DoDAF2.0及其应用分析

周荣坤，张永利，石教华

(中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京 100041)



DoDAF2.0及其应用分析

周荣坤，张永利，石教华

(中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京 100041)

国防部体系结构框架(DoDAF)2.0是一套先进的系统设计方法，对于规范装备的"Top-Down"设计过程具有重要借鉴意义。分析了DoDAF2.0的元数据模型、开发过程和设计支撑环境，总结了"Top-Down"设计过程中需要重点开展的工作。

国防部体系结构框架；联合能力集成开发系统；体系结构

0 引 言

传统装备研制过程中，从军事需求到系统设计与实现之间的缺少规范化方法的指导，无法形成完整的“Top-Down”设计过程，导致军事需求到系统实现之间的映射关系模糊、系统设计对系统实现的约束不强等问题。

DoDAF2.0的目的正是为了让国防部业务流程主管在其职责范围内确定体系结构的开发需求并对开发过程实施控制。DoDAF2.0是一套先进的系统设计方法，对于规范装备的“Top-Down”设计过程具有重要借鉴意义。

1 国防部体系结构框架2.0

DoDAF2.0严格区分了体系结构模型和视图、视角的概念，并进一步提出了定制(Fit-for-Purpose)视图的概念。模型是体系结构产品中的视图模板，不含体系结构数据；视图是模型+体系结构数据；视角是多个体系结构视图。DoDAF2.0在原来的全视图(AV)、作战视图(OV)、系统视图(SV)、技术视图(TV)的基础上，新增数据与信息视角、能力视角、服务视角和项目视角[1]，如图1所示。

图1 DoDAF2.0中提供的视角

上述视角中所包含的视图模板(不含数据)称为DoDAF模型(DoDAF-described Models)。在对DoDAF模型进行定制或者组合使用的情况下，就称为定制视图。DoDAF2.0并不强制使用DoDAF模型。

1.1 元数据模型

任何建模类工具或方法论中，模型都表现为可视化视图和数据2个层面的表达。具体到DoDAF2.0中，体系结构方法、信息和展示(可视化)的关系如图2所示。

图2 体系结构方法、信息和展示(可视化)的关系

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，DoDAF2.0版基于国际防务企业体系结构规范(IDEAS)基础本体模型构建了具备数学意义的DoDAF元模型(DM2)。

DM2由3个层次构成，分别是概念数据模型(CDM)、逻辑数据模型(LDM)、物理交换规范(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) 物理交换规范(PES)是基于可扩展标记语言(XML)技术构建，在无二义的逻辑数据模型(LDM)基础上增加特定通用数据类型和执行属性，自动生成XML模式定义(XSD)文件。

用PES可实现不同体系结构设计工具之间的数据交换，实现体系结构描述在数据层面上的一致。

PES是体系结构数据交换规范，它提供了一个有效的、标准化的方法，实现不同体系结构设计工具之间的数据交换。体系结构设计师可借用各种软件工具，基于可扩展标记语言模式定义文件(XSD)来记录体系结构数据和信息，然后将数据和信息存储到联邦数据库。由于使用了同样的物理交换规范，因而实现了数据理解上的一致性。

PES使用XSD文件定义了52个视图的文档结构，DM2_PES_v2.02.xsd文件结构如图3、图4所示。

图3 PES的XSD顶层结构

图4 IdeasViews字段结构

其中：

(1) IdeasEnvelope是数据交换文件的根元素；

(2) IdeasData字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字段详述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”。

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。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，如图5所示。

图5 基于DM2的设计成果集成

通过“搜索和营救”示例，说明怎样用物理交换规范XSD来记录CV-2视图，如图6所示。搜索和营救的CV-2视图对应的XML文件如图7所示。

图6 搜索和营救能力CV-2视图

图7 搜索和营救CV-2视图对应的XML文件

虽然DoDAF2.0侧重于体系结构数据，但是体系结构数据必须通过体系结构模型进行收集、组织、交换和利用(利用体系结构工具)，因此，在体系结构的使用过程中，更多地体现为体系结构视图的运用。

1.2 开发过程

DoDAF2.0定义了一个6步体系结构开发过程，如图8所示。

开发过程主要包括[2]：

(1) 确定体系结构的使用意图。

(2) 确定体系结构的范围。

(3) 确定支持体系结构开发所需的数据:

(a) 体系结构设计师为满足体系结构目标和范围所需的概念，利用DoDAF2.0第2卷中的附录B，确定所需的DoDAF模型；同时确定所需的Fit-for-Purpose视图。

(b) 体系结构设计师审查，包括DM2概念数据模型、DM2逻辑数据模型和DM2概念、关联与属性。

图8 体系结构开发过程

(4) 收集、组织、关联、存储体系结构数据：

(a) 体系结构设计师确定需要收集数据的特定的体系结构DM2元模型组，及其概念、关联和属性。

(b) 体系结构设计师收集所需的DoDAF模型、Fit-for-Purpose视图、DM2元模型组、概念、关联和属性。

(c) 利用所识别的元模型组，体系结构设计师确定收集数据的方法。

(5) 为支持体系结构目标进行分析,利用所识别的元模型组，体系结构设计师确定数据的使用。

(6) 编写决策者所需的文档结果。利用所识别的元模型组，体系结构设计师和决策者确定数据的表现方式。

1.3 支撑环境

DoDAF2.0并不约束使用哪种工具来进行体系结构设计，但是，为了保证体系结构描述一旦进行注册，就能被发现、共享，要求体系结构设计工具具有2个基本特性：

(1) 能利用PES进行体系结构数据的收集、组织、存储和共享；

(2) 能从国防部元数据注册系统(DMR)中进行XML数据的导入和导出；能在国防部体系结构数据注册系统(DARS)中进行体系结构数据注册。

国防部有一系列体系结构资源，这些资源应作为体系结构视图开发过程中的参考和指导，包括[1]：

(a) 国防部信息企业体系结构；

(b) 国防部体系结构注册系统；

(c) 国防部信息技术组合库；

(d) 国防部信息技术标准和概要注册系统；

(e) 联合C4I项目评估工具；

(f) 联合通用系统功能清单；

(g) 指示管理/决策支持系统；

(h) 元数据注册系统；

(i) 海军体系结构要素参考指南；

(j) 服务注册系统；

(k) 通用联合任务清单。

国防部体系结构注册系统(DARS)在体系结构开发和共享过程中发挥重要作用。DARS最初是基于保密网建设的，后来扩展到非密网。DARS系统配置如图9所示。

图9 DARS系统配置图

2 DoDAF在JCIDS中的应用

DoDAF模型在美国防部流程中被广泛应用。联合能力集成开发系统(JCIDS)的主要目标是确保作战人员获得成功执行其所被赋予任务的能力。JCIDS定义了一套协同流程，利用联合概念和一体化体系结构描述来识别能力差距以及弥补差距的“条令、组织、训练、装备、领导、教育、人员、设施”(DOTMLPF)与策略方法[2]。通过改变联合DOTMLPF和策略，从而开发新的能力。在美国防部的主要流程中，JCIDS侧重能力开发；计划，规划，预算和执行(PPBE)侧重投资分析和组合管理；国防采购系统(DAS)侧重装备采购，如图10所示。

图10 JCIDS、PPBE与DAS

DoDAF通过体系结构产品(模型/视图)来支撑国防部的主要流程，如图11所示。

图11 体系结构产品(模型/视图)对国防部主要流程的支持关系

3 结束语

在体系结构的使用过程中，更多地体现为体系结构视图(设计产品)的运用，但是体系结构视图离不开体系结构数据的支撑，因此，需要重点从方法、数据和环境3个方面规范装备“Top-Down”设计过程：

(1) 方法是指要有理论指导，并且具有规范的设计建模过程程序，规定各阶段的设计产品和设计产品之间的约束关系；

(2) 数据是指坚持以数据为中心的工程方法，体现为设计过程中，以数据为中心传递设计产品，将顶层设计中的模型能一致贯彻到系统设计中的模型(含数据模型)；

(3) 环境是指要有支撑系统设计的工具，以及较为完善的参考资源。

[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