DM2的军事电子信息系统体系结构设计数据集成方法*

肖桃顺，沈艳丽

（中国电子科学研究院，北京 100041）

DM2的军事电子信息系统体系结构设计数据集成方法*

肖桃顺，沈艳丽

（中国电子科学研究院，北京 100041）

基于DM2提出与设计工具无关的军事电子信息系统体系结构集成方法，通过数据集成进而实现体系结构设计成果的集成；根据集成过程中数据处理的需要，分为预处理、文件合并和冗余处理3个阶段；在描述3个阶段所采用方法的基础上，对每个阶段分别进行了实验，不仅证明各阶段方法的有效性，也证明了基于DM2的体系结构集成方法的可行性和有效性。

DM2，体系结构，集成，军事电子信息系统

引言

随着信息技术的发展，军事电子信息系统在信息化战争中扮演越来越重要的角色。但军事电子信息系统整体规模大、涉及领域广、结构复杂，军事电子信息系统顶层设计过程中的体系结构设计往往需要很多不同单位或部门的人员参与［1］。所以，集成来自不同单位或部门人员的体系结构设计成果是形成最终设计成果的关键步骤。

但是，当前的体系结构设计技术存在描述不规范、数据不一致等问题［2］。虽然有方法能够实现设计成果的集成，但都不能摆脱软件平台的限制，无法高效地解决来自不同设计工具的体系结构设计成果集成的问题［3-4］。

最新发布的美国国防部体系结构框架（DoD Architecture Framework，DoDAF）除了规范性文档，还提供了具备数学精度的DoDAF元模型（DoDAF Meta Model，DM2），能够严格地约束体系结构描述［5］。本文基于DM2进行与设计工具无关的体系结构设计成果集成方法研究。

1 DM2

DoDAF 2.02版发布于2011年3月，与较早版本关注体系结构“产品”描述相比，它更关注体系结构“数据”。为了消除规范化文档采用自然语言描述而存在的二义性，保证人与计算机对体系结构描述理解一致，DoDAF 2.02版基于国际国防企业体系结构规范（International Defence Enterprise Architecture Specification，IDEAS）基础本体模型［6］构建了具备数学意义的DM2。

DM2由3个层次构成，分别是概念数据模型（Conceptual Data Model，CDM）、逻辑数据模型（Logical Data Model，LDM）、物理交换规范（Physical Exchange Specification，PES）。其中：

（1）CDM定义了顶层数据结构，用以创建非技术术语的体系结构描述，提供各层次使用者和管理者能够理解体系结构描述的数据基础；

（2）LDM在CDM基础上增加了技术信息，基于IDEAS基础本体将关系阐述为形式化定义；

（3）PES是基于XML技术构建，在无二义的LDM基础上增加特定通用数据类型和执行属性，自动生成XSD文件。

PES的应用可以实现不同体系结构设计工具之间的数据交换，是与软件工具无关的体系结构设计成果集成基础。PES用于数据交换的XSD文件有非常简单的结构，如图1所示。其中：

（1）IdeasEnvelope是数据交换文件的根元素；

（2）IdeasData区段包括所有需要交换的DM2数据元素，通过XML文档标准的“ID”和“IDREFS”定义数据元素的唯一标识以及对标识的引用；

（3）IdeasViews区段详述DoDAF视图构成，并通过“IDREFS”引用IdeasData区段内的数据元素；

（4）constraints通过XML文档标准“key”和“keyref”，定义了IdeasEnvelop区段内“IDFEFS”所指向的具体“ID”。

图1 PES的XSD结构

2 基于DM2的体系结构集成

在军事电子信息系统体系结构设计的过程中，使用相同软件工具设计的体系结构成果集成是很容易实现的，而使用不同软件工具设计的却很难集成。虽然体系结构设计工具大都能够将设计成果导出成与平台无关的XML数据文件，但这些XML数据文件结构不一致，往往需要进行数据转换才能集成，如图2所示。由于数据转换过程很复杂，造成体系结构设计成果集成效率低下。

图2 当前设计成果集成的数据转换

DM2为军事电子信息系统体系结构设计工具提供了统一的数据交换规范。设计工具将设计成果导出成符合PES的XML数据，就可以基于DM2对这些数据文件进行集成，最终实现体系结构成果集成，见图3。集成后的体系结构设计成果依然是基于DM2的数据，可以广泛应用于分析、汇报、验证、进一步设计等。

图3 基于DM2的设计成果集成

基于DM2的体系结构集成就是对设计工具导出的数据文件进行集成，这里根据集成过程中数据处理的需要，分为预处理阶段、合并阶段和冗余处理阶段。

2.1 预处理阶段

体系结构设计成果被设计工具导出成符合PES的XML数据文件。这些XML文件必须是有效的，既要符合XML语法，又要遵循PES的XSD。本文使用XMLSpy2011对XML数据文件进行有效性验证。

PES采用XML文档标准“ID”定义数据元素的标识，每个数据元素的ID在文档范围内都是唯一的。对于来源不同的有效体系结构设计成果XML数据文件，每个文件内元素的ID都是唯一的，但不同文件的元素放在一起的话，ID就很可能会出现冲突。如果在后续过程中才发现数据元素ID存在冲突，处理起来非常复杂，会造成资源浪费，降低集成效率。

预处理阶段主要对不同来源的有效XML数据文件基于DM2进行ID全局化处理，步骤如下：（1）加载PES和待集成的XML数据文件；（2）给每个XML数据文件分配唯一的编码；（3）选择一个未处理的XML数据文件；

（4）遍历数据文件IdeasData区段和IdeasViews区段未处理的数据元素，根据PES对元素类型的定义，将元素属性中的ID和IDREFS字符串后部连接上该文件的编码；

（5）重复步骤（3）、步骤（4），直到所有XML数据文件都被处理完成为止。

为验证预处理的有效性，假设用两种不同的设计工具（设为a和b）完成军事电子信息系统体系结构设计任务，用工具a设计了系统视图SV-1，用b设计了作战视图OV-2。基于DM2生成有效的SV-1.xml和OV-2.xml两个数据文件，见图4。其中，SV-1描述“防空雷达”根据“侦察命令”执行“空域侦察”，形成“空域情报”，生成的SV-1.xml片段见图5；OV-2描述“防空指挥部”根据“空域情报”进行“防空指挥”，发布“侦察命令”，生成的OV-2.xml片段见图6。

图4 来自不同设计工具的设计成果

图5 SV-1.xml片段

图6 OV-2.xml片段

比较图5和图6可以发现，试验采用的DM2版本为2.02，ID存在多处冲突。对SV-1.xml和OV-2. xml进行预处理，SV-1.xml编码为1，OV-2.xml编码为2，处理后的结果示例见图7，使用XMLSpy2011验证文件依然是有效的。

图7 预处理后的OV-2.xml片段

2.2 文件合并

文件合并过程是基于XML文件合并技术将所有预处理完成的数据文件合并成一个数据文件。基于DM2的体系结构集成文件合并阶段主要处理IdeasData区段和IdeasViews区段的合并操作，具体方法如下：

（1）在待合并数据文件中选择一个设置为目标数据文件；

（2）从其他未被合并的数据文件中选择一个；

（3）将选中数据文件中IdeasData元素的子元素转移到目标数据文件IdeasData元素的子元素；

（4）重复步骤（3），直到选中文件中IdeasData元素所有子元素被处理；

（5）将选中数据文件中IdeasViews元素的子元素转移到目标数据文件IdeasViews元素的子元素；

（6）重复步骤（5），直到选中文件中IdeasViews元素的所有子元素被处理；

（7）重复步骤（2）～步骤（6），直到没有文件未被合并。

这里采用 2.1节预处理后的 SV-1.xml和OV-2.xml进行文件合并实验，最后形成的文件命名为SV-1_OV-2.xml，经XMLSpy2011验证是有效的，其片段见图8。

图8 SV-1_OV-2.xml片段

2.3 冗余处理

文件合并后的数据一般是存在冗余的，不仅浪费存储空间，还会增加数据处理的复杂度。基于DM2的体系结构设计数据集成的冗余处理阶段主要检查合并后的数据文件内存在的冗余，并对发现的冗余数据进行处理。

由于合并主要集中在 IdeasData区段和IdeasViews区段，而从PES对元素结构的定义还可以发现 IdeasViews区段主要通过 IDREFS引用IdeasData区段的元素，所以冗余处理主要针对IdeasData区段。对IdeasViews区段，只需要将所有IDREFS引用的ID替换成非冗余元素的ID就可以了。基于DM2对合并文件进行冗余处理的方法如下：

（1）设置冗余分组为空；

（2）根据PES对元素的定义，对IdeasData元素的子元素进行分组，将同类型的子元素归为一组；

（3）取出一个未处理的分组；

（4）从分组中取出一个元素，并与该分组中剩下的元素两两比较，如果出现与其相同的元素（这里简化处理，两个元素名称完全相同则判定为元素相同），则将该元素判定为冗余，从该分组转移到冗余元素集合，记录该冗余元素的替代ID为取出元素的ID，并在IdeasData子元素中移除该元素；

（5）重复步骤（4），直到分组中所有元素处理完成；

（6）重复步骤（3）～步骤（5）直到所有分组都被处理完；

（7）如果冗余分组为空，则合并文件不存在冗余，结束；如果不为空，则进行步骤（8）；

（8）根据PES的定义，对IdeasData元素的子元素中存在的IDREFS，与冗余分组中所有元素ID进行比较，将引用冗余元素的ID换成步骤（4）中记录的冗余元素替代ID。

（9）对IdeaViews元素进行遍历，将所有的IDREFS都与冗余分组中所有元素ID进行比对，将引用冗余元素的ID替换成步骤（4）中记录的冗余元素替代ID，直到遍历结束。

实验使用2.2节合并试验形成的SV-1_OV-2. xml，应用冗余处理方法得到数据集成的最终结果，片段见图9所示。冗余处理后的SV-1_OV-2.xml文件，不仅仅是节省了存储空间，而且也实现了军事电子信息系统体系结构设计成果的集成，如图10所示。

图9 冗余处理后的SV-1_OV-2.xml片段

图10 冗余处理前后逻辑转换

4 结束语

DM2的出现，极大地促进以数据为中心的体系结构设计，推进了体系结构数据的规范性，使设计数据的重用和共享更便捷，为军事电子信息系统设计过程中不同软件工具设计的成果集成奠定了基础。本文基于DM2研究军事电子信息系统体系结构集成方法，通过预处理、文件合并、冗余处理3个阶段完成对体系结构设计成果的集成，并结合试验，对每个阶段的方法进行验证。但本文由于篇幅所限，对每个阶段的方法进行了简化处理，也没有阐述详尽的算法，重点凸显各阶段对军事电子信息系统体系结构设计成果集成的意义。

［1］宦国杨，于国荣，于 辉.军事电子信息系统顶层设计方法研究［J］.军事通信技术，2006，26（4）：31-34，38.

［2］吕 翔，姜志平，罗爱民，等.C4ISR体系结构设计与分析的研究现状及其存在的问题［J］.重庆邮电大学学报（自然科学版），2008，20（4）：495-499.

［3］舒 振，罗爱民，罗雪山.以数据为中心的C～4 ISR系统体系结构集成开发环境［J］.现代防御技术，2009，37（5）：83-88.

［4］杨 勇，陈昌祥.信息系统体系结构集成研究方法［J］.通信技术，2012，45（7）：48-50.

［5］梁振兴，沈艳丽.体系结构设计方法的发展及应用［M］.北京：国防工业出版社，2012.

［6］肖桃顺.基于UML的IDEAS基础模型语法和语义研究［J］.科协论坛，2012，17（9）：93-94.

DM2-Based Integration Method of Architecture Data Designed for Military Electronic Information Systems

XIAO Tao-shun，SHEN Yan-li
（China Academy of Electronics and Information Technology，Beijing 100041，China）

Military electronic information systems architecture integration method based on DM2 is brought forward in this paper.It implements the integration of architecture designed via integration of the data.According to the requirements for data processing，the integration takes three steps as pretreatment，combination and prune.The ways used to implement the steps are introduced.In each step，experiment is carried out to validate the validity of the way used.All the experiments testify the feasibility and validity of the method based on DM2 for the architecture integration.

DM2，architecture，integration，military electronic information systems

E917

A

1002-0640（2014）09-0117-05

2013-07-12

2013-09-17

总装“十二五”武器装备预研基金资助项目（51306010201）

肖桃顺（1982- ），男，河北武安人，硕士。研究方向：军事电子信息系统顶层设计。