基于DoDAF 2.0的數據鏈系統功能建模研究

馬 歡

(中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

基于DoDAF 2.0的數據鏈系統功能建模研究

馬 歡

(中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

介紹了體系結構框架發展的背景和過程，闡述了美國國防部體系結構框架(DoDAF )2.0的視圖和模型，根據數據鏈系統功能的特點和規范化描述的要求將DoDAF 2.0的視圖和模型進行剪裁，開發出適用于數據鏈系統功能建模的DoDAF v2.0邏輯開發順序。

體系結構框架；元模型；數據鏈系統功能

0 引 言

20世紀80年代，“扎克曼體系結構框架”的發表為體系結構框架基本概念的發展奠定了理論基礎；20世紀90年代，美國國防部《C4ISR體系結構框架》2.0版的發表標志著應用于電子信息系統體系結構開發的體系結構框架形成了初步的規范化；本世紀前十年，美國《國防部體系結構框架(DoDAF)》2.0版的發表標志著支持國防領域關鍵決策的“企業體系結構框架”走向基本成熟，并朝著一個更加完整的、以數據為中心的企業體系結構框架的方向發展[1]。

體系結構框架的研究緊密結合需求，已經逐步發展成為一種新型的系統工程頂層設計的方法學。體系結構開發不僅能夠應用于核心決策和重要的投資過程，表述新系統“體系結構”的設想，而且還能夠應用于系統總體方案的開發與決策，包括作戰需求、系統總體方案構成與演進和技術標準等內容。

1 制定體系結構框架的背景

英國國防部認為，在信息時代的軍事行動中，想要迅速取得預期的作戰效果，需要將作戰空間的各種軍事能力連接起來。而要實現這一目標，就必須具有控制武器、平臺、傳感器和作戰人員之間復雜關系的能力，并使它們形成最佳的協同，把任何可能的脆弱性降至最低。為此，英國國防部提出“網絡賦能能力”的概念，并將《英國國防部體系結構框架(MODAF)》視為實現“網絡賦能能力”的重要手段[1]。

體系結構技術已成為武器裝備體系頂層設計的重要手段，為構建適應21世紀戰爭需要的武器裝備體系，北約積極仿效借鑒美國、英國的做法，開展體系結構技術研究,2007年出臺了《北約體系結構框架(NAF)》3.0版，將體系結構設計方法的應用范圍從C3系統(指揮、控制、通信系統)擴展到所有領域，推動體系結構技術方法理論研究的不斷深入。

為促進軍事信息系統的發展建設，美軍從20世紀90年代初就開始進行C4ISR系統(指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察系統)一體化體系結構方法和技術途徑的研究。隨著信息技術的廣泛應用，美軍已將體系結構技術的適用范圍從C4ISR領域擴展到國防部的各個任務領域，并不斷完善體系結構的開發規范，將其作為構建聯合作戰一體化武器裝備體系、實現軍隊轉型的重要技術手段[2]。

美國的國防部體系結構框架(DoDAF)是指為滿足特定的國防部目的，將有關操作和解決方案的體系結構概念、原則、假設和術語組織成有意義的模式，它是體系結構開發頂層、全面的框架和概念模型。

2 DoDAF發展過程

2003年，美國國防部在《C4ISR體系結構框架》 v2.0的基礎上，開始研究制定《國防部體系結構框架(DoDAF)》v1.0。DoDAF v1.0將體系結構技術的適用范圍從C4ISR領域擴展到國防部的各個任務領域，用于指導國防指揮控制系統和商業運作過程的系統體系結構設計，并且更加關注體系結構的評估、DoD決策支持過程、開發技術、分析技術，同時推出了核心體系結構數據模型(CADM) v1.0。

2007年4月，美國國防部發布了DoDAF v1.5，這是國防部為適應向網絡中心戰轉型而發布的一個過渡版本，在體系結構的描述里體現了以網絡為中心的概念，同時也推出CADM v1.5以便儲存體現“網絡中心”概念的描述文件[2]。

2009年5月28日，美國國防部在DoDAF v1.5的基礎上，推出DoDAF v2.0，DoDAF體系結構發展的重點也由以產品為中心轉變為以數據為中心。DoDAF v2.0 強調支持國防部的核心決策過程，并以這些過程的各種需求為牽引，支持國防部向面向服務轉變，支持聯合的企業體系結構方法。

DoDAF v2.0以數據為中心，引進了國防部體系結構元模型的概念，元模型由概念數據模型、邏輯數據模型和物理交換規范組成，是構成國防部體系結構框架整體的重要組成部分[3]。元模型取代了DoDAF v2.0版本以前的核心體系結構數據模型(CADM)。DoDAF的發展過程如圖1所示。

3 DoDAF概述

DoDAF v2.0圍繞數據、模型和視圖來組織體系結構框架。模型是采集數據的模板，以易于理解的格式來組織和顯示特定數據。每個模型都映射了DoDAF元模型的概念、關聯和屬性。在實際過程中不規定使用任何特定的模型，而是將重點放在開發體系結構必需的數據上。

填充體系結構數據后的模型就稱為視圖，將多個視圖(通常表示為流程、系統、服務、標準等)進行有機的組合，就成為體系結構描述。體系結構視圖的開發是通過采集和組織體系結構數據完成的，這些數據必須以標準的、一致的方式清晰地映射為底層的DoDAF概念數據模型和邏輯數據模型來獲取可互操作的體系結構數據，實現聯邦式的體系結構管理。

3.1 DoDAF v2.0視圖

DoDAF v2.0由8個視圖組成，這8個視圖分別是：全景視圖(AV)、能力視圖(CV)、數據與信息視圖(DIV)、作戰視圖(OV)、計劃視圖(PV)、服務視圖(SvcV)、標準視圖(StdV)和系統視圖(SV)，每個視圖僅是體系結構數據的部分表示，相當于從某一個維度對體系結構進行描述，具體每個視圖的作用和意義如圖2所示。DoDAF v2.0通過這8個視圖從各個角度詳細描述信息化體系結構[4]。

3.2 DoDAF v2.0“適用性”原則

DoDAF v2.0的8個視圖共由52個模型組成，但實際中不是每個模型都要使用，要根據關鍵決策過程中需要的信息對模型進行剪裁[4]，這就是DoDAF v2.0提出的“適用性”原則：與特定項目或使命目標一致的體系結構描述。

體系結構表示技術工作組對美國國防部體系結構框架早期產品進行了分析，分析結果表明，作戰視圖(OV)中的OV-1高級作戰概念圖是需要創建次數最多的產品，占整個分析計劃的92%，而系統視圖(SV)中的SV-7系統度量矩陣是需要創建次數最少的產品，僅占整個分析計劃的5%[1]。

4 數據鏈系統功能建模

數據鏈系統功能與作戰任務緊密相關，對數據鏈系統功能進行建模需要依據數據鏈軍事需求，結合數據鏈系統功能定位，通過分析典型作戰樣式下數據鏈平臺的角色和職責，分解作戰任務，從平臺角色、作戰任務等多角度剖析數據鏈系統功能，完成功能建模。

國防部體系結構框架(DoDAF)是體系結構開發的頂層的、全面的框架和概念模型。按照DoDAF v2.0的“適用性”原則，本文選擇全景視圖(AV)、作戰視圖(OV)和系統視圖(SV)中的部分模型對數據鏈系統功能進行建模，通過對DoDAF v2.0的視圖和模型進行裁剪，以適應數據鏈系統功能建模的基本信息需求，具體模型的選擇如圖3所示。

全景視圖(AV)提供頂層信息，描述體系結構的意圖。作戰視圖(OV)描述指導作戰所需的任務和活動、作戰要素以及資源流交換。系統視圖(SV)描述提供或支持功能的系統和相互關系?；贒oDAF v2.0的數據鏈系統功能建模的邏輯開發順序如圖4所示。

4.1 全景視圖的開發

全景視圖(AV)由AV-1概述及摘要信息模型和AV-2綜合詞典模型組成。一般情況下，應依據概述和摘要信息(AV-1)的內容開始一個項目的體系結構設計，在完成對作戰需求分析的基礎上，進行系統分析與設計，選擇配套的技術標準，并在整個開發過程中將涉及到的所有術語匯總成綜合詞典(AV-2)。

4.2 作戰視圖的開發

作戰視圖(OV)中的OV-1用圖形化的方式描述涉及到的作戰行動，其主要用途是就作戰概念向高層決策者進行直觀的展示。OV-1將AV-1中用文字的形式描述的體系結構的頂層信息轉換成圖形的方式。

OV-4組織關系圖用圖形和文字描述在作戰架構中起關鍵作用的作戰人員、組織之間的指揮結構或指揮關系。

OV-2描述作戰節點之間的作戰資源流。作戰節點是作戰架構的一個元素，它產生、使用和處理信息，對應于OV-4中的組織。OV-2在OV-4和AV-1的基礎上產生，同時也是后續開發的基礎。

OV-5a和 OV-5b這2個模型共同描述為達到使命任務而進行的作戰活動。OV-5a將完成使命任務而進行的作戰活動進行層次展示，OV-5b描述了同層次作戰活動之間的輸入流和輸出流，以及與外部的信息交換。

OV-6a、OV-6b和OV-6c是對作戰活動進行作戰規則、作戰狀態轉變和作戰事件跟蹤描述的3個模型。

以上模型的邏輯開發關系如圖5所示。

4.3 系統視圖的開發

系統視圖(SV)中的SV-1描述系統組成和系統之間的交互，簡要描述系統和子系統，并標識它們之間的資源流。SV-1用來表示如何實現OV-2中確定的邏輯體系結構需求，因此，可能有多個備選的系統視圖模型實現作戰需求。SV-2從物理或邏輯連通性和連接協議方面定義系統之間的資源流。

SV-4系統功能描述用于確定體系結構中資源的功能，其中，SV-4a將系統執行的功能進行分層展示，SV-4b描述同層次的系統功能之間的數據流。

SV-4是與OV-5確定的作戰活動相對應的系統視圖模型，雖然OV-5的作戰活動與SV-4的功能分層有關系，但它們之間不需要一對一的映射。

SV-5a通過建立作戰活動和系統功能之間的對應關系，讓使用者清楚地了解系統功能在作戰中的作用，并可以審查系統功能是否滿足用戶需求。

SV-5b描述SV-1中確定的系統與OV-5確定的作戰活動之間的映射關系。SV-5b矩陣闡述了從作戰需求向系統或解決方案的轉換。

以上系統視圖部分模型的邏輯開發順序以及與作戰視圖部分模型的開發邏輯關系如圖6所示。

以上討論的基于DoDAF v2.0的數據鏈系統功能建模的邏輯開發順序基于個人對體系結構開發工具的理解和對數據鏈系統功能進行規范化描述的建模思路，它只是利用DoDAF v2.0實現數據鏈系統功能建模的一個解決方案，并不是唯一解。

5 結束語

DoDAF v2.0是體系結構開發頂層、全面的框架和概念模型。基于DoDAF v2.0的數據鏈系統功能建模將DoDAF v2.0的視圖和模型進行剪裁，根據數據鏈系統功能的特點和規范化描述的要求進行邏輯開發順序研究，為數據鏈系統功能建模提供了一個可參考的解決方案和研究視角。

[1] 梁振興,沈艷麗,李元平，等.體系結構設計方法的發展及應用[M].北京：國防工業出版社,2012.

[2] 韓珊.美國國防部體系結構框架研究[C]//中國電子學會電子系統工程分會第十五屆信息化理論學術研討會論文集,2008:58-62.

[3] 徐斌,許建峰,沈艷麗.美國國防部體系結構框架新發展[J].兵工自動化,2010,6(29)：54-56.

[4] 陸敏,黃湘鵬,施未來.軍事信息系統體系結構框架研究進展[J].通信技術,2011,3(44):77-79.

Research into Modeling of Data Link System Function Based on DoDAF 2.0

MA Huan

(The 20th Institute of China Electronic Technology Group Corporation,Xi'an 710068,China)

This paper introduces the background and process of architecture framework development,expatiates the view and model for American department of defense architecture framework (DoDAF) 2.0,cuts out the view and model of DoDAF 2.0 according to the features of data link system function and standardized description requirements,develops the DoDAF v2.0 logical development sequence applied to data link system function modeling.

architecture framework;meta-model;data link system function

2016-07-12

TN919

A

CN32-1413(2017)01-0058-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.01.013