廖龍靈，南建設(shè)

(中國西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

1 引言

體系結(jié)構(gòu)一詞最早來源于建筑領(lǐng)域，英語中體系結(jié)構(gòu)(architecture)也最早用于該領(lǐng)域，主要用于表述藍(lán)圖框架、建筑樣式、建筑系列等。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，特別是大型復(fù)雜系統(tǒng)的出現(xiàn)，人們逐漸意識(shí)到，要描述和解決系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種各樣的問題，靠單一的手段和方法已經(jīng)無法完成，人們需要一種工具來描述復(fù)雜的系統(tǒng)。經(jīng)過不斷摸索和研究，參照建筑領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)的表述方法，逐漸抽象出了通用性、適應(yīng)性和擴(kuò)展性都比較強(qiáng)的體系結(jié)構(gòu)工具，形成了體系結(jié)構(gòu)理論和方法。隨著其技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，其在復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，如計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、軟件領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域、通信領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域等，成為解決大型復(fù)雜系統(tǒng)各類問題的主流研究工具，如美軍的聯(lián)合作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)(JOA)、全球信息柵格(GIG)體系結(jié)構(gòu)、C4ISR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(后來演變成著名的DoDAF體系結(jié)構(gòu))等。

本文介紹了目前常用的體系結(jié)構(gòu)框架及描述方法、基于框架的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，并用體系結(jié)構(gòu)的描述方法對(duì)海上編隊(duì)情報(bào)偵察體系的構(gòu)建進(jìn)行分析和探討。

2 體系結(jié)構(gòu)方法概述

2.1 體系結(jié)構(gòu)的框架及描述方法

體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是體系結(jié)構(gòu)框架，目前比較流行的基礎(chǔ)性體系結(jié)構(gòu)框架主要包括Zachman框架和TOGAF框架。

Zachman框架是由 JohnA.Zachman在1987年提出的，它是一個(gè)經(jīng)典的通用性的體系結(jié)構(gòu)框架，目前很多企業(yè)體系框架和軍事體系結(jié)構(gòu)框架都是在它的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。Zachman認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)就如同一個(gè)復(fù)雜建筑的建設(shè)過程一樣，都涉及到各種利益相關(guān)者和設(shè)計(jì)人員，他們從自己的角度出發(fā)，對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不同的描述，設(shè)計(jì)框架模型。各種不同目的、不同角度、彼此相關(guān)的描述就構(gòu)成了系統(tǒng)的框架。

TOGAF框架是一個(gè)開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)框架，自1995年推出TOGAF1.0版本以后，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了TOGAF9.0版本，得到許多國際著名公司使用、推動(dòng)，具有很高的市場(chǎng)占有率。

體系結(jié)構(gòu)的描述主要根據(jù)體系結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行，一般根據(jù)其框架分類，從不同角度來描述體系結(jié)構(gòu)某一方面的信息，所有信息構(gòu)成一個(gè)整體就是整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)描述。下面以比較基礎(chǔ)的Zachman結(jié)構(gòu)框架說明體系結(jié)構(gòu)的描述方法。

Zachman結(jié)構(gòu)框架是一個(gè)矩陣結(jié)構(gòu)，矩陣的行表示的是不同利益相關(guān)者從各自角度看系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，每一行表示一個(gè)視角。矩陣的列表示體系結(jié)構(gòu)中主要關(guān)注的內(nèi)容，即關(guān)注點(diǎn)。

矩陣行和列的交點(diǎn)則表示了不同利益相關(guān)者關(guān)注的不同內(nèi)容，不同利益相關(guān)者的關(guān)注點(diǎn)有相同的地方，也有不同的地方。投資者關(guān)注投資效益，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人員關(guān)注需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能。一個(gè)利益相關(guān)者可以有一個(gè)或多個(gè)關(guān)注點(diǎn)。利益相關(guān)者對(duì)系統(tǒng)的關(guān)注點(diǎn)的具體體現(xiàn)就是視點(diǎn)，視點(diǎn)的具體內(nèi)容是通過視圖來表示的，視角、視點(diǎn)、視圖的關(guān)系如圖1所示。

圖1 視角、視點(diǎn)、視圖關(guān)系圖Fig.1 Relation among view angle，viewpoint and view

2.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

目前常用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要有4種，第一種是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，第二種是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，第三種是基于活動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，第四種是形式化的設(shè)計(jì)方法。這些方法主要從需求建模、需求定義和分析等角度對(duì)設(shè)計(jì)提供支持。介紹這些方法的文獻(xiàn)很多，這里只做簡(jiǎn)要介紹。

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是一種過程驅(qū)動(dòng)的、面向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基于數(shù)據(jù)流和功能的設(shè)計(jì)方法，它的出發(fā)點(diǎn)是系統(tǒng)必須執(zhí)行的功能或活動(dòng)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的另一個(gè)特點(diǎn)是各功能分解得到系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)常用的工具為IDEF0語言和IDEF1X語言。

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，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，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)常用的工具為統(tǒng)一建模語言UML。

基于活動(dòng)的設(shè)計(jì)方法是指在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程中以系統(tǒng)需要完成的活動(dòng)為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)以活動(dòng)為基礎(chǔ)的基于活動(dòng)的方法學(xué)(ABM)。形式化的設(shè)計(jì)方法作為一種嚴(yán)格以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的方法，其常用的工具為ADL描述語言。

2.3 體系結(jié)構(gòu)框架產(chǎn)品

隨著體系結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，其在復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，為了建設(shè)大型復(fù)雜的集成系統(tǒng)，在體系結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，各國和各組織分別頒布了各自的體系結(jié)構(gòu)框架，如美國、英國、澳大利亞、北約等國的 TAFIM、C4ISR、DoDAF、COE、JTA、ARITA、GIG、MoDAF、NAF 等體系結(jié)構(gòu)框架，涉及財(cái)政、交通、航空、國防等政府組織和公司等。其中最具影響力的是美國國防部發(fā)布的“國防部體系結(jié)構(gòu)框架”(DoDAF)。DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架是Zachman框架的一種應(yīng)用，它繼承了Zachman框架的主要思想，是對(duì) Zachman框架的具體化。DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架在Zachman框架的基礎(chǔ)上，針對(duì)C4ISR領(lǐng)域和應(yīng)用而建立，體現(xiàn)了該領(lǐng)域的特性。目前已發(fā)展到2.0版本，DoDAF框架2.0版由四部分組成，即視圖、模型、數(shù)據(jù)、參考資源，框架從8個(gè)視角及52種模型進(jìn)行描述。介紹DoDAF的文獻(xiàn)很多，這里不再贅述。

3 體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

作為一種應(yīng)用，我們用體系結(jié)構(gòu)方法的幾種視角對(duì)海上編隊(duì)的情報(bào)偵察預(yù)警體系進(jìn)行一個(gè)分析，這幾種視角其實(shí)是體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架在軍事信息系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)中的具體化。海上編隊(duì)最典型的就是航母編隊(duì)，航母編隊(duì)通常是由一艘或一艘以上航母為核心，編配一定數(shù)量的巡洋艦、驅(qū)逐艦、攻擊潛艇、后勤補(bǔ)給艦等組成的編隊(duì)。航母編隊(duì)的主要任務(wù)是戰(zhàn)略威懾，取得制空和制海權(quán)，遂行各種遠(yuǎn)洋、近海和登陸作戰(zhàn)，因而航母情報(bào)偵察預(yù)警體系應(yīng)根據(jù)其面臨的威脅和執(zhí)行任務(wù)進(jìn)行構(gòu)建。由于篇幅有限，這里僅描述總體視角、能力視角、裝備視角和應(yīng)用視角。

3.1 總體視角(AV)

總體視角(AV)其實(shí)是從規(guī)劃者的視角對(duì)航母編隊(duì)的情報(bào)偵察預(yù)警體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，從總體角度說明系統(tǒng)怎么構(gòu)建，即系統(tǒng)的體系視圖。航母編隊(duì)在海上執(zhí)行任務(wù)的同時(shí)，其自身也面臨著來自陸地、空中、海面和水下的威脅，因此，航母編隊(duì)在建立攻防體系的同時(shí)，必須建立具有全方位偵察防御能力的情報(bào)偵察預(yù)警體系。完整的情報(bào)偵察預(yù)警體系不僅要考慮來自各種方向的威脅，還要考慮外部情報(bào)的支援，而且還要具有強(qiáng)大的情報(bào)處理、分發(fā)能力。情報(bào)偵察預(yù)警體系通過與各類作戰(zhàn)系統(tǒng)的結(jié)合，共同完成如編隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)、防空反導(dǎo)、聯(lián)合反潛等各種作戰(zhàn)任務(wù)，強(qiáng)大且完備的情報(bào)偵察預(yù)警體系是航母編隊(duì)生存和充分發(fā)揮其戰(zhàn)斗力的保證。完整的航母情報(bào)偵察預(yù)警體系構(gòu)架如圖2所示。

圖2 航母情報(bào)偵察預(yù)警體系Fig.2 Intelligence surveillance reconnaissance ＆warning architecture for aircraft carrier

3.2 能力視角(CV)

能力視角(CV)也是從規(guī)劃者的視角對(duì)航母編隊(duì)的情報(bào)偵察預(yù)警體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，從功能的角度規(guī)劃系統(tǒng)應(yīng)具備的各種能力，即系統(tǒng)的能力視圖。航母情報(bào)偵察預(yù)警體系的構(gòu)建是通過配置各種能力保證的，能力越強(qiáng)，其體系越完備，偵察預(yù)警能力越有效，其能力視圖如圖3所示。

圖3 航母情報(bào)偵察預(yù)警能力體系Fig.3 Intelligence reconnaissance ＆ warning capability architecture for aircraft carrier

3.3 裝備視角(SV)

裝備視角(SV)則是從組成的角度說明系統(tǒng)的組成，即系統(tǒng)的裝備視圖。航母情報(bào)偵察預(yù)警體系是由具備各種功能的裝備構(gòu)成的一種整體運(yùn)作的體系，其視圖如圖4所示。

圖4 航母情報(bào)偵察預(yù)警裝備體系Fig.4 Intelligence reconnaissance ＆ warning equipment architecture for aircraft carrier

3.4 應(yīng)用視角(OV)

應(yīng)用視角(OV)則是從所有者的視角規(guī)劃體系的各種作戰(zhàn)應(yīng)用，即系統(tǒng)的應(yīng)用視圖，主要指航母情報(bào)偵察預(yù)警體系用于某種特定作戰(zhàn)方式時(shí)的運(yùn)用組合方式或作戰(zhàn)模式，如對(duì)空對(duì)海作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)等，其視圖如圖5所示。

圖5 航母情報(bào)偵察預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用體系Fig.5 Intelligence reconnaissance ＆ warning system application architecture for aircraft carrier

4 結(jié)束語

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)大型工程或系統(tǒng)的描述很全面和清晰，但其視角和描述方法十分復(fù)雜，在說明問題的基礎(chǔ)上，可適當(dāng)選用針對(duì)性強(qiáng)的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來進(jìn)行描述。本文僅從幾個(gè)主要的視角說明了航母情報(bào)偵察預(yù)警體系的構(gòu)建，還可根據(jù)不同的任務(wù)以及需求從作戰(zhàn)概念、規(guī)則模型、系統(tǒng)視圖等進(jìn)行更深入的研究。

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