軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其相關(guān)技術(shù)研究發(fā)展綜述?

楊雙澤 趙有華 朱 丹 向春鋼

（陸軍工程大學(xué) 重慶 400035）

1 引言

美軍近幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)以及網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)等概念的提出，世界各國(guó)軍隊(duì)都認(rèn)識(shí)到推進(jìn)軍事信息系統(tǒng)一體化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)軍事信息系統(tǒng)之間互聯(lián)互通互操作的重要性和必要性。而體系結(jié)構(gòu)作為軍事信息系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，是軍事信息系統(tǒng)集成建設(shè)的關(guān)鍵所在，21 世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)在參考美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)（DODAF）的基礎(chǔ)上紛紛提出了相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)框架并不斷改進(jìn)，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界也對(duì)體系結(jié)構(gòu)展開(kāi)了大量的研究。該文針對(duì)軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，梳理了國(guó)內(nèi)外近年來(lái)的研究情況，主要從軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與開(kāi)發(fā)工具、體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證以及面向服務(wù)架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）相關(guān)研究進(jìn)行分析和概括，希望為體系結(jié)構(gòu)研究提供思路和借鑒。

2 體系結(jié)構(gòu)框架

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后，美軍逐漸認(rèn)識(shí)到推進(jìn)C4ISR 系統(tǒng)一體化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)軍事信息系統(tǒng)互聯(lián)互操作是取得未來(lái)一體化聯(lián)合作戰(zhàn)勝利的關(guān)鍵所在，開(kāi)始著手研究和制定體系結(jié)構(gòu)框架和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，于1996年6月推出了C4ISR 體系結(jié)構(gòu)框架的第一個(gè)版本，即C4ISRAFv1.0，提出采用作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)視圖（OV）、技術(shù)體系結(jié)構(gòu)視圖（TV）、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)視圖（SV）來(lái)描述體系結(jié)構(gòu)。后又于1997 年12 月頒布C4IS?RAFv2.0 版本，對(duì)上述三個(gè)視圖進(jìn)行了擴(kuò)充，對(duì)視圖產(chǎn)品的定義、模板和使用等進(jìn)行了詳細(xì)描述，相比于v1.0，這一版本有了更加全面的通用指南和參考資源。在隨后的發(fā)展中，美國(guó)國(guó)防部意識(shí)到數(shù)據(jù)的重要性，提出采用基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的方法設(shè)計(jì)，并將體系結(jié)構(gòu)框架的應(yīng)用范圍拓展至所有聯(lián)合能力域（JCA），于2003 年8 月，頒布了DODAF1.0，該框架定義了全視圖、作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)視圖共26 種產(chǎn)品。隨著面向服務(wù)架構(gòu)的興起，為打破軍種間的壁壘，實(shí)現(xiàn)各軍種信息系統(tǒng)的一體化集成建設(shè)，2007 年4 月，美國(guó)國(guó)防部頒布了DODAF1.5 作為過(guò)渡版本，初步引入網(wǎng)絡(luò)中心化和服務(wù)的概念，原系統(tǒng)視圖更改為系統(tǒng)與服務(wù)視圖，視圖產(chǎn)品擴(kuò)展為29 種。2009 年8 月頒布DoDAFv2.0 版本，提出了“以數(shù)據(jù)為中心”的思想，并基于IDEAS 規(guī)范頒布了國(guó)防部元數(shù)據(jù)模型（DM2），定義了8 種視圖，共52 個(gè)產(chǎn)品。2010 年10月頒布的DODAF2.02，對(duì)國(guó)防部元模型（DM2）進(jìn)行了部分條目的修改，形成了具備數(shù)學(xué)意義的DM2。2012 年1 月頒布DoDAFv2.03 版本，主要是使用OWL（Web Ontology Language）描述國(guó)防部元數(shù)據(jù)模型（DM2）。2013 年，參考加拿大國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)，增加了安全視圖，形成DoDAF/DNDAFv2.04，2014 年，將北約體系結(jié)構(gòu)框架NAF、英國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)MODAF 進(jìn)行整合，研究制定了國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)統(tǒng)一框架UAFv2.05。美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)DoDAF 經(jīng)過(guò)20 余年的發(fā)展，已成為目前最成熟和完善的體系結(jié)構(gòu)框架。其大致發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1 美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)DODAF演進(jìn)路線

世界多國(guó)和組織在美軍的影響下，參考美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)DoDAF，開(kāi)發(fā)和制定了符合本國(guó)實(shí)際的體系結(jié)構(gòu)框架［1］。例如，挪威陸軍司令部于1999 年發(fā)布的MACCIS（Minimal architecture for CCIS）。澳大利亞頒布的澳大利亞體系結(jié)構(gòu)框架DAF。英國(guó)國(guó)防部于2005 年8 月頒布的英國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)（MoDAF）1.0 版，其最新版本MoDAFv1.2于2008年9月發(fā)布。除此之外，北約在美軍的影響下，其體系結(jié)構(gòu)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。自2000 年11 月北約C3 委員會(huì)在其第11 次會(huì)議上通過(guò)了《北約C3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架》（NC3SAF）1.0版以來(lái)，經(jīng)過(guò)20 年的發(fā)展，其最新版本NAFv4.0 已于2019年10月正式發(fā)布。

我國(guó)同樣十分重視體系結(jié)構(gòu)的研究，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)始終緊跟國(guó)際學(xué)術(shù)前沿，于“十五”期間開(kāi)展了體系結(jié)構(gòu)方面的專項(xiàng)研究，取得了一些理論成果。如，2004 年制定的軍事綜合電子信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架1.0 版，該框架與DODAF1.0 基本類似，采用經(jīng)典的三視圖方法來(lái)描述體系結(jié)構(gòu)，但在表現(xiàn)形式和產(chǎn)品內(nèi)容上進(jìn)行了改進(jìn)，使其更加符合我軍體制編制、組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2011 年又以國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB的形式發(fā)布了《軍事電子信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》［2］。這些理論成果對(duì)于促進(jìn)我軍軍事信息系統(tǒng)綜合集成和一體化建設(shè)，提升軍事信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義。

3 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與開(kāi)發(fā)工具

3.1 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

當(dāng)前美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架DODAF2.0 只給出了各類視圖產(chǎn)品的描述方法、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)方法和開(kāi)發(fā)工具。在DODAF1.0 頒布前后，面向過(guò)程的開(kāi)發(fā)方法和面向?qū)ο蟮拈_(kāi)方法是主要的開(kāi)發(fā)方法。隨著DODAF2.0 能力視角的引入，“以數(shù)據(jù)為中心”開(kāi)發(fā)思想的提出，以及國(guó)防部元模型DM2 的完善，基于能力的開(kāi)發(fā)方法與基于元模型的開(kāi)發(fā)方法也被相繼提出。此外，還有基于活動(dòng)的開(kāi)發(fā)方法與面向服務(wù)的開(kāi)發(fā)方法等。

面向過(guò)程［3］是一種基礎(chǔ)的開(kāi)發(fā)方法，是最為實(shí)際的一種思考方式，它將系統(tǒng)視為一系列過(guò)程的集合體，以系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程、執(zhí)行的活動(dòng)等動(dòng)態(tài)行為為依據(jù)，采取從上往下，逐步求精的方式來(lái)描述系統(tǒng)的全貌。特別適用于對(duì)一些流程清晰、規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)的構(gòu)造。但在大型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的過(guò)程中則存在一定的局限性，主要是由于面向過(guò)程的方法并不注重識(shí)別系統(tǒng)對(duì)象的邊界，容易造成概念混淆，引起系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員和用戶的理解偏差。并且基于面向過(guò)程開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)各模塊是緊密耦合的，會(huì)造成系統(tǒng)的重用性和可擴(kuò)展性較差。功能建模方法IDEF0、信息建模方法IDEF1、數(shù)據(jù)建模方法IDEF1X以及過(guò)程獲取描述方法IDEF3等均是典型的面向過(guò)程的結(jié)構(gòu)化分析方法，在分析許多實(shí)際問(wèn)題中起到了極佳的效果。很多學(xué)者在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)中都利用上述方法對(duì)其進(jìn)行建模［4～6］。

面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法［7］源自軟件工程領(lǐng)域，是軟件開(kāi)發(fā)的成熟方法。該方法通過(guò)從現(xiàn)實(shí)世界客觀存在的事物來(lái)認(rèn)識(shí)問(wèn)題域和構(gòu)造系統(tǒng)，非常貼近人的思維方式。面向?qū)ο笏邆涞姆庋b性、繼承性、多態(tài)性等特性使得系統(tǒng)具有較高的靈活性、重用性與可拓展性，因此特別適用于構(gòu)建復(fù)雜度高、規(guī)模大的系統(tǒng)。統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unified Modeling Language，UML）是面向?qū)ο笙到y(tǒng)開(kāi)發(fā)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 本體文件也提及了UML 方法對(duì)其部分視圖產(chǎn)品的支持。文獻(xiàn)［8～10］在構(gòu)建DODAF 視圖產(chǎn)品中均用到了UML的模型。

基于活動(dòng)的開(kāi)發(fā)方法［11～12］，是由美國(guó)MITRE公司和洛克希德·馬丁公司于2004 年聯(lián)合提出的。該方法以活動(dòng)、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、角色、信息、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)8 個(gè)實(shí)體為核心，并以與其相關(guān)的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品為設(shè)計(jì)主線來(lái)生成其他體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。是一種“以數(shù)據(jù)為中心”的結(jié)構(gòu)化開(kāi)發(fā)方法。文獻(xiàn)［13］基于作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、信息、活動(dòng)等核心實(shí)體及其之間關(guān)系，提出了一種以活動(dòng)為中心的開(kāi)發(fā)過(guò)程。文獻(xiàn)［14］采取基于活動(dòng)的方法對(duì)反導(dǎo)作戰(zhàn)體系遂行主動(dòng)防御作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)所執(zhí)行的相關(guān)活動(dòng)進(jìn)行了分析，并以此分析得出其原型系統(tǒng)的邏輯連接關(guān)系，驗(yàn)證了此方法的實(shí)用性。文獻(xiàn)［15］提出了一種支持復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計(jì)的框架，通過(guò)系統(tǒng)建模語(yǔ)言（SysML）將部分描述動(dòng)態(tài)行為的視圖模型轉(zhuǎn)化為基于BPMN 的業(yè)務(wù)流程模型，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真的集成。

為了適應(yīng)美國(guó)安全戰(zhàn)略從“基于威脅”向“基于能力”的轉(zhuǎn)變，美國(guó)國(guó)防部在其DODAF2.0 版本中正式引入能力視圖，基于能力的方法也因此被提出。國(guó)內(nèi)外圍繞基于能力的開(kāi)發(fā)方法也展開(kāi)了大量的研究，文獻(xiàn)［16］針對(duì)“能力”這一術(shù)語(yǔ)概念不清晰、定義不一致的問(wèn)題，借鑒DODAF2.0 中關(guān)于“能力”的定義和描述，給出了對(duì)多視角下軍事能力的概念定義及能力概念間的關(guān)系說(shuō)明。文獻(xiàn)［17］分析了DODAF2.0 中能力視圖的構(gòu)成及其與其他視圖的關(guān)系，提出了基于能力的結(jié)構(gòu)化分析方法和過(guò)程，并進(jìn)行了應(yīng)用研究。

基于元模型的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指以規(guī)范的體系結(jié)構(gòu)元模型為基礎(chǔ)，以其所表達(dá)的體系結(jié)構(gòu)高層概念間關(guān)系作為指導(dǎo)和約束獲取體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程［18］。該方法是隨著DODAF2.0數(shù)據(jù)元模型DM2 的完善和“以數(shù)據(jù)為中心”的開(kāi)發(fā)思想逐漸成熟而提出的。文獻(xiàn)［19］根據(jù)需求對(duì)DM2進(jìn)行了剪裁，提出了一種基于語(yǔ)義元模型的建模方法，利用類、關(guān)系、屬性和實(shí)例建立四元組的本體描述框架對(duì)作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖和能力視圖進(jìn)行了描述。并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了方法的可行性。文獻(xiàn)［20］利用DM2 對(duì)全視圖、作戰(zhàn)視圖、能力視圖和系統(tǒng)視圖中多個(gè)模型進(jìn)行了裁取，并利用DM2 對(duì)所構(gòu)建的岸艦導(dǎo)彈武器裝備體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了完備性與一致性的驗(yàn)證。

面向服務(wù)的方法是隨著SOA 架構(gòu)的興起以及服務(wù)視圖的引入而提出的，由于涉及內(nèi)容較廣，此部分內(nèi)容在下節(jié)進(jìn)行闡述。

需要注意的是，各類體系結(jié)構(gòu)框架沒(méi)有限定具體的開(kāi)發(fā)方法，許多開(kāi)發(fā)人員和學(xué)者在實(shí)際建模過(guò)程中常常將多種方法結(jié)合起來(lái)使用，并取得較好地效果。但需要考慮各類方法的邊界，比如，基于活動(dòng)、基于能力、面向服務(wù)三種開(kāi)發(fā)方法是從不同設(shè)計(jì)切入點(diǎn)來(lái)進(jìn)行劃分的；面向過(guò)程與面向?qū)ο笫菑恼J(rèn)識(shí)論的角度來(lái)進(jìn)行劃分的。按照抽象的層次，可將以上幾種方法按照?qǐng)D2 所示組織起來(lái)。一般地，位于下層的方法能夠?yàn)槲挥谏蠈拥姆椒ㄌ峁┲С?，而位于同一層次的方法同時(shí)使用則會(huì)為體系開(kāi)發(fā)過(guò)程帶來(lái)困擾。而基于元模型的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)方法本質(zhì)是“以數(shù)據(jù)為中心”的開(kāi)發(fā)方法，其位于該層次結(jié)構(gòu)的最底層，可以為其他方法提供很好的支持，理論上不會(huì)與其他方法相矛盾。

圖2 體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)方法分層模型

3.2 體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)工具

隨著體系結(jié)構(gòu)研究的深入，越來(lái)越多的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)工具應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前，市場(chǎng)上使用較為廣泛的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)工具包括System Architect、Enter?prise Architect、MagicDraw等等。

System Architect 是IBM 公司開(kāi)發(fā)的體系結(jié)構(gòu)建模工具，它集需求獲取、系統(tǒng)建模、驗(yàn)證分析為一體，可很好地支持DODAF、TOGAF、MODAF 等在內(nèi)的多種框架的開(kāi)發(fā)。

Enterprise Architect 是Sparx Systems 公司推出的CASE工具，全面支持UML2.0，它功能強(qiáng)大、界面友好、并提供系統(tǒng)開(kāi)發(fā)整個(gè)過(guò)程的追蹤功能，能很好地支撐系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。

MagicDraw是由No Magic公司基于Java開(kāi)發(fā)的UML 建模和面向?qū)ο笙到y(tǒng)分析設(shè)計(jì)工具。該工具提供對(duì)SysML/UML/UAF 語(yǔ)言的全面支持，采用基于模型的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模型元素追溯，便于變更管理及影響分析。

文獻(xiàn)［21］針對(duì)DODAF 開(kāi)發(fā)過(guò)程的繁瑣性和DODAF 視圖模型產(chǎn)品的復(fù)雜性，為了提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率和成功率，基于4 項(xiàng)主準(zhǔn)則15 項(xiàng)次準(zhǔn)則，利用多準(zhǔn)則決策方法對(duì)當(dāng)前市面上主流的DODAF開(kāi)發(fā)工具如Enterprise Architect，MagicDraw，MEGA Suite 和System Architect 進(jìn)行了分析和評(píng)估，認(rèn)為System Architect 是當(dāng)前最適用的DODAF 開(kāi)發(fā)工具。

4 面向服務(wù)架構(gòu)在體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究

隨著技術(shù)的發(fā)展，面向服務(wù)架構(gòu)（Service Ori?ented Architecture，SOA）以其松耦合、可復(fù)用、可組合等優(yōu)勢(shì)為長(zhǎng)期以來(lái)美軍C4ISR 系統(tǒng)緊耦合、系統(tǒng)異構(gòu)等造成的互聯(lián)互通困難等問(wèn)題提供了解決思路，美軍DoDAFv2.0、英軍MoDAFv1.2、北約NAFv3.0，都紛紛在以前版本基礎(chǔ)上增加了服務(wù)視圖，把SOA 應(yīng)用于體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)中，體現(xiàn)了面向服務(wù)架構(gòu)在體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用，面向服務(wù)的開(kāi)發(fā)方法也被提出。在這些研究當(dāng)中，主要的研究?jī)?nèi)容包括服務(wù)視圖的構(gòu)建與描述方法、服務(wù)視圖的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證、服務(wù)識(shí)別與生成流程等。

在服務(wù)視圖構(gòu)建與描述方面，國(guó)防科技大學(xué)羅雪山團(tuán)隊(duì)［22～25］在此方面做了相關(guān)研究，提出了服務(wù)視圖產(chǎn)品描述方法，并將其引入體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型構(gòu)建，建立了服務(wù)視圖與作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖等的聯(lián)系，以及將服務(wù)視圖轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行模型進(jìn)行驗(yàn)證與分析，很好地展現(xiàn)了服務(wù)視圖應(yīng)用于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。文獻(xiàn)［26］針對(duì)當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究中缺乏指導(dǎo)面向服務(wù)架構(gòu)SOA 的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的有效框架和過(guò)程，提出了一種基于TOGAF 與DODAF 相結(jié)合的企業(yè)架構(gòu)描述框架與設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)［27］認(rèn)為DODAF2.0 服務(wù)視圖中的SvcV-5 模型是連接作戰(zhàn)視點(diǎn)和服務(wù)視點(diǎn)的關(guān)鍵模型，提出一種基于服務(wù)識(shí)別的SvcV-5 的半自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方法能夠有效提升SvcV-5的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

在服務(wù)識(shí)別與生成流程方面，文獻(xiàn)［28］從體系架構(gòu)的角度，提出了一種適用于C4ISR 系統(tǒng)的服務(wù)部署模型，以執(zhí)行時(shí)間、所需資源最小化和操作可靠性最大化為目標(biāo)構(gòu)建服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)度函數(shù)，并采用免疫遺傳算法（IGA）獲取最優(yōu)解。文獻(xiàn)［29］引入k-clique 社團(tuán)檢測(cè)算法用于挖掘體系中的服務(wù)，為武器裝備體系架構(gòu)的服務(wù)識(shí)別提供了參考。針對(duì)當(dāng)前缺乏對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，文獻(xiàn)［30］分析了服務(wù)的元模型，獲取了服務(wù)視圖的相關(guān)數(shù)據(jù)及其與作戰(zhàn)視圖相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系，提出了一種基于作戰(zhàn)活動(dòng)的服務(wù)生成流程。

5 體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方法

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［31］。體系結(jié)構(gòu)視圖產(chǎn)品樣類繁多，關(guān)系復(fù)雜，且都是靜態(tài)的，雖然有描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的視圖產(chǎn)品，但其中包含大量?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)，文獻(xiàn)［32］詳細(xì)介紹了馬爾科夫鏈、Petri 網(wǎng)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、圖論和網(wǎng)絡(luò)分析模型等常見(jiàn)模型構(gòu)建DODAF 可執(zhí)行框架的過(guò)程、所必須的信息、適用的場(chǎng)景以及通過(guò)這些可執(zhí)行模型能夠獲取的信息等，為體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)先期驗(yàn)證提供了一個(gè)靈活的框架。目前大多數(shù)體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方法是基于Petri網(wǎng)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、Extendsim 以及xUML 等進(jìn)行轉(zhuǎn)換的方法。表1 對(duì)常用的體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方法進(jìn)行了比較分析。

表1 常用體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方法比較分析

Petri網(wǎng)是一種用于描述離散的、分布式系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模工具，它能形象地描述和分析系統(tǒng)資源的同步、并發(fā)、沖突等行為特征。國(guó)內(nèi)外學(xué)者將部分描述體系結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)行為的視圖產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成多種不同的Petri網(wǎng)模型，如著色Petri網(wǎng)［33］（CPN），對(duì)象Pe?tri 網(wǎng)［34］（OPN），分層泛化Petri 網(wǎng)［35］（HGPN）、層次著色Petri 網(wǎng)［36］（HCPN）等，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)及沖突死鎖等方面進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了較好地效果。

Extendsim 是由美國(guó)Imagine That 公司開(kāi)發(fā)的通用仿真平臺(tái)，是一種可以對(duì)離散事件系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行仿真的仿真軟件，采用模塊化結(jié)構(gòu)和多層次模型結(jié)構(gòu)，具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性，穩(wěn)定性強(qiáng)，并具有良好的統(tǒng)計(jì)功能和圖形輸出功能。廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、交通等多個(gè)領(lǐng)域。文獻(xiàn)［37］以Extendsim 仿真工具作為可執(zhí)行模型的運(yùn)行環(huán)境，并以情報(bào)偵察系統(tǒng)為研究實(shí)例，分析了此方法作為體系結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析的可行性。文獻(xiàn)［38］基于ExtendTM 仿真環(huán)境對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)時(shí)敏目標(biāo)打擊任務(wù)進(jìn)行了研究，并提出了ExtendTM與OPNET連接的概念模型。

xUML 是對(duì)象管理組織（Object Management Group，OMG）指定的模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（Model Driving Architecture，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。文獻(xiàn)［39～40］基于xUML，開(kāi)發(fā)了DoDAFv2.0可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)體系結(jié)構(gòu)研究的幾個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了梳理和總結(jié)，可以看到，當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)框架已基本趨于成熟，自2009 年DODAF2.0 頒布以后，體系結(jié)構(gòu)框架的變化在其后續(xù)版本大多是細(xì)枝末節(jié)的改動(dòng)，現(xiàn)有的研究基本上也是基于DODAF2.0 版本進(jìn)行的。體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)方法和開(kāi)發(fā)工具也能達(dá)到實(shí)用的程度，并在實(shí)際開(kāi)發(fā)中獲得了廣泛的應(yīng)用。而體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方法還需要深入研究，這是因?yàn)楫?dāng)前的大多數(shù)驗(yàn)證方法都是基于“轉(zhuǎn)換”的驗(yàn)證方法，其設(shè)計(jì)與驗(yàn)證是相分離的，存在一定的“轉(zhuǎn)換”風(fēng)險(xiǎn)，不能完全確保模型轉(zhuǎn)換的一致性。除此之外，由于DODAF2.0 沒(méi)有詳述服務(wù)視圖的構(gòu)建與描述方法，且由于軍用體系結(jié)構(gòu)與商用企業(yè)體系結(jié)構(gòu)之間差異的存在，致使軍用面向服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)法完全照搬商用模式。因此，面向服務(wù)的體系架構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證一體化仍將是未來(lái)體系結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。