基于DoDAF的預(yù)警探測情報(bào)保障體系結(jié)構(gòu)

張　波　郝延剛　葉　玲　季　奕　常傳文

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所　南京　210007)(2.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室　南京　210003)

?

基于DoDAF的預(yù)警探測情報(bào)保障體系結(jié)構(gòu)

張波1郝延剛2葉玲1季奕1常傳文1

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所南京210007)(2.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室南京210003)

針對(duì)預(yù)警探測情報(bào)保障系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)規(guī)模日益龐大、集成裝備種類多樣以及越來越短的產(chǎn)品研制周期要求，對(duì)DoDAF( Department of Defense Architecture Framework) 體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，分析了DoDAF產(chǎn)品的內(nèi)涵、相互關(guān)聯(lián)關(guān)系及使用模式，提出一種基于DoDAF的預(yù)警探測情報(bào)保障體系結(jié)構(gòu)建模方法，結(jié)合實(shí)例給出了體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，并對(duì)DoDAF開放體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)、在實(shí)踐中可能遇到的問題及解決方法進(jìn)行了分析。

預(yù)警探測; 情報(bào)保障; DoDAF; 體系結(jié)構(gòu)

Class NumberTP311.52

1　引言

隨著科技的發(fā)展，預(yù)警探測情報(bào)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜，操作使用方式靈活多變，協(xié)同工作模式多樣，為了提高此類系統(tǒng)的開發(fā)效率，減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，保證系統(tǒng)開發(fā)的有效性，最終提高整個(gè)系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作能力，有必要加強(qiáng)系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)。

二十一世紀(jì)以來，美國國防部為了領(lǐng)導(dǎo)美軍實(shí)現(xiàn)從基于威脅(thread-based) 向基于能力(capability-based) 的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型[1～2]，致力于提出一種體系化、可復(fù)用的方法論，旨在基于復(fù)雜系統(tǒng)和服務(wù)來實(shí)現(xiàn)軍事信息系統(tǒng)的聯(lián)合使命，在研究這一方法論的過程中，以規(guī)范C4ISR系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的描述為實(shí)踐案例，美軍發(fā)布了《C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架》[3]，并在此基礎(chǔ)上發(fā)布了《國防部體系結(jié)構(gòu)框架1.0》，并結(jié)合應(yīng)用反饋不斷完善，最終在2005年發(fā)布了《國防部體系結(jié)構(gòu)框架2.0 草案》，即DoDAF2.0 (Department of Defense Architecture Framework)。DoDAF體系結(jié)構(gòu)提出了一種說明各類作戰(zhàn)場景、系統(tǒng)和子系統(tǒng)的規(guī)范描述方法，該方法通過不同的視點(diǎn)研究和描述系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。

目前，國內(nèi)各科研單位也對(duì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其描述方法進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了一些成果[4～9]，但是，這些成果主要是對(duì)國外框架思想的借鑒與參考，還處于理論研究和相關(guān)支撐工具的開發(fā)階段，并沒有針對(duì)我國國情建立軍事信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框架，同時(shí)，面向具體作戰(zhàn)應(yīng)用實(shí)例的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不多見[4～6]。

本文對(duì)美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)警探測情報(bào)保障這一具體作戰(zhàn)應(yīng)用實(shí)例，提出了一種基于DoDAF 的預(yù)警探測情報(bào)保障體系結(jié)構(gòu)，給出了具體的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟，并實(shí)現(xiàn)了相關(guān)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

2　DoDAF體系結(jié)構(gòu)建模概述

DoDAF是美國國防部發(fā)布的指導(dǎo)軍事系統(tǒng)工程項(xiàng)目研發(fā)的系統(tǒng)工程方法，其最終目標(biāo)是確保研發(fā)的體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)支持綜合集成、互操作和高性價(jià)比。

基于DoDAF體系結(jié)構(gòu)建模的基本思路是首先將系統(tǒng)模型的構(gòu)建分接為多個(gè)階段，然后，以各階段為對(duì)象分別建模，逐步推進(jìn)系統(tǒng)模型的建立，降低系統(tǒng)建模的困難程度，突出了各階段的重點(diǎn)，易被各級(jí)建模人員理解；同時(shí)，每個(gè)階段都被明確有結(jié)束要求，各階段的問題可以立即被解決，無需在全系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)都完成后再進(jìn)行一次性的仿真驗(yàn)證[3]，有效提高了設(shè)計(jì)效率。

圖1　DoDAF作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品及關(guān)系示意

2.1DoDAF作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品

作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)是任務(wù)和行動(dòng)、作戰(zhàn)要素以及完成或支援軍事作戰(zhàn)要求的信息流的一種描述，其主要作用是確定作戰(zhàn)人員的信息需求，表述軍事信息系統(tǒng)支持的作戰(zhàn)職能和邏輯要求[1～2,10～11]。該視圖的設(shè)計(jì)將確定系統(tǒng)的作戰(zhàn)使命、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、作戰(zhàn)活動(dòng)以及作戰(zhàn)要素之間的關(guān)系，以及為了完成指定的作戰(zhàn)活動(dòng)各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換和信息流。DoDAF V1. 5版本中作戰(zhàn)視圖主要包括九個(gè)產(chǎn)品，分別為:高層作戰(zhàn)概念圖(OV-1)、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述(OV-2)、作戰(zhàn)信息交換矩陣(OV-3)、組織關(guān)系描述(OV-4)、作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)、作戰(zhàn)規(guī)則模型(OV-6a)、作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述(OV-6b)、事件跟蹤描述(OV-6c)以及邏輯數(shù)據(jù)模型(OV-7) 。

2.2建模步驟

體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品之間有其內(nèi)在的聯(lián)系以及相互依賴關(guān)系，在實(shí)施過程中，描述特定的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)體系結(jié)構(gòu)的目的和用途確定需要開發(fā)的產(chǎn)品內(nèi)容，而不是每描述一個(gè)產(chǎn)品就要形成所有的產(chǎn)品視圖。根據(jù)機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)作戰(zhàn)的內(nèi)在聯(lián)系和DoDAF的構(gòu)建過程，形成了一個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架的基本步驟[7～9]，如圖2所示。

圖2　DoDAF建模過程

步驟1AV-1完成系統(tǒng)綜述和概要信息，包括范圍、目的、預(yù)計(jì)的用戶、所描繪的環(huán)境、分析結(jié)果等。

步驟2OV-1是作戰(zhàn)概念的全局概要圖形描述，主要描述需要完成的使命、建設(shè)范圍、服務(wù)范圍、對(duì)象等，它給出了重要的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，描述重要的或獨(dú)特的作戰(zhàn)能力，并描述目標(biāo)體系結(jié)構(gòu)與環(huán)境之間的關(guān)系和體系結(jié)構(gòu)與外部系統(tǒng)之間的關(guān)系

OV-4描述體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參與者間的關(guān)系。描述在體系結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用的作戰(zhàn)人員或作戰(zhàn)組織之間的指揮結(jié)構(gòu)，其目的是清晰系統(tǒng)內(nèi)部和外部的組織及下級(jí)組織關(guān)系。這些關(guān)系可能是監(jiān)督報(bào)告、指揮控制、命令等。

步驟3OV-2和OV-3分別以圖形化和矩陣的形式描述節(jié)點(diǎn)間的信息交換關(guān)系。其中，OV-2是描述作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)和這些作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間的需求線的一個(gè)產(chǎn)品。作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖包括這個(gè)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，也包含外部節(jié)點(diǎn)，需求線說明需要交換的信息。OV-3以矩陣的方式進(jìn)一步詳細(xì)說明節(jié)點(diǎn)間的信息交互關(guān)系以及交互的信息內(nèi)容。

步驟4OV-5描述系統(tǒng)完成某一作戰(zhàn)活動(dòng)的作戰(zhàn)流程。描述為了完成任務(wù)或者達(dá)到目標(biāo)需要執(zhí)行的一系列活動(dòng)，由能力、作戰(zhàn)活動(dòng)、活動(dòng)間的輸入輸出流等建模元素構(gòu)成。OV-5的兩種關(guān)系必須要體現(xiàn)，一種是層次關(guān)系，即作戰(zhàn)活動(dòng)具有子活動(dòng)，一種就是信息流的關(guān)系。

步驟5OV-6b描述作戰(zhàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系;OV-6c描述作戰(zhàn)事件跟蹤情況以及特定場景下各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息交互時(shí)序關(guān)系。

3　基于DoDAF的預(yù)警探測情報(bào)保障體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

3.1高級(jí)作戰(zhàn)概念圖(OV-1)

高級(jí)作戰(zhàn)概念圖(OV-1)通過圖形方式描述說明擬研制系統(tǒng)的組成、定位、使命任務(wù)和作戰(zhàn)過程等內(nèi)容[10～11]，為用戶、設(shè)計(jì)師提供一個(gè)直觀的感覺，用于系統(tǒng)分析時(shí)設(shè)計(jì)人員與用戶進(jìn)行溝通交流，對(duì)預(yù)警探測系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析后，預(yù)警探測情報(bào)保障體系架構(gòu)的高級(jí)作戰(zhàn)概念圖示意如圖3所示。

圖3　高級(jí)作戰(zhàn)概念圖(OV-1)示意

由圖3可知，預(yù)警探測情報(bào)保障系統(tǒng)由探測裝備平臺(tái)、處理與分發(fā)控制平臺(tái)、顯控平臺(tái)組成。探測信息接入控制、信息綜合處理、情報(bào)上報(bào)、值班顯控是對(duì)預(yù)警探測情報(bào)保障系統(tǒng)的能力要求，同時(shí)，對(duì)情報(bào)上報(bào)對(duì)象也提出明確要求，這些特殊或重要的要求代表了系統(tǒng)與外接傳感器、指揮系統(tǒng)之間的關(guān)系，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、系統(tǒng)用戶構(gòu)建了一座交流的橋梁。

3.2信息關(guān)系圖(OV-2)

信息關(guān)系圖(OV-2)通過圖形方式描述說明系統(tǒng)各組成作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)和這些作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間的信息交互需求[10～11]。信息關(guān)系圖包括這個(gè)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，也包含外部節(jié)點(diǎn)，圖中的信息關(guān)系線說明了這些節(jié)點(diǎn)之間需要交換的信息，預(yù)警探測情報(bào)保障體系的信息關(guān)系示意如圖4所示。

3.3信息交互矩陣(OV-3)

信息交互矩陣(OV-3)采用表格的方式描述說明體系架構(gòu)中各作戰(zhàn)任務(wù)節(jié)點(diǎn)間的信息交換要素[10～11]，是信息關(guān)系圖OV-2的補(bǔ)充，OV-3對(duì)OV-2中的每一條信息交互需求給出說明，描述了信息交換的雙方及雙方需要交互信息的內(nèi)容、原因、方法及需求等，是后續(xù)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)、接口文件制定等工作的基礎(chǔ)。預(yù)警探測情報(bào)保障體系的信息交換矩陣(OV-3)示意如表1所示。

圖4　信息關(guān)系圖(OV-2)示意

序號(hào)信源信宿業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)連接描述1探測平臺(tái)處理與分發(fā)控制平臺(tái)探測信息2顯控平臺(tái)探測平臺(tái)控制指令3處理與分發(fā)控制平臺(tái)顯控平臺(tái)情報(bào)信息指揮命令情報(bào)需求4顯控平臺(tái)處理與分發(fā)控制平臺(tái)控制指令5處理與分發(fā)控制平臺(tái)上級(jí)系統(tǒng)/情報(bào)用戶情報(bào)信息6上級(jí)系統(tǒng)/情報(bào)用戶處理與分發(fā)控制平臺(tái)指揮命令指揮命令情報(bào)需求

3.4組織關(guān)系圖(OV-4)

組織關(guān)系圖(OV-4)描述說明了體系結(jié)構(gòu)所涉關(guān)鍵參與人員/機(jī)構(gòu)之間的指揮控制關(guān)系[10～11]。這里描述了預(yù)警探測系統(tǒng)內(nèi)外部參與者之間的關(guān)系，預(yù)警探測情報(bào)保障體系的組織關(guān)系圖(OV-4)示意如圖5所示。

圖5　組織關(guān)系圖(OV-4)示意

3.5作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)

作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)描述說明了在特定場景中體系架構(gòu)的主要作戰(zhàn)活動(dòng)情況[10～11]，并通過關(guān)系線來說明各作戰(zhàn)活動(dòng)之間的關(guān)系，包括：

1) 體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部各作戰(zhàn)活動(dòng)之間的關(guān)系；

2) 體系結(jié)構(gòu)外部作戰(zhàn)活動(dòng)和體系架構(gòu)內(nèi)部各作戰(zhàn)活動(dòng)之間的關(guān)系。

預(yù)警探測情報(bào)保障體系的作戰(zhàn)活動(dòng)模型示意如圖6所示。

圖6　作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)示意

3.6狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型(OV-6b)

作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型(OV-6b)描述不同作戰(zhàn)場景下體系架構(gòu)的狀態(tài)變化情況[10～11]。根據(jù)應(yīng)用需求，可以用一個(gè)或多個(gè)視圖表示體系架構(gòu)各個(gè)工作方式之間的轉(zhuǎn)換以及每一工作方式下各個(gè)作戰(zhàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換流程。預(yù)警探測情報(bào)保障體系架構(gòu)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型示意如圖7所示。

圖7　狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型(OV-6b)示意

圖8　事件追蹤模型(OV-6c)示意

3.7事件跟蹤模型(OV-6c)

作戰(zhàn)事件跟蹤模型(OV-6c)描述了體系架構(gòu)中各組成節(jié)點(diǎn)之間的信息交換流程和工作順序[10～11]，用于說明各組成節(jié)點(diǎn)間信息交互的時(shí)序。預(yù)警探測情報(bào)保障體系架構(gòu)的事件跟蹤模型示意如圖8所示。

4　結(jié)語

由于科技的發(fā)展，單一探測裝備已難以提供準(zhǔn)確的情報(bào)，預(yù)警探測體系結(jié)構(gòu)的組成愈發(fā)復(fù)雜，在設(shè)計(jì)此類系統(tǒng)時(shí)需要一種標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的方法論指導(dǎo)，以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)后的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)提供了多角度的系統(tǒng)描述，該方法常被用于大型綜合電子信息系統(tǒng)的早期開發(fā)階段，增強(qiáng)了應(yīng)用人員和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)人員之間的理解一致性，也是控制研制時(shí)間，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的重要方法之一。

本文在對(duì)DoDAF進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了一種基于DODAF的預(yù)警探測情報(bào)保障體系結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)，給出了具體的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟，描述了所涉體系結(jié)構(gòu)的視圖產(chǎn)品，對(duì)更好地了解預(yù)警探測情報(bào)保障體系這一復(fù)雜集成系統(tǒng)的工作原理、組成節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)間信息關(guān)系和各分系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況提供了幫助，也為該類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)人員提供了提高系統(tǒng)效能、改進(jìn)系統(tǒng)具體環(huán)節(jié)的輔助依據(jù)。

[1] 黃力,羅愛民,羅雪山.C4ISR系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及輔助工具[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2003,18(4):306-311.

[2] 施未來,陸敏.外軍體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用及啟示[J].通信技術(shù)，2010，43(2):169-171.

[3] C4ISR Architecture Working Group. C4ISR Architecture Framework Version 2. 0 [R].Department of Defense United States,1997:48-57.

[4] 叢樹學(xué),白奕.基于DoDAF的艦載武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)建模[J].指揮控制與仿真,2006,5(30):23-26.

[5] 李羚瑋,劉俊先,曾熠.基于作戰(zhàn)視圖的C4ISR系統(tǒng)作戰(zhàn)使用需求開發(fā)方法研究[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2009(3):223-227.

[6] 李學(xué)超,張金成,陳歡歡.基于DoDAF的多層彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)模型研究[J].指揮控制與仿真，2010，32(5):45-48.

[7] 岳增坤,陳煒,夏學(xué)知.基于DoDAF的體系結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，21(5):1407-1410.

[8] 陳巖,王紅,譚賢四,等.基于可執(zhí)行模型的DoDAF體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證[J].火力與指揮控制,2013(11):99-103

[9] 劉大偉,姜志平,王智學(xué),等.基于DoDAF元模型的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2014(3):33-37.

[10] DoD architecture framework working group. DoD architecture framework version 1.5[R]. U.S.: Department of Defense,2007.

[11] DoD architecture framework working group. DoD architecture framework version 2.0[R]. U.S.: Department of Defense,2009.

Early Warning Detection Architecture Based on DoDAF

ZHANG Bo1HAO Yangang2YE Ling1JI Yi1CHANG Chuanwen1

(1. The 28thResearch Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing210007)(2. Navy Representative Office of Radar System in Nanjing, Nanjing210003)

Early warning detection system has complicated component，larger scale，shorter and shorter developing cycle.This paper studies operational architecture modeling method based on DoDAF.By analyzing the intension of DoDAF products and their incidence relation，the detailed steps of operational architecture design were given，as well as how to accomplish related architecture products.Then，combined with detail example，the paper established an early warning detection system.

early warning detection, DoDAF, architecture

2016年4月1日,

2016年5月19日

張波，男，博士，高級(jí)工程師，研究方向：傳感器系統(tǒng)集成，通信與信息系統(tǒng)，體系架構(gòu)方法論。郝延剛，男，碩士，工程師，研究方向：信息系統(tǒng)集成，雷達(dá)信號(hào)處理。季奕，女，工程師，研究方向：信息系統(tǒng)集成。常傳文，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：信息信息系統(tǒng)集成，體系架構(gòu)方法論。

TP311.52

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.001