基于ＵＭＬ與Ｐｅｔｒｉ網(wǎng)的一體化Ｃ４ＫＩＳＲ系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究

摘要：作為高科技武器系統(tǒng)及作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心部分——C4KISR指揮自動(dòng)化系統(tǒng)，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮這日益重要的作用，其性能的優(yōu)劣直接影響到能否取得信息優(yōu)勢和占據(jù)作戰(zhàn)優(yōu)勢。未來一體化C4KISR系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，將幫助軍隊(duì)以更加準(zhǔn)確的獲取信息，掌控戰(zhàn)場局面。由于一體化C4KISR系統(tǒng)的復(fù)雜性，必須在開發(fā)前進(jìn)行仿真建模研究，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。該文主要采用UML與Petri網(wǎng)相結(jié)合，對(duì)C4KISR系統(tǒng)建立動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的模型，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模。

關(guān)鍵詞：C4KISR；UML；Petri網(wǎng)；體系結(jié)構(gòu)

1.引言

作為高科技武器系統(tǒng)及作戰(zhàn)系統(tǒng)核心C4KISR(Command，Control，Communication，Computer，Kill，Intelligence，Surveillance and Reconnaissance)在現(xiàn)代信息戰(zhàn)爭中將發(fā)揮重要的作用，其性能的優(yōu)劣直接影響到能否取得信息優(yōu)勢和占據(jù)作戰(zhàn)優(yōu)勢[1]。

各軍各兵種，集指揮、控制、信息通信為一體化的C4KISR系統(tǒng)，使之在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中能有效地保障對(duì)作戰(zhàn)指揮和控制的靈便、高效與穩(wěn)定。一體化的C4KISR系統(tǒng)要求各級(jí)指揮部門，覆蓋從戰(zhàn)略到戰(zhàn)術(shù)的軍事應(yīng)用，并擁有供實(shí)時(shí)交互的信息平臺(tái)，使系統(tǒng)具有協(xié)同作戰(zhàn)能力、輔助決策支持能力、互通性和機(jī)動(dòng)性。

目前，國內(nèi)外在描述C4KISR系統(tǒng)的建模方法上，主要有功能語言IDEF系列，統(tǒng)一建模語言UML和Petri網(wǎng)等。每種建模語言的適用范圍各不相同。功能語言IDEF系列可以非常清晰地、分層次地用圖形描述過程的功能，但是缺乏動(dòng)態(tài)分析能力；UML采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，采用圖形化技術(shù)，可以建立直觀、統(tǒng)一、通用的靜態(tài)模型；Petri網(wǎng)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)行為描述能力，但在描述靜態(tài)結(jié)構(gòu)方面相對(duì)較弱。目前這3種仿真建模方法，各自有自身的特點(diǎn)，但是都不能滿足對(duì)C4KISR系統(tǒng)的全面描述。本文采用UML和Petri網(wǎng)集成使用，互相取長補(bǔ)短。利用UML的擴(kuò)展機(jī)制進(jìn)行有關(guān)工作流特性的擴(kuò)展，形成良好的靜態(tài)模型和全力描述的動(dòng)態(tài)模型，然后將系統(tǒng)有關(guān)的動(dòng)態(tài)模型映射到對(duì)象Petri網(wǎng)中進(jìn)行各種分析和模擬，經(jīng)過不斷的反復(fù)修正系統(tǒng)模型，最后得到嚴(yán)謹(jǐn)、縝密的系統(tǒng)模型。

2 一體化的C4KISR體系結(jié)構(gòu)

C4KISR系統(tǒng)以通信為基礎(chǔ)，以情報(bào)為依托，以指揮作戰(zhàn)為目的，通過信息獲取、信息傳遞、信息處理、決策和指揮作戰(zhàn)的全過程把軍隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)中的情報(bào)、判斷、決策和行動(dòng)連為一體。C4KISR系統(tǒng)對(duì)通過傳感器設(shè)備采集實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫獲得戰(zhàn)場的靜態(tài)數(shù)據(jù)。從而對(duì)作戰(zhàn)兵力進(jìn)行可視化的指揮及戰(zhàn)術(shù)部署。

目前的C4KISR系統(tǒng)由8個(gè)功能部分組成，一體化仿真集成技術(shù)就是針對(duì)這些組成部分進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)互通、互聯(lián)、互操作。一個(gè)完整的C4KISR系統(tǒng)需要包括一下八個(gè)功能模塊：搜索/發(fā)現(xiàn)目標(biāo)功能；跟蹤/觀測目標(biāo)功能；目標(biāo)識(shí)別功能；決策計(jì)劃功能；打擊目標(biāo)功能；戰(zhàn)損評(píng)估功能；戰(zhàn)場態(tài)勢評(píng)估；基礎(chǔ)設(shè)施支持功能[2]。

一體化的C4KISR系統(tǒng)把這8個(gè)分散的系統(tǒng)連接成一個(gè)有效的作戰(zhàn)體系，用Petri網(wǎng)與UML結(jié)合描述系統(tǒng)方法覆蓋從戰(zhàn)略到戰(zhàn)術(shù)的軍事應(yīng)用，并提供實(shí)時(shí)交互的信息平臺(tái)，使系統(tǒng)具有協(xié)同作戰(zhàn)能力、輔助決策支持能力、互通性和機(jī)動(dòng)性。對(duì)部隊(duì)實(shí)施最準(zhǔn)確的指揮與控制，使作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)揮最佳的作戰(zhàn)能力。實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)之間的互通、互聯(lián)、互操作，建立一體化聯(lián)合作戰(zhàn)、一體化聯(lián)合指揮、一體化聯(lián)合控制、一體化聯(lián)合保障的C4KISR系統(tǒng)仿真模型[3]。（圖1所示）

3 用Petri網(wǎng)與UML結(jié)合描述系統(tǒng)方法

UML與Petri網(wǎng)相互轉(zhuǎn)化流程

UML用例圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，然后用類圖、對(duì)象圖和包圖來分析系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

用動(dòng)態(tài)圖描述系統(tǒng)的具體行為，常用的有序列圖和活動(dòng)圖。

通過映射規(guī)則將序列圖和活動(dòng)圖轉(zhuǎn)換為OPN(Object Petri Net)的實(shí)現(xiàn)，通過OPN的分析技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行分析，反過來修正系統(tǒng)序列圖和活動(dòng)圖。

為了使UML能夠更好的實(shí)現(xiàn)序列圖和活動(dòng)圖轉(zhuǎn)換成OPN的形式，對(duì)UML進(jìn)行一定的拓展。（圖2所示）

4 一體化C4KISR系統(tǒng)的基于UML的Petri網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型

根據(jù)轉(zhuǎn)化規(guī)則，把靜態(tài)的UML活動(dòng)圖設(shè)計(jì)成動(dòng)態(tài)的Petri網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型應(yīng)用Petri網(wǎng)建立動(dòng)態(tài)模型。應(yīng)用Petri網(wǎng)在模型中加與相關(guān)參數(shù)，使模型模擬發(fā)現(xiàn)目標(biāo)開始的系統(tǒng)流程，對(duì)所建立的UML系統(tǒng)靜態(tài)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，并確定系統(tǒng)的可行性（圖3所示）。

5 結(jié)論

單一的建模技術(shù)由于其自身的特點(diǎn)和局限性，無法很好地完成從系統(tǒng)建模、分析到驗(yàn)證的全部任務(wù)。改進(jìn)和擴(kuò)展單一的建模技術(shù)、走復(fù)合建模技術(shù)的道路，是解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)建模問題的有效途徑。本文提出的UML和對(duì)象有色Petri網(wǎng)相結(jié)合的系統(tǒng)混合建模方法，將面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)與Petri網(wǎng)建模技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，綜合運(yùn)用兩種建模技術(shù)的優(yōu)勢，克服彼此存在的主要缺陷，是建立一體化C4KISR仿真系統(tǒng)模型的有益嘗試。

在一體化C4KISR系統(tǒng)的框架下，把UML與Petri網(wǎng)相結(jié)合，可以得到系統(tǒng)完整的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)行為特性的描述分析。應(yīng)用相關(guān)軟件，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。以確定系統(tǒng)的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] 何自強(qiáng) . 網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)——美軍作戰(zhàn)新理論[J].國際電子戰(zhàn)，2004，（6）：18-19

[2] 美國國防部綜合體系結(jié)構(gòu)專委會(huì).C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架( 2.0版本)[R].北京電科院系統(tǒng)工程總體部編譯，1999·

[3]李春立，陳貽來. 一體化聯(lián)合作戰(zhàn)指揮[M] . 北京:軍事科學(xué)出版社，2004. 15249.