基于xUML與DODAF的指揮信息系統(tǒng)可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模研究

楊雙澤 趙有華 朱丹 陳啟航

摘? 要：針對(duì)體系結(jié)構(gòu)視圖產(chǎn)品在驗(yàn)證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為及狀態(tài)轉(zhuǎn)換等方面存在的不足，難以有效保證所建模型與具體軍事需求的一致性，提出了基于xUML與DODAF的可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模及驗(yàn)證方法，分析了該方法的可行性與適用性，及其在驗(yàn)證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為方面的優(yōu)勢(shì)，給出了利用該方法進(jìn)行建模的具體步驟。最后結(jié)合區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例，通過(guò)建模對(duì)該系統(tǒng)的部分動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行了驗(yàn)證和分析，進(jìn)一步證明了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)；體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證；可執(zhí)行統(tǒng)一建模語(yǔ)言；動(dòng)作規(guī)約語(yǔ)言

中圖分類號(hào)：TP399? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）05-0024-06

Research on Executable Architecture Modeling of Command Information System Based on xUML and DODAF

YANG Shuangze， ZHAO Youhua， ZHU Dan， CHEN Qihang

（Army Engineering University of PLA， Chongqing? 400035， China）

Abstract： In view of the existing shortcomings of architecture view products in verifying system dynamic behavior and state transition， it is difficult to effectively ensure the consistency between the built model and specific military requirements， and an executable architecture modeling and verification method based on xUML （executable Unified Modeling Language） and DODAF （Department of Defense Architecture Framework） is proposed. The feasibility and applicability of this method and its advantages in verifying the dynamic behavior of the system are analyzed. The specific steps of modeling using this method are given. Finally， it combines the example of the development of regional air defense command information system， and verifies and analyzes some dynamic behaviors of the system by modeling， which further proves the effectiveness of the method.

Keywords： executable architecture; architecture validation; executable unified modeling language; action specification language

0? 引? 言

體系架構(gòu)[1]是系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)、它們之間的關(guān)系以及制約其設(shè)計(jì)與隨時(shí)間演進(jìn)的原則和指南。體系結(jié)構(gòu)框架是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)指南和規(guī)范，規(guī)定了體系結(jié)構(gòu)的描述方法，表現(xiàn)方式和開(kāi)發(fā)步驟等。在軍事領(lǐng)域，美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架（Department of Defense Architecture Framework， DODAF）[2]采用多視角的描述方法從不同角度展現(xiàn)系統(tǒng)全貌，能夠很好地反映指揮員、系統(tǒng)使用人員、技術(shù)人員等不同角色的需求，打破了部門、項(xiàng)目、領(lǐng)域等層次界限，實(shí)現(xiàn)有序的信息共享，是當(dāng)前最具代表性的體系結(jié)構(gòu)框架，目前已發(fā)展至v2.05版本。多國(guó)和組織在借鑒DODAF的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實(shí)際，也分別研究制定了符合自身特點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)框架，如英國(guó)國(guó)防部體系架構(gòu)（MODAF）、北約體系架構(gòu)（NAF）、統(tǒng)一體系架構(gòu)（UAF）等。

體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證是體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)階段的重要工作，是體系結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要保障。其任務(wù)主要是檢查體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性，確保所設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)能夠滿足系統(tǒng)各項(xiàng)功能性與非功能性需求[3]。當(dāng)前各體系結(jié)構(gòu)框架大多采用多視圖的描述方法，各視圖之間存在多種關(guān)聯(lián)關(guān)系，能夠更加全面的展現(xiàn)系統(tǒng)的整體面貌，但也增加了開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證的難度。且開(kāi)發(fā)的視圖產(chǎn)品都是靜態(tài)的，雖然有描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的視圖產(chǎn)品，但對(duì)于指揮信息系統(tǒng)這類分布異構(gòu)、功能多樣且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巨系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其體系結(jié)構(gòu)描述中必然包含大量?jī)?nèi)容和信息，對(duì)其動(dòng)態(tài)行為的驗(yàn)證必然是復(fù)雜且困難的。因此，將體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品通過(guò)一定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行模型，通過(guò)模擬仿真驗(yàn)證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為是當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。如，文獻(xiàn)[4-9]分別基于著色Petri網(wǎng)（CPN）、對(duì)象Petri網(wǎng)（OPN）及ExtendSim仿真工具的方式對(duì)體系結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)行為如邏輯運(yùn)行規(guī)則、狀態(tài)變遷、資源競(jìng)爭(zhēng)及沖突死鎖等方面的建模與驗(yàn)證進(jìn)行了一定的研究，取得了較好的效果。其基本思路都是將部分描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的視圖產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行模型，通過(guò)仿真模型的運(yùn)行來(lái)完成體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的。但這種方式在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生中間件，存在轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)，不能絕對(duì)保證轉(zhuǎn)換后的模型與原模型完全一致，且這種轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨系統(tǒng)復(fù)雜度的提高而增加。此外，轉(zhuǎn)換后的模型可讀性較差，需要相關(guān)人員具備深厚的數(shù)學(xué)功底，不利于非專業(yè)人員理解和掌握。

因此，本文借鑒模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（Model Driving Architecture，MDA）思想，以區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)為實(shí)例，利用xUML（Executable Unified Modeling Language）進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)相關(guān)視圖產(chǎn)品的構(gòu)建，通過(guò)動(dòng)作規(guī)約語(yǔ)言（Action Specification Language， ASL）精準(zhǔn)定義系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，進(jìn)而自動(dòng)生成可執(zhí)行代碼，通過(guò)激勵(lì)測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)特定信號(hào)事件的響應(yīng)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、信息流程等系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為。擬降低模型轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)，提高可執(zhí)行模型的可讀性，實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證的一體化。

1? MDA、xUML與ASL

1.1? ?模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)

模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（MDA）是由對(duì)象管理組織（OMG）提出的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)方法，其思想是將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能需求與具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)相分離，通過(guò)對(duì)不同的問(wèn)題域進(jìn)行精確的建模，并以這些模型為核心，驅(qū)動(dòng)包括分析、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)等在內(nèi)的整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程。

MDA中包括兩種基本形式的模型：平臺(tái)無(wú)關(guān)模型（Platform-Independent Model， PIM）與平臺(tái)相關(guān)模型（Platform-Specific Model， PSM）。PIM獨(dú)立于任何實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，它詳述了系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)需求，每個(gè)PIM描述了系統(tǒng)的一個(gè)方面，在MDA中用“域”來(lái)表述，所有的PIM主題域組合在一起就是對(duì)系統(tǒng)的完整描述。在基于MDA的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，第一階段是將系統(tǒng)劃分為多個(gè)PIM主題事務(wù)域；第二階段則是通過(guò)對(duì)PIM添加針對(duì)特定平臺(tái)技術(shù)體制的映射規(guī)則和輔助工具，轉(zhuǎn)換成與特定實(shí)現(xiàn)技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用模型，即PSM，再將經(jīng)過(guò)充實(shí)的PSM轉(zhuǎn)換成代碼。這樣，當(dāng)系統(tǒng)非功能性需求發(fā)生變化時(shí)，只需要重寫映射規(guī)則就可以應(yīng)對(duì)這些變化，而不需要逐一修改同一個(gè)系統(tǒng)模型在不同抽象層次上的冗余表示。

可以看到，基于MDA的開(kāi)方法不僅與DODAF多視圖的描述方法不謀而合，且使得開(kāi)發(fā)人員能夠更加專注于系統(tǒng)需求，而不需要為特定的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和平臺(tái)而分散注意力，有利于開(kāi)發(fā)人員準(zhǔn)確地掌握系統(tǒng)需要做什么，從而分析設(shè)計(jì)出更加精確的模型，提高開(kāi)發(fā)效率，還能將技術(shù)的變更對(duì)系統(tǒng)的影響降至最低。

1.2? ?xUML

xUML是OMG指定的MDA建模方法之一。xUML是UML的一個(gè)子集，它去除了UML當(dāng)中的弱語(yǔ)義部分，并添加了精確定義的動(dòng)作語(yǔ)義，xUML通過(guò)這些精確的動(dòng)作語(yǔ)義來(lái)描述系統(tǒng)中對(duì)象之間的交互和行為，使之變?yōu)榱丝蓤?zhí)行的模型。圖1非正式地表示了xUML的概念。

xUML的模型包括包圖、用例圖、時(shí)序圖、類圖、類交互圖和類狀態(tài)圖。在仿真環(huán)境中，類狀態(tài)圖是可執(zhí)行模型的核心，它通過(guò)狀態(tài)和轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)模型的執(zhí)行。其他模型為其提供操作、信號(hào)、數(shù)據(jù)等支撐。

1.3? ?動(dòng)作規(guī)約語(yǔ)言ASL

動(dòng)作規(guī)約語(yǔ)言（Action Specification Language， ASL）是一種獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作語(yǔ)言，它與任何平臺(tái)無(wú)關(guān)，用于定義面向?qū)ο笙到y(tǒng)的所有動(dòng)態(tài)行為，為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為提供精準(zhǔn)、簡(jiǎn)明、可讀的定義。ASL可以通過(guò)多種不同的技術(shù)映射到特定的軟件體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言當(dāng)中，可自動(dòng)轉(zhuǎn)譯成包括ObjC、Java、C、C++、SQL、Ada等在內(nèi)的多種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。

ASL支持以下行為語(yǔ)義的定義：

類操作與對(duì)象操作——對(duì)應(yīng)狀態(tài)無(wú)關(guān)的行為。

狀態(tài)動(dòng)作——對(duì)應(yīng)狀態(tài)相關(guān)行為。

域操作——對(duì)應(yīng)域提供的服務(wù)。

橋操作——橋操作用于將多個(gè)域連接到一起。

初始化片段——用于完成系統(tǒng)初始對(duì)象的定義，確定系統(tǒng)初始狀態(tài)。

測(cè)試?yán)獭诜抡姝h(huán)境下用于激勵(lì)模型的驅(qū)動(dòng)程序段。

利用ASL詳述的xUML是無(wú)歧義、可執(zhí)行的。在仿真環(huán)境中，通過(guò)提前定義的測(cè)試?yán)虂?lái)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于不同信號(hào)事件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)行為的正確性、內(nèi)容的完備性以及邏輯的合理性等，進(jìn)而達(dá)到體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的目的。

2? 可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與驗(yàn)證

2.1? 體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的內(nèi)容

構(gòu)建可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)的目的在于驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)的正確性，實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證的一體化。目前，各類文獻(xiàn)對(duì)于體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的內(nèi)容沒(méi)有權(quán)威的定義，大多數(shù)學(xué)者是參照國(guó)防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出的體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證內(nèi)容[10，11]來(lái)展開(kāi)相關(guān)研究。其將體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證分為語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用3個(gè)層次。語(yǔ)法層的驗(yàn)證是靜態(tài)的，主要是驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)描述“對(duì)不對(duì)”，例如，開(kāi)發(fā)的各類體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品是否符合框架的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，描述的內(nèi)容有無(wú)缺失等；語(yǔ)義層的驗(yàn)證是動(dòng)態(tài)的，主要是驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)“行不行”，例如，系統(tǒng)是否按照想定的順序處理相關(guān)事件，系統(tǒng)功能流程是否合理等；語(yǔ)用層的驗(yàn)證也是動(dòng)態(tài)的，主要驗(yàn)證體系結(jié)構(gòu)“好不好”，包括系統(tǒng)滿足需求的程度如何，各類功能性與非功能性需求能否達(dá)標(biāo)等。驗(yàn)證的具體內(nèi)容大致可歸納為以下幾項(xiàng)，如表1所示。

基于xUML與ASL的可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)對(duì)上述各層次的驗(yàn)證內(nèi)容有較好地支持作用，一是對(duì)語(yǔ)法層的支持，xUML指定的建模工具iUML Modeler能夠智能地維護(hù)模型的完整性，不完整的模型是無(wú)法在仿真環(huán)境下運(yùn)行的。此外，它能自動(dòng)提示使用上下文的選取列表，以確保使用者不會(huì)輸入與現(xiàn)有模型不一致的信息，這就很大程度上確保了數(shù)據(jù)的完整性與一致性；二是對(duì)語(yǔ)義層的支持，xUML仿真環(huán)境iUML Simulator提供了實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)、信號(hào)隊(duì)列和跟蹤歷史等功能，且可以在所有對(duì)象的任何狀態(tài)、信號(hào)和類上設(shè)置斷點(diǎn)，這保證了開(kāi)發(fā)人員能夠根據(jù)需求驗(yàn)證作戰(zhàn)/系統(tǒng)流程的正確性與合理性；三是語(yǔ)用層的支持，開(kāi)發(fā)人員可以將系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)寫入模型當(dāng)中，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)部分性能的驗(yàn)證評(píng)估。

2.2? 可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法

當(dāng)前，美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架最新版本DODAF 2.0只給出了用于描述體系結(jié)構(gòu)的多視圖產(chǎn)品模型、開(kāi)發(fā)思想和總體步驟等，但沒(méi)有指定具體的開(kāi)發(fā)方法和工具。目前主要的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)方法是面向過(guò)程的開(kāi)發(fā)方法與面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法。其中，面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法作為軟件開(kāi)發(fā)的成熟方法，其通過(guò)從現(xiàn)實(shí)世界客觀存在的事物出發(fā)來(lái)認(rèn)識(shí)問(wèn)題域和構(gòu)造系統(tǒng)的方法更加接近人的思維。UML是面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)方法的主流方法，它定義良好、表達(dá)清晰、功能強(qiáng)大且普遍適用，受到多數(shù)學(xué)者的青睞。與此同時(shí)，DODAF本體文件在視圖產(chǎn)品的推薦建模方法中也提及了UML方法對(duì)部分視圖產(chǎn)品的支持。文獻(xiàn)[12-14]等，在構(gòu)建DODAF視圖產(chǎn)品中均用到了UML的模型。

xUML作為UML的子集，他不僅繼承了UML的大多數(shù)功能，還通過(guò)引入動(dòng)作規(guī)約語(yǔ)言（ASL）彌補(bǔ)了UML語(yǔ)言在表述上的模糊性和不可執(zhí)行性，使之成為了更加“精準(zhǔn)”的且可執(zhí)行的模型。可以看出，xUML的模型同樣能夠?yàn)镈ODAF的較多視圖產(chǎn)品提供支持，而且在ASL的精確描述下，模型是可執(zhí)行的，能夠更好地驗(yàn)證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。因此，基于xUML開(kāi)發(fā)DODAF體系結(jié)構(gòu)視圖產(chǎn)品是可行的。

xUML可執(zhí)行模型的核心是類的狀態(tài)圖，DODAF 2.0中關(guān)于狀態(tài)轉(zhuǎn)換的視圖模型（OV-6b、SV-10b、SvcV-10b）均可用類的狀態(tài)圖來(lái)表示。而規(guī)則模型（OV-6a、SV-10a、SvcV-10a）則可以通過(guò)轉(zhuǎn)換為‘if-then的形式，結(jié)合ASL語(yǔ)法規(guī)則，寫入到狀態(tài)圖當(dāng)中，可實(shí)現(xiàn)了兩者的統(tǒng)一。DODAF2.0中作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖和服務(wù)視圖的部分視圖產(chǎn)品與xUML模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

2.3? 可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模的步驟

結(jié)合DODAF2.0體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)思想與視圖模型特點(diǎn)、xUML模型及其仿真環(huán)境（iUMLite2.20）的功能特點(diǎn)，基于xUML與DODAF的可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模步驟大致可分為以下幾步：

（1）利用用例圖詳述系統(tǒng)需求。體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)從系統(tǒng)需求分析入手，必須細(xì)化頂層作戰(zhàn)概念，明確系統(tǒng)需要做什么。用例圖是系統(tǒng)搭建的藍(lán)圖，它為“系統(tǒng)需要做什么”提供了簡(jiǎn)化的圖形表示，提綱挈領(lǐng)地讓用戶了解和掌握系統(tǒng)的概況。因此，它能有效地捕獲作戰(zhàn)概念，為捕獲用戶需求提供支持。例如，對(duì)于區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)分解其高層作戰(zhàn)概念，可以得到以下作戰(zhàn)活動(dòng)：預(yù)警探測(cè)、精準(zhǔn)識(shí)別與跟蹤、打擊攔截和效果評(píng)估等?？衫美龍D構(gòu)建其高級(jí)作戰(zhàn)概念圖OV-1。

（2）利用順序圖詳述每個(gè)用例對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)線程。用例圖描述了系統(tǒng)需要做什么，順序圖則對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化，它描述了一個(gè)用例的主要參與者與完整流程，參照表2內(nèi)容，利用順序圖可構(gòu)建相應(yīng)的事件跟蹤描述。

（3）分解主題事物域。首先，利用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的對(duì)象閃電戰(zhàn)，抽象出整個(gè)系統(tǒng)的全體類圖；然后根據(jù)類的性質(zhì)進(jìn)行主題事務(wù)域的劃分，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的域模型，域之間通過(guò)“橋”進(jìn)行鏈接。參照DODAF視角模型，可初步將其劃分為作戰(zhàn)域、服務(wù)域、系統(tǒng)域、能力域等。域中的類圖展示了實(shí)體的連接關(guān)系，以此可以構(gòu)建OV-2、SV-2、SvcV-2。

（4）填充系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。前文提到，xUML模型仿真運(yùn)行的必要條件是模型必須是完整的，因此需要利用動(dòng)作規(guī)約語(yǔ)言（ASL）對(duì)類中的操作、狀態(tài)的入口動(dòng)作等進(jìn)行詳細(xì)定義，使?fàn)顟B(tài)圖全面完善。

（5）利用ASL編寫初始化片段和測(cè)試方法。模型運(yùn)行前，還需要利用ASL對(duì)初始化片段進(jìn)行描述以確定系統(tǒng)的初始場(chǎng)景。并根據(jù)實(shí)際需求，編寫相應(yīng)的測(cè)試方法。

（6）生成代碼。利用iUMLite 2.20內(nèi)置可自動(dòng)編譯并生成代碼。在此過(guò)程中，如果模型各部分定義正確，則能直接生成代碼。否則會(huì)提示相應(yīng)錯(cuò)誤。

（7）仿真運(yùn)行與模型驗(yàn)證。代碼生成完畢后即可運(yùn)行模型，iUML Simulator提供的信號(hào)追蹤功能和狀態(tài)圖可以很好地驗(yàn)證系統(tǒng)是否按照想定的流程完成相應(yīng)的動(dòng)作，用戶還可根據(jù)需求，設(shè)置斷點(diǎn)檢查特定部位或單步執(zhí)行逐步檢查整個(gè)系統(tǒng)。以此來(lái)檢驗(yàn)當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)與目標(biāo)系統(tǒng)的差異，如果滿足要求，則驗(yàn)證通過(guò)，否則對(duì)當(dāng)前模型進(jìn)行修改，直到滿足要求為止。

3? 實(shí)例分析——區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)

該節(jié)以簡(jiǎn)化的區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為例，主要闡述基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證過(guò)程。由于篇幅有限，這里只對(duì)核心模型和過(guò)程進(jìn)行展示，開(kāi)發(fā)工具為iUMLite 2.20。

3.1? 案例背景介紹

該設(shè)計(jì)案例背景為：區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)區(qū)域來(lái)犯的各類空中目標(biāo)進(jìn)行攔截，以確保我方區(qū)域領(lǐng)空安權(quán)。該指揮信息系統(tǒng)由各型雷達(dá)、指揮所和武器平臺(tái)組成。雷達(dá)包括低早期警戒雷達(dá)、高空警戒雷達(dá)與低空警戒雷達(dá)等，根據(jù)指揮所的控制指令對(duì)指定空域的彈道導(dǎo)彈、高空飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、直升機(jī)等目標(biāo)進(jìn)行全時(shí)探測(cè)監(jiān)視，并實(shí)時(shí)傳輸探測(cè)數(shù)據(jù)。指揮所對(duì)雷達(dá)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，形成情報(bào)信息和態(tài)勢(shì)，依據(jù)目標(biāo)類型、威脅程度等選擇武器平臺(tái)對(duì)目標(biāo)實(shí)施打擊。根據(jù)打擊效果評(píng)估決定下一步行動(dòng)。圖2所示為利用例圖表示的高級(jí)作戰(zhàn)概念圖OV-1。

3.2? 核心模型展示

圖3所示為系統(tǒng)作戰(zhàn)資源流描述OV-2，也稱作作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接圖。它描述的是作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系及節(jié)點(diǎn)間資源流需求。如圖3所示，每一個(gè)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)用一個(gè)類表示，類的第一欄為實(shí)體節(jié)點(diǎn)的名稱，‘n為實(shí)體的編號(hào)，‘kl為其主鍵編碼，用于唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體；第二欄為實(shí)體的屬性，第三欄為實(shí)體提供的操作。

圖4至圖7為利用xUML狀態(tài)圖描述的部分作戰(zhàn)實(shí)體節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，它們是可執(zhí)行模型的核心。以圖3指揮所作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為例，指揮所的初始狀態(tài)為戰(zhàn)備值班狀態(tài)（Be on duty），在收到目標(biāo)信息（Targ_Inform）后，轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)融合處理狀態(tài)（Data fusion processing）并執(zhí)行狀態(tài)入口動(dòng)作（這里調(diào)用數(shù)據(jù)處理操作函數(shù)CP1：Datafusion[]），得到處理后的信息（Detail_Inform），轉(zhuǎn)入情報(bào)分析狀態(tài)（Intelligence analysis）并執(zhí)行狀態(tài)入口動(dòng)作（調(diào)用操作函數(shù)CP2：IntellegenceAnalysis）。由于篇幅原因，后續(xù)狀態(tài)不再贅述。這里的狀態(tài)入口動(dòng)作和實(shí)體提供的操作均是利用ASL進(jìn)行描述的，所有的操作和狀態(tài)都必須在執(zhí)行前利用ASL完全定義。

3.3? 系統(tǒng)初始化與測(cè)試信號(hào)

在完整建立xUML模型之后，還需利用ASL對(duì)系統(tǒng)初始條件和測(cè)試方法進(jìn)行編寫。具體描述如下：

這里展示初始化一個(gè)早期預(yù)警雷達(dá)：

IDofEWRadar=2

ScaleofEWRadar=1500

PollingRate=500

PollingRateUnits of Time_Units=‘SECOND

[theEWRadar]=EWR1：PowerOn[IDofEWRadar，＼

ScaleofEWRadar，＼

PollingRate，＼

PollingRateUnits，＼

IDofTarget]

將其與指揮所連接：

link theEWRadar R4 theCommandPost

測(cè)試方法：

（1）向早期預(yù)警雷達(dá)發(fā)送控制命令：

theEWRadar=find-one Early_Warning_Radar where R_ID=2

generate EWR1：BootCommand（） to theEWRadar

（2）向早期預(yù)警雷達(dá)發(fā)送作戰(zhàn)命令：

theEWRadar=find-one Early_Warning_Radar where R_ID=2

generate EWR4：DetectionCommand（） to theEWRadar

在利用ASL完成系統(tǒng)初始化設(shè)置片段和測(cè)試方法的編寫后，即可利用iUMLite 2.20內(nèi)置的代碼生成器CEGN自動(dòng)生成相應(yīng)的可執(zhí)行代碼。在此階段，如果通過(guò)仿真環(huán)境的編譯，代碼生成成功，則完成了模型的初步驗(yàn)證。這是因?yàn)?，在xUML中，如果前后數(shù)據(jù)不一致、不完整，語(yǔ)法使用不規(guī)范，代碼將會(huì)生成失敗。因此，基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證方法可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的錯(cuò)誤并糾正，避免了后續(xù)因錯(cuò)誤堆積而導(dǎo)致的開(kāi)發(fā)困難的局面。

3.4? 模型驗(yàn)證與分析

代碼生成成功后，模型即可運(yùn)行，iUML Simulator提供了一個(gè)命令行窗口和一個(gè)圖形窗口使用戶能夠與可執(zhí)行模型進(jìn)行交互，如圖8所示，展示了區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)執(zhí)行中的某個(gè)片段。

在模型執(zhí)行的過(guò)程中，對(duì)象實(shí)例表顯示了實(shí)例的具體參數(shù)，可以通過(guò)查看對(duì)象實(shí)例表來(lái)檢查每個(gè)對(duì)象實(shí)例當(dāng)前所處的狀態(tài)，各類參數(shù)是否設(shè)置正確，以及各類連接關(guān)系是否按預(yù)期行為建立，圖9展示了部分系統(tǒng)實(shí)例的狀態(tài)表。

還可以通過(guò)查看系統(tǒng)的狀態(tài)圖來(lái)驗(yàn)證模型狀態(tài)的完備性，如圖10所示，圖中的行表示實(shí)體可能接受到的信號(hào)的集合，列表示系統(tǒng)的狀態(tài)。每一個(gè)單元格對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如，當(dāng)系統(tǒng)處于Be on duty狀態(tài)時(shí)，如果此時(shí)收到Targ_Inform信號(hào)后，則會(huì)轉(zhuǎn)入Data fusion process狀態(tài)。圖中多數(shù)單元格的值為“unknown”，這表示狀態(tài)機(jī)是不完全的，需要將其進(jìn)一步完善，該案例主要用于闡述基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證過(guò)程，因此對(duì)案例模型的完備性不作要求。

此外，iUML的信號(hào)跟蹤功能可以查看模型執(zhí)行過(guò)程中信號(hào)產(chǎn)生和消耗的歷史，行為的執(zhí)行情況以及這些信號(hào)所引起的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。圖11中Src Domain/Class指產(chǎn)生信號(hào)的域/類，Dest Domain/Class指消耗信號(hào)的域/類，Src State指信號(hào)源的狀態(tài)，Dest Old St.指目標(biāo)域/類接收到指定信號(hào)前的狀態(tài)編號(hào)，Dest New St.指目標(biāo)域/類接收到指定信號(hào)后轉(zhuǎn)入的狀態(tài)編號(hào)。

區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的正確執(zhí)行，驗(yàn)證了其數(shù)據(jù)的一致性、完備性以及狀態(tài)的可達(dá)性等，檢驗(yàn)了體系結(jié)構(gòu)時(shí)序與規(guī)則的正確性，有效地完成了系統(tǒng)的非功能性需求。此過(guò)程驗(yàn)證了基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證的可行性和有效性。

4? 結(jié)? 論

本文將模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的思想引入到體系結(jié)構(gòu)建模當(dāng)中，利用基于xUML的方法對(duì)可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模和驗(yàn)證進(jìn)行了研究，闡述了xUML用于可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模過(guò)程中展現(xiàn)出可讀性強(qiáng)、易于操作、開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證保持一致等優(yōu)點(diǎn)，分析了xUML對(duì)DODAF相關(guān)視圖產(chǎn)品的支持，并給出了基于xUML與DODAF的體系結(jié)構(gòu)建模方法與步驟，結(jié)合區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例驗(yàn)證了此方法的科學(xué)性。

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作者簡(jiǎn)介：楊雙澤（1994—），男，漢族，貴州修文人，碩士在讀，研究方向：自組網(wǎng)應(yīng)用、效能評(píng)估；趙有華（1973—），男，漢族，重慶市人，碩士研究生導(dǎo)師，副教授，研究方向：無(wú)線通信技術(shù)與應(yīng)用；朱丹（1989—），女，漢族，江蘇南通人，碩士在讀，研究方向：無(wú)線通信技術(shù)與應(yīng)用；陳啟航（1993—），男，漢族，山東青島人，碩士在讀，研究方向：自組網(wǎng)應(yīng)用。

收稿日期：2022-06-29