié)構(gòu)之前要能清晰的描述其預(yù)期用途：為什么要開發(fā)這個(gè)體系結(jié)構(gòu)、各部門將如何按照此結(jié)構(gòu)運(yùn)行。這個(gè)預(yù)期也包括體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)將影響到的部門或系統(tǒng)、如何評(píng)判此體系結(jié)構(gòu)是否滿足用戶需求。

(2) 確定體系結(jié)構(gòu)的范圍。體系結(jié)構(gòu)的范圍被定義為：確立體系結(jié)構(gòu)深度和廣度的邊界[1]。它限定了體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)背景和解決問題的范圍。這一步主要是確定體系結(jié)構(gòu)所描述的時(shí)間段、地理界線，以及功能和技術(shù)限制。

(3) 確定體系結(jié)構(gòu)開發(fā)所需的數(shù)據(jù)。根據(jù)每一步操作者的輸入，選擇操作內(nèi)容、系統(tǒng)、服務(wù)以及技術(shù)視圖的數(shù)據(jù)、屬性、規(guī)則。在這一步驟中需要確定實(shí)體數(shù)據(jù)的細(xì)化級(jí)別和屬性，為第(4)步的收集數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。

(4) 采集、組織、關(guān)聯(lián)和存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。一旦確定所搜集的數(shù)據(jù)，體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)將被分類、組織、關(guān)聯(lián)在一個(gè)自動(dòng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便后期的分析和使用。一旦發(fā)現(xiàn)可用的元數(shù)據(jù)就會(huì)立即在DAES(DoD Architecture Registry System，體系結(jié)構(gòu)注冊(cè)系統(tǒng))中注冊(cè)發(fā)布。在構(gòu)造體系結(jié)構(gòu)視圖和產(chǎn)品的過程中，需要盡可能參考已有的體系結(jié)構(gòu)資源，節(jié)約開發(fā)成本避免重復(fù)開發(fā)。

(5) 為實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)進(jìn)行各種分析。為了確定體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否滿足系統(tǒng)進(jìn)程的初始運(yùn)作，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)分析。為了確認(rèn)追加的數(shù)據(jù)是否有利于系統(tǒng)更好的運(yùn)行，需要將步驟(3)~(5)重復(fù)進(jìn)行，以期取得最優(yōu)效果。直到獲得這一過程的操作用戶批準(zhǔn)，這一步驟方可完成。

(6) 根據(jù)決策者的需求表示各種結(jié)果。根據(jù)決策者的需求，將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果以不同的方式呈現(xiàn)。DODAF主要是通過體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品和視圖來將潛在的數(shù)據(jù)以不同的視角呈現(xiàn)出來。

2.2 基于RUP的系統(tǒng)開發(fā)的步驟

RUP是Rational Rose統(tǒng)一過程的縮寫，其中Rational Rose是圖形化的OO CASE工具，支持軟件系統(tǒng)的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)，是目前比較流行的可視化開發(fā)工具之一[8]。RUP集中體現(xiàn)了當(dāng)代軟件開發(fā)的先進(jìn)思想，把面向?qū)ο蟮慕Ｅc螺旋上升式的開發(fā)工程過程相結(jié)合，支持團(tuán)隊(duì)開發(fā)，并且綜合了其他的開發(fā)技術(shù)，對(duì)軟件系統(tǒng)的開發(fā)提供了強(qiáng)有力的支持，為運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃枷牒图夹g(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高軟件開發(fā)效率提供了必要條件[9]。

RUP對(duì)DODAF的開發(fā)過程中，一般是按照以下的三個(gè)階段逐步完成系統(tǒng)開發(fā):

(1) 需求分析階段

當(dāng)著手啟動(dòng)一個(gè)C4ISR系統(tǒng)的體系構(gòu)造時(shí)，首先要考慮項(xiàng)目的可行性和必要性：在對(duì)系統(tǒng)的目標(biāo)任務(wù)有了概括的了解后，應(yīng)該充分分析系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性，權(quán)衡現(xiàn)有技術(shù)、資源，對(duì)項(xiàng)目完成時(shí)間、實(shí)施成功標(biāo)準(zhǔn)、階段性計(jì)劃等要做出詳細(xì)的文檔說明。在完成可行性和必要性的確認(rèn)后，需要研究系統(tǒng)的需求。

C4ISR系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，一般系統(tǒng)開發(fā)人員只能了解到關(guān)于整個(gè)業(yè)務(wù)流程的陳述性文字材料，許多需求的描述會(huì)很模糊。這時(shí)就需要作戰(zhàn)人員和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員共將真正的需求明確精準(zhǔn)的提煉出來：作戰(zhàn)需求、參與作戰(zhàn)的角色、角色之間的關(guān)系都由OV-1直觀的表示出來；系統(tǒng)中的組織結(jié)構(gòu)，組織類型，人員關(guān)系等概念由OV-4表述[10]。

(2) 設(shè)計(jì)模型階段

在RUP過程中，系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)主要包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種結(jié)構(gòu)模型[11]。靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型主要分析的是系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)，從而了解系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)與行為，確定類的屬性、操作，分析系統(tǒng)接口等。如作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接圖OV-2就反映了各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，信息的傳輸路徑。

系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為一般由交互圖、狀態(tài)圖和活動(dòng)圖來建立模型，用以表示動(dòng)作流、對(duì)象流和信息流。無(wú)論系統(tǒng)中的事件是順序發(fā)生還是并發(fā)處理，都可以通過動(dòng)態(tài)模型表示出來。如作戰(zhàn)活動(dòng)圖OV-5就將作戰(zhàn)過程的活動(dòng)流給明確表示出來。動(dòng)態(tài)、靜態(tài)模型互補(bǔ)不足，能夠全面、細(xì)致的將系統(tǒng)需求全部表達(dá)。

(3) 模型驗(yàn)證階段

模型的驗(yàn)證主要是對(duì)系統(tǒng)的功能和邏輯是否符合要求。用戶對(duì)模型的檢驗(yàn)首先是看體系結(jié)構(gòu)中的功能設(shè)計(jì)、執(zhí)行順序、模型行為是否與預(yù)期要求的一樣或符合客觀需求；其次就是通過外部的驅(qū)動(dòng)信息對(duì)作戰(zhàn)過程執(zhí)行跟蹤、監(jiān)控和評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證、改進(jìn)系統(tǒng)模型。

3 航空兵作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)建模示例

根據(jù)上文所述的方法，本文以海軍航空兵部隊(duì)為例，通過一個(gè)簡(jiǎn)單的作戰(zhàn)事件，構(gòu)造部分體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來說明RUP在航空兵作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)建模方面的應(yīng)用。

3.1 需求分析階段

根據(jù)DoDAF的要求，首先要明確整個(gè)作戰(zhàn)環(huán)境，作戰(zhàn)背景和作戰(zhàn)方式。因此，通過概念視圖加以描述。根據(jù)航空兵的作戰(zhàn)特點(diǎn)，航空兵的作戰(zhàn)和保障力量一般由空戰(zhàn)部隊(duì)、保障部隊(duì)和偵察部隊(duì)組成。在作戰(zhàn)過程中，首先是地面雷達(dá)或預(yù)警機(jī)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，通知指揮部，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合、威脅評(píng)估后擬制作戰(zhàn)方案，地面勤務(wù)部隊(duì)做好戰(zhàn)前準(zhǔn)備，由空戰(zhàn)部隊(duì)負(fù)責(zé)實(shí)施作戰(zhàn)計(jì)劃。

根據(jù)描述，確定系統(tǒng)中的角色由航空兵指揮部、空戰(zhàn)部隊(duì)、勤務(wù)部隊(duì)、偵察部隊(duì)；每級(jí)用例有相應(yīng)的子用例。圖4，圖5是根據(jù)需求描述生成的OV-1，OV-4產(chǎn)品，反映了系統(tǒng)功能和的系統(tǒng)組織構(gòu)成。

3.2 模型設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段首先在用例圖的基礎(chǔ)上確定系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，通過這些節(jié)點(diǎn)間的相互關(guān)系，信息流向來反映系統(tǒng)的工過程。不同的作戰(zhàn)過程系統(tǒng)的工作過程也不一樣，因此涉及的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)也不相同。圖6描述了航空兵作戰(zhàn)資源，從圖中可以反映出各節(jié)點(diǎn)間的信息流向和事件關(guān)系。

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圖4 航空兵作戰(zhàn)概念視圖(OV-1)

圖5 作戰(zhàn)力量構(gòu)成(OV-4)

圖6 航空兵作戰(zhàn)資源描述(OV-2)

圖7為用活動(dòng)圖OV-5描述了航空兵接敵交火作戰(zhàn)過程。

圖7 接敵交火作戰(zhàn)活動(dòng)圖(OV-5)

圖中可以看出在整個(gè)交火過程中雖然只有戰(zhàn)斗機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)生動(dòng)作，但是從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到攻擊目標(biāo)都有許多信息節(jié)點(diǎn)參與了作戰(zhàn)，不僅有信息交換，還有各種規(guī)則、數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用。通過對(duì)不同細(xì)化層級(jí)的描述，可以將作戰(zhàn)過程以不同的精度描述出來。

圖8中OV-7描述的是接敵作戰(zhàn)過程中的各節(jié)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系。

圖8 航空兵作戰(zhàn)邏輯視圖(OV-7)

4 結(jié) 語(yǔ)

航空兵作戰(zhàn)C4ISR體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是一個(gè)復(fù)雜的過程，而Rational Rose工具對(duì)UML的強(qiáng)大支持則為體系結(jié)構(gòu)開發(fā)提供了便利。根據(jù)上文的分析，可以看出遵循Rational統(tǒng)一過程(RUP)的步驟，能夠與DODAF體系結(jié)構(gòu)建模過程相結(jié)，將體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的開發(fā)劃分為若干階段，螺旋上升循環(huán)開發(fā)，不斷完善體系結(jié)構(gòu)的描

述。 RUP根據(jù)不同產(chǎn)品的特點(diǎn)， 使用對(duì)應(yīng)的UML模型

圖進(jìn)行描述，不僅保證了描述的準(zhǔn)確性，也使得軟件具有良好的一致性和互操作性。在此基礎(chǔ)上可以為決策者提供多視角、多產(chǎn)品的數(shù)據(jù)展現(xiàn)。隨著DODAF版本的升級(jí)，體系結(jié)構(gòu)將以數(shù)據(jù)而非產(chǎn)品為核心，這將更加方便靈活運(yùn)用RUP描述體系結(jié)構(gòu)。

參 考 文 獻(xiàn)

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［2］DoD Architecture Framework Working Group. DoD architecture framework version 2.0 [M]. U.S.: Department of Defense， 2009.

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［10］梁向陽(yáng)，康鳳舉，鐘聯(lián)炯，等.防空C4ISR體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，19(5)：14-19.

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作者簡(jiǎn)介：

馬穎亮 男，1981年出生，江蘇揚(yáng)州人，工程師，博士研究生。主要研究方向?yàn)槲淦餮b備發(fā)展與論證。

盛會(huì)平 男，1980年出生，河南新野人，工程師。主要研究方向?yàn)檠b備管理。

單 鑫 男，1981年出生，山東招遠(yuǎn)人，博士研究生。主要研究方向?yàn)槲淦餮b備綜合保障。