DoDAF2.0及其應用分析

周榮坤，張永利，石教華

(中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京 100041)

?

DoDAF2.0及其應用分析

周榮坤，張永利，石教華

(中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京 100041)

國防部體系結構框架(DoDAF)2.0是一套先進的系統設計方法，對于規范裝備的"Top-Down"設計過程具有重要借鑒意義。分析了DoDAF2.0的元數據模型、開發過程和設計支撐環境，總結了"Top-Down"設計過程中需要重點開展的工作。

國防部體系結構框架；聯合能力集成開發系統；體系結構

0 引 言

傳統裝備研制過程中，從軍事需求到系統設計與實現之間的缺少規范化方法的指導，無法形成完整的“Top-Down”設計過程，導致軍事需求到系統實現之間的映射關系模糊、系統設計對系統實現的約束不強等問題。

DoDAF2.0的目的正是為了讓國防部業務流程主管在其職責范圍內確定體系結構的開發需求并對開發過程實施控制。DoDAF2.0是一套先進的系統設計方法，對于規范裝備的“Top-Down”設計過程具有重要借鑒意義。

1 國防部體系結構框架2.0

DoDAF2.0嚴格區分了體系結構模型和視圖、視角的概念，并進一步提出了定制(Fit-for-Purpose)視圖的概念。模型是體系結構產品中的視圖模板，不含體系結構數據；視圖是模型+體系結構數據；視角是多個體系結構視圖。DoDAF2.0在原來的全視圖(AV)、作戰視圖(OV)、系統視圖(SV)、技術視圖(TV)的基礎上，新增數據與信息視角、能力視角、服務視角和項目視角[1]，如圖1所示。

圖1 DoDAF2.0中提供的視角

上述視角中所包含的視圖模板(不含數據)稱為DoDAF模型(DoDAF-described Models)。在對DoDAF模型進行定制或者組合使用的情況下，就稱為定制視圖。DoDAF2.0并不強制使用DoDAF模型。

1.1 元數據模型

任何建模類工具或方法論中，模型都表現為可視化視圖和數據2個層面的表達。具體到DoDAF2.0中，體系結構方法、信息和展示(可視化)的關系如圖2所示。

圖2 體系結構方法、信息和展示(可視化)的關系

與較早版本關注體系結構“產品”描述相比，它更關注體系結構“數據”。為了消除規范化文檔采用自然語言描述而存在的二義性，保證人與計算機對體系結構描述理解一致，DoDAF2.0版基于國際防務企業體系結構規范(IDEAS)基礎本體模型構建了具備數學意義的DoDAF元模型(DM2)。

DM2由3個層次構成，分別是概念數據模型(CDM)、邏輯數據模型(LDM)、物理交換規范(PES)。其中：

(1) CDM定義了頂層數據結構，用以創建非技術術語的體系結構描述，提供各層次使用者和管理者能夠理解體系結構描述的數據基礎。

(2) LDM在CDM基礎上增加了技術信息，基于IDEAS基礎本體將關系闡述為形式化定義。

(3) 物理交換規范(PES)是基于可擴展標記語言(XML)技術構建，在無二義的邏輯數據模型(LDM)基礎上增加特定通用數據類型和執行屬性，自動生成XML模式定義(XSD)文件。

用PES可實現不同體系結構設計工具之間的數據交換，實現體系結構描述在數據層面上的一致。

PES是體系結構數據交換規范，它提供了一個有效的、標準化的方法，實現不同體系結構設計工具之間的數據交換。體系結構設計師可借用各種軟件工具，基于可擴展標記語言模式定義文件(XSD)來記錄體系結構數據和信息，然后將數據和信息存儲到聯邦數據庫。由于使用了同樣的物理交換規范，因而實現了數據理解上的一致性。

PES使用XSD文件定義了52個視圖的文檔結構，DM2_PES_v2.02.xsd文件結構如圖3、圖4所示。

圖3 PES的XSD頂層結構

圖4 IdeasViews字段結構

其中：

(1) IdeasEnvelope是數據交換文件的根元素；

(2) IdeasData字段包括所有需要交換的DM2數據元素，通過XML文檔標準的“ID”和“IDREFS”定義數據元素的唯一標識以及對標識的引用；

(3) IdeasViews字段詳述DoDAF視圖構成，并通過“IDREFS”引用IdeasData區段內的數據元素；

(4) constraints通過XML文檔標準“key”和“keyref”，定義了IdeasEnvelop區段內“IDFEFS”所指向的具體“ID”。

DM2為軍事電子信息系統體系結構設計工具提供了統一的數據交換規范。設計工具將設計成果導出成符合PES的XML數據，就可以基于DM2對這些數據文件進行集成，最終實現體系結構成果集成。集成后的體系結構設計成果依然是基于DM2的數據，可以廣泛應用于分析、匯報、驗證、進一步設計等，如圖5所示。

圖5 基于DM2的設計成果集成

通過“搜索和營救”示例，說明怎樣用物理交換規范XSD來記錄CV-2視圖，如圖6所示。搜索和營救的CV-2視圖對應的XML文件如圖7所示。

圖6 搜索和營救能力CV-2視圖

圖7 搜索和營救CV-2視圖對應的XML文件

雖然DoDAF2.0側重于體系結構數據，但是體系結構數據必須通過體系結構模型進行收集、組織、交換和利用(利用體系結構工具)，因此，在體系結構的使用過程中，更多地體現為體系結構視圖的運用。

1.2 開發過程

DoDAF2.0定義了一個6步體系結構開發過程，如圖8所示。

開發過程主要包括[2]：

(1) 確定體系結構的使用意圖。

(2) 確定體系結構的范圍。

(3) 確定支持體系結構開發所需的數據:

(a) 體系結構設計師為滿足體系結構目標和范圍所需的概念，利用DoDAF2.0第2卷中的附錄B，確定所需的DoDAF模型；同時確定所需的Fit-for-Purpose視圖。

(b) 體系結構設計師審查，包括DM2概念數據模型、DM2邏輯數據模型和DM2概念、關聯與屬性。

圖8 體系結構開發過程

(4) 收集、組織、關聯、存儲體系結構數據：

(a) 體系結構設計師確定需要收集數據的特定的體系結構DM2元模型組，及其概念、關聯和屬性。

(b) 體系結構設計師收集所需的DoDAF模型、Fit-for-Purpose視圖、DM2元模型組、概念、關聯和屬性。

(c) 利用所識別的元模型組，體系結構設計師確定收集數據的方法。

(5) 為支持體系結構目標進行分析,利用所識別的元模型組，體系結構設計師確定數據的使用。

(6) 編寫決策者所需的文檔結果。利用所識別的元模型組，體系結構設計師和決策者確定數據的表現方式。

1.3 支撐環境

DoDAF2.0并不約束使用哪種工具來進行體系結構設計，但是，為了保證體系結構描述一旦進行注冊，就能被發現、共享，要求體系結構設計工具具有2個基本特性：

(1) 能利用PES進行體系結構數據的收集、組織、存儲和共享；

(2) 能從國防部元數據注冊系統(DMR)中進行XML數據的導入和導出；能在國防部體系結構數據注冊系統(DARS)中進行體系結構數據注冊。

國防部有一系列體系結構資源，這些資源應作為體系結構視圖開發過程中的參考和指導，包括[1]：

(a) 國防部信息企業體系結構；

(b) 國防部體系結構注冊系統；

(c) 國防部信息技術組合庫；

(d) 國防部信息技術標準和概要注冊系統；

(e) 聯合C4I項目評估工具；

(f) 聯合通用系統功能清單；

(g) 指示管理/決策支持系統；

(h) 元數據注冊系統；

(i) 海軍體系結構要素參考指南；

(j) 服務注冊系統；

(k) 通用聯合任務清單。

國防部體系結構注冊系統(DARS)在體系結構開發和共享過程中發揮重要作用。DARS最初是基于保密網建設的，后來擴展到非密網。DARS系統配置如圖9所示。

圖9 DARS系統配置圖

2 DoDAF在JCIDS中的應用

DoDAF模型在美國防部流程中被廣泛應用。聯合能力集成開發系統(JCIDS)的主要目標是確保作戰人員獲得成功執行其所被賦予任務的能力。JCIDS定義了一套協同流程，利用聯合概念和一體化體系結構描述來識別能力差距以及彌補差距的“條令、組織、訓練、裝備、領導、教育、人員、設施”(DOTMLPF)與策略方法[2]。通過改變聯合DOTMLPF和策略，從而開發新的能力。在美國防部的主要流程中，JCIDS側重能力開發；計劃，規劃，預算和執行(PPBE)側重投資分析和組合管理；國防采購系統(DAS)側重裝備采購，如圖10所示。

圖10 JCIDS、PPBE與DAS

DoDAF通過體系結構產品(模型/視圖)來支撐國防部的主要流程，如圖11所示。

圖11 體系結構產品(模型/視圖)對國防部主要流程的支持關系

3 結束語

在體系結構的使用過程中，更多地體現為體系結構視圖(設計產品)的運用，但是體系結構視圖離不開體系結構數據的支撐，因此，需要重點從方法、數據和環境3個方面規范裝備“Top-Down”設計過程：

(1) 方法是指要有理論指導，并且具有規范的設計建模過程程序，規定各階段的設計產品和設計產品之間的約束關系；

(2) 數據是指堅持以數據為中心的工程方法，體現為設計過程中，以數據為中心傳遞設計產品，將頂層設計中的模型能一致貫徹到系統設計中的模型(含數據模型)；

(3) 環境是指要有支撐系統設計的工具，以及較為完善的參考資源。

[1] Architecture Working Group.DoD Architecture Framework Version 2.0[EB/OL].http://www.us.armv.mil/suite/page/454707,2009-05-28.

[2] Joint Capabilities Integration and Development System(CJCSI 3170.01H)[EB/OL].http://www.dtic.mil/cjcs_directives,2012-01-10.

Analysis of DoDAF2.0 and Its Application

ZHOU Rong-kun,ZHANG Yong-li,SHI Jiao-hua

(China Academy of Electronics and Information Technology,CETC,Beijing 100041,China)

Department of defense architecture framework (DoDAF) 2.0 is a set of advanced system design method,which is of significant reference meanings to regulate the "Top-Down" design course of equipments.This paper analyzes the metadata model,developing process and design supporting environment of DoDAF2.0,summarizes the key work required to be performed during the "Top-Down" design process.

department of defense architecture framework;joint capability integrated development system;system structure

2014-08-06

E9

A

CN32-1413(2015)01-0018-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.01.004