基于DoDAF 2.0的数据链系统功能建模研究

马 欢

(中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068)

基于DoDAF 2.0的数据链系统功能建模研究

马 欢

(中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068)

介绍了体系结构框架发展的背景和过程，阐述了美国国防部体系结构框架(DoDAF )2.0的视图和模型，根据数据链系统功能的特点和规范化描述的要求将DoDAF 2.0的视图和模型进行剪裁，开发出适用于数据链系统功能建模的DoDAF v2.0逻辑开发顺序。

体系结构框架；元模型；数据链系统功能

0 引 言

20世纪80年代，“扎克曼体系结构框架”的发表为体系结构框架基本概念的发展奠定了理论基础；20世纪90年代，美国国防部《C4ISR体系结构框架》2.0版的发表标志着应用于电子信息系统体系结构开发的体系结构框架形成了初步的规范化；本世纪前十年，美国《国防部体系结构框架(DoDAF)》2.0版的发表标志着支持国防领域关键决策的“企业体系结构框架”走向基本成熟，并朝着一个更加完整的、以数据为中心的企业体系结构框架的方向发展[1]。

体系结构框架的研究紧密结合需求，已经逐步发展成为一种新型的系统工程顶层设计的方法学。体系结构开发不仅能够应用于核心决策和重要的投资过程，表述新系统“体系结构”的设想，而且还能够应用于系统总体方案的开发与决策，包括作战需求、系统总体方案构成与演进和技术标准等内容。

1 制定体系结构框架的背景

英国国防部认为，在信息时代的军事行动中，想要迅速取得预期的作战效果，需要将作战空间的各种军事能力连接起来。而要实现这一目标，就必须具有控制武器、平台、传感器和作战人员之间复杂关系的能力，并使它们形成最佳的协同，把任何可能的脆弱性降至最低。为此，英国国防部提出“网络赋能能力”的概念，并将《英国国防部体系结构框架(MODAF)》视为实现“网络赋能能力”的重要手段[1]。

体系结构技术已成为武器装备体系顶层设计的重要手段，为构建适应21世纪战争需要的武器装备体系，北约积极仿效借鉴美国、英国的做法，开展体系结构技术研究,2007年出台了《北约体系结构框架(NAF)》3.0版，将体系结构设计方法的应用范围从C3系统(指挥、控制、通信系统)扩展到所有领域，推动体系结构技术方法理论研究的不断深入。

为促进军事信息系统的发展建设，美军从20世纪90年代初就开始进行C4ISR系统(指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察系统)一体化体系结构方法和技术途径的研究。随着信息技术的广泛应用，美军已将体系结构技术的适用范围从C4ISR领域扩展到国防部的各个任务领域，并不断完善体系结构的开发规范，将其作为构建联合作战一体化武器装备体系、实现军队转型的重要技术手段[2]。

美国的国防部体系结构框架(DoDAF)是指为满足特定的国防部目的，将有关操作和解决方案的体系结构概念、原则、假设和术语组织成有意义的模式，它是体系结构开发顶层、全面的框架和概念模型。

2 DoDAF发展过程

2003年，美国国防部在《C4ISR体系结构框架》 v2.0的基础上，开始研究制定《国防部体系结构框架(DoDAF)》v1.0。DoDAF v1.0将体系结构技术的适用范围从C4ISR领域扩展到国防部的各个任务领域，用于指导国防指挥控制系统和商业运作过程的系统体系结构设计，并且更加关注体系结构的评估、DoD决策支持过程、开发技术、分析技术，同时推出了核心体系结构数据模型(CADM) v1.0。

2007年4月，美国国防部发布了DoDAF v1.5，这是国防部为适应向网络中心战转型而发布的一个过渡版本，在体系结构的描述里体现了以网络为中心的概念，同时也推出CADM v1.5以便储存体现“网络中心”概念的描述文件[2]。

2009年5月28日，美国国防部在DoDAF v1.5的基础上，推出DoDAF v2.0，DoDAF体系结构发展的重点也由以产品为中心转变为以数据为中心。DoDAF v2.0 强调支持国防部的核心决策过程，并以这些过程的各种需求为牵引，支持国防部向面向服务转变，支持联合的企业体系结构方法。

DoDAF v2.0以数据为中心，引进了国防部体系结构元模型的概念，元模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理交换规范组成，是构成国防部体系结构框架整体的重要组成部分[3]。元模型取代了DoDAF v2.0版本以前的核心体系结构数据模型(CADM)。DoDAF的发展过程如图1所示。

3 DoDAF概述

DoDAF v2.0围绕数据、模型和视图来组织体系结构框架。模型是采集数据的模板，以易于理解的格式来组织和显示特定数据。每个模型都映射了DoDAF元模型的概念、关联和属性。在实际过程中不规定使用任何特定的模型，而是将重点放在开发体系结构必需的数据上。

填充体系结构数据后的模型就称为视图，将多个视图(通常表示为流程、系统、服务、标准等)进行有机的组合，就成为体系结构描述。体系结构视图的开发是通过采集和组织体系结构数据完成的，这些数据必须以标准的、一致的方式清晰地映射为底层的DoDAF概念数据模型和逻辑数据模型来获取可互操作的体系结构数据，实现联邦式的体系结构管理。

3.1 DoDAF v2.0视图

DoDAF v2.0由8个视图组成，这8个视图分别是：全景视图(AV)、能力视图(CV)、数据与信息视图(DIV)、作战视图(OV)、计划视图(PV)、服务视图(SvcV)、标准视图(StdV)和系统视图(SV)，每个视图仅是体系结构数据的部分表示，相当于从某一个维度对体系结构进行描述，具体每个视图的作用和意义如图2所示。DoDAF v2.0通过这8个视图从各个角度详细描述信息化体系结构[4]。

3.2 DoDAF v2.0“适用性”原则

DoDAF v2.0的8个视图共由52个模型组成，但实际中不是每个模型都要使用，要根据关键决策过程中需要的信息对模型进行剪裁[4]，这就是DoDAF v2.0提出的“适用性”原则：与特定项目或使命目标一致的体系结构描述。

体系结构表示技术工作组对美国国防部体系结构框架早期产品进行了分析，分析结果表明，作战视图(OV)中的OV-1高级作战概念图是需要创建次数最多的产品，占整个分析计划的92%，而系统视图(SV)中的SV-7系统度量矩阵是需要创建次数最少的产品，仅占整个分析计划的5%[1]。

4 数据链系统功能建模

数据链系统功能与作战任务紧密相关，对数据链系统功能进行建模需要依据数据链军事需求，结合数据链系统功能定位，通过分析典型作战样式下数据链平台的角色和职责，分解作战任务，从平台角色、作战任务等多角度剖析数据链系统功能，完成功能建模。

国防部体系结构框架(DoDAF)是体系结构开发的顶层的、全面的框架和概念模型。按照DoDAF v2.0的“适用性”原则，本文选择全景视图(AV)、作战视图(OV)和系统视图(SV)中的部分模型对数据链系统功能进行建模，通过对DoDAF v2.0的视图和模型进行裁剪，以适应数据链系统功能建模的基本信息需求，具体模型的选择如图3所示。

全景视图(AV)提供顶层信息，描述体系结构的意图。作战视图(OV)描述指导作战所需的任务和活动、作战要素以及资源流交换。系统视图(SV)描述提供或支持功能的系统和相互关系。基于DoDAF v2.0的数据链系统功能建模的逻辑开发顺序如图4所示。

4.1 全景视图的开发

全景视图(AV)由AV-1概述及摘要信息模型和AV-2综合词典模型组成。一般情况下，应依据概述和摘要信息(AV-1)的内容开始一个项目的体系结构设计，在完成对作战需求分析的基础上，进行系统分析与设计，选择配套的技术标准，并在整个开发过程中将涉及到的所有术语汇总成综合词典(AV-2)。

4.2 作战视图的开发

作战视图(OV)中的OV-1用图形化的方式描述涉及到的作战行动，其主要用途是就作战概念向高层决策者进行直观的展示。OV-1将AV-1中用文字的形式描述的体系结构的顶层信息转换成图形的方式。

OV-4组织关系图用图形和文字描述在作战架构中起关键作用的作战人员、组织之间的指挥结构或指挥关系。

OV-2描述作战节点之间的作战资源流。作战节点是作战架构的一个元素，它产生、使用和处理信息，对应于OV-4中的组织。OV-2在OV-4和AV-1的基础上产生，同时也是后续开发的基础。

OV-5a和 OV-5b这2个模型共同描述为达到使命任务而进行的作战活动。OV-5a将完成使命任务而进行的作战活动进行层次展示，OV-5b描述了同层次作战活动之间的输入流和输出流，以及与外部的信息交换。

OV-6a、OV-6b和OV-6c是对作战活动进行作战规则、作战状态转变和作战事件跟踪描述的3个模型。

以上模型的逻辑开发关系如图5所示。

4.3 系统视图的开发

系统视图(SV)中的SV-1描述系统组成和系统之间的交互，简要描述系统和子系统，并标识它们之间的资源流。SV-1用来表示如何实现OV-2中确定的逻辑体系结构需求，因此，可能有多个备选的系统视图模型实现作战需求。SV-2从物理或逻辑连通性和连接协议方面定义系统之间的资源流。

SV-4系统功能描述用于确定体系结构中资源的功能，其中，SV-4a将系统执行的功能进行分层展示，SV-4b描述同层次的系统功能之间的数据流。

SV-4是与OV-5确定的作战活动相对应的系统视图模型，虽然OV-5的作战活动与SV-4的功能分层有关系，但它们之间不需要一对一的映射。

SV-5a通过建立作战活动和系统功能之间的对应关系，让使用者清楚地了解系统功能在作战中的作用，并可以审查系统功能是否满足用户需求。

SV-5b描述SV-1中确定的系统与OV-5确定的作战活动之间的映射关系。SV-5b矩阵阐述了从作战需求向系统或解决方案的转换。

以上系统视图部分模型的逻辑开发顺序以及与作战视图部分模型的开发逻辑关系如图6所示。

以上讨论的基于DoDAF v2.0的数据链系统功能建模的逻辑开发顺序基于个人对体系结构开发工具的理解和对数据链系统功能进行规范化描述的建模思路，它只是利用DoDAF v2.0实现数据链系统功能建模的一个解决方案，并不是唯一解。

5 结束语

DoDAF v2.0是体系结构开发顶层、全面的框架和概念模型。基于DoDAF v2.0的数据链系统功能建模将DoDAF v2.0的视图和模型进行剪裁，根据数据链系统功能的特点和规范化描述的要求进行逻辑开发顺序研究，为数据链系统功能建模提供了一个可参考的解决方案和研究视角。

[1] 梁振兴,沈艳丽,李元平，等.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.

[2] 韩珊.美国国防部体系结构框架研究[C]//中国电子学会电子系统工程分会第十五届信息化理论学术研讨会论文集,2008:58-62.

[3] 徐斌,许建峰,沈艳丽.美国国防部体系结构框架新发展[J].兵工自动化,2010,6(29)：54-56.

[4] 陆敏,黄湘鹏,施未来.军事信息系统体系结构框架研究进展[J].通信技术,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