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面向对象的DoDAF描述方法
 
424 次浏览     评价:  
 2019-7-11 
 
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本文来自于360doc.com,文章主要介绍如何采用面向对象的方法描述DoDAF的核心内容,采用面向对象的建模语言SysML描述DoDAF的主要产品。

DoDAF概述

DoDAF从诞生到现在经历了二十个年头,从最初的C4ISR,到现在的DoDAF2.0,体系结构框架的版本不断进化。然而,DoDAF在国内更多的采用结构化的方法分析描述,这种方法可以很容易地描述体系结构,但给描述后的软件实现、系统维护和组件重用带来很大困难。

体系结构是“组成系统各部件的结构、它们之间的关系以及自始至终支配它们设计和演变的指导原则和准则”。对于复杂大系统而言,进行合理的体系结构设计可以保证系统开发的有效性,便于复杂系统的理解和管理,并有助于提高开发效率、满足用户需求,是进行武器装备设计必不可少的一个过程。

基于DoDAF的体系论证过程如下,从军事需求开始,对需求进行采集、分析和规范化管理,做好需求管理;然后依据需求,使用形式化方法对体系结构进行描述,即体系建模,可采用IDEF、UML、SysML等建模语言;将系统模型的形式化描述转化成可执行模型,进行各层次的仿真,根据仿真结果,对功能及指标进行评估,验证需求。该过程是循环迭代的过程。

基于DoDAF的体系论证过程

2、DoDAF视图

DoDAF确定了适用于美国国防部体系结构描述开发、表述和集成的通用方法。在DoDAF中,用作战视图(OV)、系统视图(SV)、技术标准视图(TV)和全景视图(AV)来描述体系结构。体系结构描述是由体系结构产品组成的,这些产品在每个视图或跨视图相关联。

DoDAF组成

(1)全景视图(AV)

全景视图包括与体系结构三个视图相关的顶层内容。AV产品确定了体系结构的范围和北京,这些范围包括体系结构的主题域和时间框架。体系结构中确定的背景由一些相互关联的条件组成,包括条令、战术、技术、规程、目标、想定和环境条件等。

(2)作战视图(OV)

作战视图描述了作战节点、作战任务或作战活动,以及为完成使命任务所必须交换的信息。描述了信息交换的类型、信息交换的频率以及由信息交换支持的任务和作战活动。

(3)系统视图(SV)

系统视图描述了系统、服务和支撑作战活动的系统功能。系统视图中的系统功能和系统组件可以与作战视图中生成的体系结构产物联系在一起。这些系统功能为作战活动提供支持,并推动作战节点之间的信息交换。

(4)技术标准视图(TV)

技术标准视图是管理系统组成部分或要素的配置,目的是确保系统满足特定的作战需求。包括技术标准、执行惯例、规则以及准则。可以将技术视图作为配置文件,用以对一个确定的体系结构的系统进行管理。

3、DoDAF产品

DoDAF四个视图共有29个产品,如下图:

DoDAF产品

体系结构描述本质上是多视图的,我们不可能用一个视图涵盖体系的所有信息,那样会使核心信息被细节淹没以致很难理解。但体系结构设计建模时并不需要对全部视图的所有产品进行描述,可以根据体系结构的需求选择部分视图产品进行描述。

DoDAF的29种产品,表现形式不同,有图形、表格或文字。本系列专题针对武器装备体系中的图形化表示产品,包括:作战视图中的OV-2、OV-4、OV-5、OV-6b、OV-6c,系统视图中的SV-1、SV-4a。所设计的体系结构应该是集成的,也就是要确保所设计的各体系结构产品之间的数据一致性。

4、结构化建模方法

当前体系建模主要采用结构化的方法,结构化方法是一种比较成熟的过程驱动系统工程方法,它的出发点是系统需要执行的功能或活动,基于功能的不断分解得到系统层次结构图。它的特点是面向数据流、自顶向下和逐步求精,利用结构化设计方法进行符合DoDAF标准的体系结构设计。

结构化分析方法的优点是理论成熟,应用比较广泛,其对功能的强调保证了与DoDAF标准偏向的契合;不足之处在于以功能为出发点分析系统破坏了系统的原有界限,容易造成人们对系统理解的偏差,而且此方法对软件实现、系统维护和组件重用带来很大困难。

对武器装备体系建模越深入,结构化分析方法暴露的问题就越多,而采用面向对象的方法,将问题空间自然分割,更接近人的思维方式,利于具体分析与设计,同时也很好地支持了体系结构的重用,易于系统的升级和维护。

作战视图描

1、高层作战概念图(OV-1)

OV-1的目的是提供快速的、高层次的描述该体系结构要做什么和如何去做,它的主要用途是使人们之间沟通方便。OV-1是最最灵活的体系结构产品,没有模板限制,格式自由,可变。

本案例采用图片的方式表达高层作战概念。红方指挥所指挥作战飞机轰炸蓝方目标,由于蓝方防空导弹的存在,作战飞机需要突破蓝方放空区方可执行任务,严重威胁飞机安全。因此需要一款x炸弹,可使作战飞机在蓝方防空区外投放,保证飞机安全并实现作战目标。

2、组织关系图(OV-4)

OV-4阐述的是各种角色、组织之间的指挥结构或关系,使用SysML图中的模块定义图(BDD)实现。

面向对象的方法中,模块是主体,功能、活动、参数、能力等各种模型元素封装在模块中。组织、角色用模块来描述,通过OV-4,规划体系结构的组成,并建立其指挥关系。后续随着体系产品的不断完善,会逐渐产生作战活动、作战指令、装备参数、装备等相关元素,会丰富OV-4中的组织和角色,最终的组织和角色包含了体系中和自身全部相关的信息。

3、作战活动图(OV-5)

作战活动图是对完成使命或任务所需的作战活动以及作战活动之间关系的描述,使用SysML中的活动图(AD)实现。

在活动图中,建立活动及活动间的输入输出关系,通过泳道划分组织和角色,这样与OV-4中的组织、角色就建立了关联。同时,泳道内部的作战活动即分配给了对应组织或角色。

4、作战事件跟踪描述(OV-6c)

作战事件跟踪描述用来按照时间顺序检查作战节点之间的信息交换,该图辅助定义了作战节点的交互和作战的各种调度过程,使用SysML中的序列图(SD)实现。

序列图中事件生命线的所有者即组织和角色,从上到下表示时间序列,该图完美的表达了随着时间推移,各组织角色自身的行为及与其他组织角色的交互。行为和交互根据作战活动图(OV-5)中的模型元素生成。

5、作战节点连接描述(OV-2)

作战节点连接描述利用图形化的方法描述作战节点之间的信息交换要求,采用SysML中的内部模块图(IBD)实现。

OV-2中的作战节点是对OV-4中组织和角色的实例化,在该图中重点描述组织角色间的信息交互。组织角色通过端口传递信息,端口中封装了指令、数据等元素。

6、作战状态转移描述(OV-6b)

在OV-5中没有充分表示活动序列是如何对外部、内部事件做出反应的。作战状态转移描述(OV-6b)可以被用来描述清楚的作战活动顺序。使用SysML中的状态机(STM)描述OV-6b。

OV-6b与状态、事件和行动有关,图中包含状态、转移线、各种节点。一个状态及其相关行动详细规定了某作战活动对事件所作的反应。当一个事件发生时,下一个状态可能会依赖于当前状态所发生的事件或守卫条件。状态的改变叫做转换或迁移。每次转换都依照具体事件和当前状态具体规定的反

系统视图描述

1、系统功能描述(SV-4a)

系统功能描述(SV-4a)是OV-5的对应产物,说明了系统功能的层次和具体的功能,以及功能之间的系统数据流,使用SysML中的活动图描述。

依据作战活动,构建系统功能,通过SV-4a,形成对每个系统输入输出的系统数据流的清晰描述,保证功能性连接是完全的,以及功能性分解达到了一个适当的层次。

通过系统SV-4a的构建,可以初步产生系统功能需求,并下发至相关单位或部门。

2、系统接口描述(SV-1)

SV-1描述系统节点和存在于这些节点上用以支持OV-2中作战节点所代表的组织或角色的系统,以及系统之间的接口,使用SysML中的内部模块图描述。

SV-1通过描述系统和系统节点(以及它们的接口)与OV-2中描述的作战节点进行关联,把系统和作战连接到一起。OV-2描述表示组织、角色的作战节点,SV-1描述驻留在作战节点上和存在于支持作战节点的系统节点上的相关系统。

总结与展望

1、面向对象的方法总结

本案例仅仅简单的通过几个SysML图,论证了利用面向对象的方法进行体系结构设计的可行性,实际项目会复杂得多,但是组成的模型元素和方法是一致的。总结来看,面向对象的方法有如下优势:

(1)在对结构的表述上,通过模块的概念支持体系结构的开发。模块定义图及内部模块图的组合使用,可以描述系统某部分的内部结构,包括该部分与系统其它部分的连接与数据交换。它拥有黑盒和白盒视图,支持结构元素的层级分解,对DoDAF中作战节点分解到作战元素、系统节点分解到系统元素及系统组件提供了有力支持,可以很好地表达相关产品。

(2)在对行为的表述上,面向对象的方法支持主要行为组件如交互、状态机、活动的层次分解,并且加强了对行为的表述能力,以满足DoDAF对功能分析的需求,有力支持了各活动产品的表述。

(3)结构和行为的一致性保障。活动图上的泳道线和顺序图上的生命线,是将行为和结构组件联系起来的机制,结构模型上具体的结构分解必须体现在这些行为图形上,SysML提供了这样的支持。例如顺序图增加的生命线分解能力,使得结构的分解自动体现在行为图形上,保证了两类图形对应元素的一致。对于DoDAF,这点有利地维护了不同产品之间的完整一致性。

2、使用SysML进行DoDAF开发的展望

作为面向对象的建模语言,SysML在传统的UML的基础上新增了需求图、参数图及分配机制,这可以更好的构建完整的DoDAF产品,在后续的实践中应当加以应用。

(1)需求图有利于系统需求的收集和分析,有助于作战概念的建立:

SysML提供了表达需求的模型,它应用于系统最初的需求分析阶段,详述说明系统必须满足的能力和条件限制。而同时需求图支持需求的分解,可以以树形结构表示出来;在需求元素上还建立了一系列的关系,包括需求间的衍生(derive)关系,需求和设计实施元素间的满足(satisfy)关系,需求和校验元素间的验证(verify)关系,这些所有的关系组织起来支持系统元素间的追溯(trace),可以用来追踪整个模型的需求变化。

(2)参数限制图将系统参数间必须满足的限制与关系表现在设计模型上,有助于系统的分析及体系结构描述的清晰性:

参数限制反映系统某结构的属性值如何影响其它结构属性,一般与模块定义图图一起使用,补充块图的定义。这样在进行DoDAF结构产品的描述时,则可以通过附加上参数限制图以定义系统块各属性参数间应有的限制,同时它也是系统性能需求的体现,支持系统性能参数描述(SV-7)产品的表述。对于具体限制的描述,它并没有严格指定特定的语言,根据需要可以选用数学等式、逻辑规则、精确的自然语言等。

(3)统一的分配关系支持各模型元素间的分配,保证了DoDAF体系结构产品之间关系的清晰体现以及设计的一致完整性:

分配的概念最早由系统工程师使用,表示将满足某需求(需求分配)或执行某行为(功能分配)的责任分派给系统的结构元素。而在面向对象的设计中,也直接或隐含地表达了分配的思想:模块定义图中,某模块所定义的操作实质上就是分配给此类由它来提供相关的行为;顺序图中,发送给某生命线的事件隐含表明了接收部件将会提供相应的行为;活动图中,泳道线清晰表明了活动是由哪一系统部件提供实现。可见,体系结构设计中分配概念所发挥的连接作用是贯穿始终的。

另外,分配由于将不同的元素关联起来,还可以用来评估用户模型的一致性、完整性(例如,检验是否所有的活动都至少分配到一个块上实现),有利于保证作战视图和系统视图间,以及各视图内部产品间的数据一致性。

   
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