RUP在DoDAF体系结构中的应用研究.docx

1、RUP在DoDAF体系结构中的应用研究RUP在DoDAF体系结构中的应用研究 摘 要：分析了DoDAF体系结构三视图的功能、作用、相互关系以及DODAF体系结构开发过程。提出了运用Rational统一过程(RUP)对DoDAF体系结构开发的方法与过程，结合航空兵作战的特点，运用RUP开发了的相关视图产品，描述了航空兵作战过程，证明了RUP对体系结构的开发有着良好的支持作用。 关键词：DoDAF； RUP； 体系结构； 航空兵 中图分类号：TN957.51-34； E96 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2012)01-0027-04 Application of RUP in D

2、oDAF architecture MA Ying-liang1,2, SHENG Hui-ping2, SHAN Xin1 (1.Graduate Students Brigade of Naval Engineering Institute, Yantai 264001, China; 2. PLA Unit of 91640, Zhanjiang 524064, China) ? Abstract： The function, effect, internal invasion and development process of the three views of DoD Archi

3、tect Framework are analyzed. The ways and means of using Rational unified procedure (RUP) to design DoDAF products are put forward. Combined with the tactics of aviation army, RUP was applied to design the interrelated views products and describe the battle process of aviation army. This work proves

4、 that RUP plays a significant support role in the DODAF development. Keywords： DoDAF; RUP; system architecture; aviation army 收稿日期：2011-09-21 0 引 言 2004年2月，美国国防部在原有C4ISR体系结构框架的基础上，颁布了国防部体系结构框架(DoD Architecture Framework，DoDAF)的1.0版本，用于指导国防指挥控制系统和商业运作过程的体系结构描述1。2007年4月和2009年5月，DoDAF的1.5版本和2.0版本2相继颁布，

5、使得整个结构框架对C4ISR系统的描述更加准确、细致、全面。 Rational统一过程(Rational Unified Process，RUP)是一种软件工程化过程。它提供了如何在开发组织中严格分配任务的职责和方法。由于RUP为大部分开发过程提供自动化的工具支持,对软件开发过程不同阶段的各种模型(尤其是UML模型)都有着良好的支持，因此本文将RUP的开发思想应用于DoDAF中，对作战活动进行建模。 1 DoDAF体系结构设计方法 1.1 DoDAF设计方法简介 DoDAF 1.5是C4ISR体系结构框架的完善，它超越了仅应用于C4ISR系统的限制，可用于指导国防指挥控制系统和商业运作过程的体

6、系结构描述3。DoDAF提出了体系结构描述的三个视图：作战体系结构视图、系统体系结构视图和技术体系结构视图。分别从作战需求、系统实现和技术支持三个方面共同描述系统。三个视图之间的关系如图1所示。 图1 三视图之间的关系 1.2 基于UML的面向对象的方法在DoDAF中的应用 面向对象设计方法是一种围绕真实世界的概念来组成模型的思维方法4，其基本思想是对问题空间进行自然分割，以更接近人类的思维方式建立问题域模型，以便对客观实体进行结构和行为模拟，从而使设计的系统尽可能直接地描述现实世界。它是一种自底向上归纳和自顶向下分解相结合的方法5。 面向对象的建模语言UML主要包括用例图、静态图、行为图和交

7、互图等几类视图6-7。这些视图可以为C4ISR系统体系结构产品的开发提供十分方便的可视化手段。图2给出了UML不同视图在体系结构产品描述中的应用。 图2 UML视图描述体系结构产品 2 C4ISR体系结构开发过程 C4ISR系统的开发是复杂的过程,它的开发必须从系统工程的高度来加以考虑。本文对照DODAF的开发过程，将RUP应用于C4ISR体系结构的开发过程中。 2.1 DODAF体系结构开发过程 DoDAF 1.5中对体系结构的开发过程规定为6 个步骤，如图3所示。 图3 体系结构的开发过程 (1) 确定体系结构的预期用途。在开发体系结构之前要能清晰的描述其预期用途：为什么要开发这个体系结构

8、、各部门将如何按照此结构运行。这个预期也包括体系结构的开发将影响到的部门或系统、如何评判此体系结构是否满足用户需求。 (2) 确定体系结构的范围。体系结构的范围被定义为：确立体系结构深度和广度的边界1。它限定了体系结构的开发背景和解决问题的范围。这一步主要是确定体系结构所描述的时间段、地理界线，以及功能和技术限制。 (3) 确定体系结构开发所需的数据。根据每一步操作者的输入，选择操作内容、系统、服务以及技术视图的数据、属性、规则。在这一步骤中需要确定实体数据的细化级别和属性，为第(4)步的收集数据做好准备。 (4) 采集、组织、关联和存储体系结构数据。一旦确定所搜集的数据，体系结构数据将被分类

9、、组织、关联在一个自动的数据库中，以便后期的分析和使用。一旦发现可用的元数据就会立即在DAES(DoD Architecture Registry System，体系结构注册系统)中注册发布。在构造体系结构视图和产品的过程中，需要尽可能参考已有的体系结构资源，节约开发成本避免重复开发。 (5) 为实现体系结构目标进行各种分析。为了确定体系结构数据数据是否满足系统进程的初始运作，需要对数据进行多项分析。为了确认追加的数据是否有利于系统更好的运行，需要将步骤(3)(5)重复进行，以期取得最优效果。直到获得这一过程的操作用户批准，这一步骤方可完成。 (6) 根据决策者的需求表示各种结果。根据决策者的

10、需求，将系统中的数据、分析结果以不同的方式呈现。DODAF主要是通过体系结构产品和视图来将潜在的数据以不同的视角呈现出来。 2.2 基于RUP的系统开发的步骤 RUP是Rational Rose统一过程的缩写,其中Rational Rose是图形化的OO CASE工具,支持软件系统的面向对象的开发,是目前比较流行的可视化开发工具之一8。RUP集中体现了当代软件开发的先进思想,把面向对象的建模与螺旋上升式的开发工程过程相结合,支持团队开发,并且综合了其他的开发技术,对软件系统的开发提供了强有力的支持,为运用面向对象的思想和技术、控制系统的复杂性,提高软件开发效率提供了必要条件9。 RUP对DOD

11、AF的开发过程中，一般是按照以下的三个阶段逐步完成系统开发: (1) 需求分析阶段 当着手启动一个C4ISR系统的体系构造时，首先要考虑项目的可行性和必要性：在对系统的目标任务有了概括的了解后，应该充分分析系统的规模和复杂性，权衡现有技术、资源，对项目完成时间、实施成功标准、阶段性计划等要做出详细的文档说明。在完成可行性和必要性的确认后，需要研究系统的需求。 C4ISR系统是一个复杂的大系统，一般系统开发人员只能了解到关于整个业务流程的陈述性文字材料，许多需求的描述会很模糊。这时就需要作战人员和系统设计人员共将真正的需求明确精准的提炼出来：作战需求、参与作战的角色、角色之间的关系都由OV-1直

12、观的表示出来；系统中的组织结构，组织类型，人员关系等概念由OV-4表述10。 (2) 设计模型阶段 在RUP过程中，系统的分析与设计主要包括静态和动态两种结构模型11。静态结构模型主要分析的是系统在某个时刻的状态，从而了解系统的关联与行为，确定类的属性、操作，分析系统接口等。如作战节点连接图OV-2就反映了各个节点间的连接关系，信息的传输路径。 系统的动态行为一般由交互图、状态图和活动图来建立模型，用以表示动作流、对象流和信息流。无论系统中的事件是顺序发生还是并发处理，都可以通过动态模型表示出来。如作战活动图OV-5就将作战过程的活动流给明确表示出来。动态、静态模型互补不足，能够全面、细致的将

13、系统需求全部表达。 (3) 模型验证阶段 模型的验证主要是对系统的功能和逻辑是否符合要求。用户对模型的检验首先是看体系结构中的功能设计、执行顺序、模型行为是否与预期要求的一样或符合客观需求；其次就是通过外部的驱动信息对作战过程执行跟踪、监控和评价，以验证、改进系统模型。 3 航空兵作战体系结构建模示例 根据上文所述的方法，本文以海军航空兵部队为例，通过一个简单的作战事件，构造部分体系结构产品来说明RUP在航空兵作战体系结构建模方面的应用。 3.1 需求分析阶段 根据DoDAF的要求，首先要明确整个作战环境，作战背景和作战方式。因此，通过概念视图加以描述。根据航空兵的作战特点，航空兵的作战和保障

14、力量一般由空战部队、保障部队和侦察部队组成。在作战过程中，首先是地面雷达或预警机发现目标，通知指挥部，经过数据融合、威胁评估后拟制作战方案，地面勤务部队做好战前准备，由空战部队负责实施作战计划。 根据描述，确定系统中的角色由航空兵指挥部、空战部队、勤务部队、侦察部队；每级用例有相应的子用例。图4,图5是根据需求描述生成的OV-1,OV-4产品，反映了系统功能和的系统组织构成。 3.2 模型设计阶段 设计阶段首先在用例图的基础上确定系统节点，通过这些节点间的相互关系，信息流向来反映系统的工过程。不同的作战过程系统的工作过程也不一样，因此涉及的作战节点也不相同。图6描述了航空兵作战资源，从图中可以

15、反映出各节点间的信息流向和事件关系。 ? 图4 航空兵作战概念视图(OV-1) 图5 作战力量构成(OV-4) 图6 航空兵作战资源描述(OV-2) 图7为用活动图OV-5描述了航空兵接敌交火作战过程。 图7 接敌交火作战活动图(OV-5) 图中可以看出在整个交火过程中虽然只有战斗机节点发生动作，但是从发现目标到攻击目标都有许多信息节点参与了作战，不仅有信息交换，还有各种规则、数据库的调用。通过对不同细化层级的描述，可以将作战过程以不同的精度描述出来。 图8中OV-7描述的是接敌作战过程中的各节点间的逻辑关系。 图8 航空兵作战逻辑视图(OV-7) 4 结 语 航空兵作战C4ISR体系结构的构

16、建是一个复杂的过程，而Rational Rose工具对UML的强大支持则为体系结构开发提供了便利。根据上文的分析，可以看出遵循Rational统一过程(RUP)的步骤，能够与DODAF体系结构建模过程相结，将体系结构产品的开发划分为若干阶段，螺旋上升循环开发，不断完善体系结构的描 述。 RUP根据不同产品的特点， 使用对应的UML模型 图进行描述，不仅保证了描述的准确性，也使得软件具有良好的一致性和互操作性。在此基础上可以为决策者提供多视角、多产品的数据展现。随着DODAF版本的升级，体系结构将以数据而非产品为核心，这将更加方便灵活运用RUP描述体系结构。 参 考 文 献 1DoD Archi

17、tecture Framework Working Group. DoD architecture framework version 1.5 M. U.S.: Department of Defense, 2007. 2DoD Architecture Framework Working Group. DoD architecture framework version 2.0 M. U.S.: Department of Defense, 2009. 3崔潇潇，王明哲.DoDAF标准的系统效能评价J.兵工自动化，2006,25(12)：1-2. 4冯富霞，李森贵.UML科学建模系统研究J.

18、潍坊教育学院学报，2010，23(2)：87-89. 5美LARMAN Craig.UML和模式应用:面向对象分析与设计导论M.姚淑珍,李虎,译.北京：机械工业出版社，2002. 6王智学.ROSE对象建模方法与技术M.北京：机械工业出版社，2003. 7柏晓莉,姜军,罗雪山,等.基于UML&OPN的C4ISR系统体系结构仿真验证研究J.系统工程与电子技术,2008,30(4):671-676. 8梁向阳,康凤举,钟联炯,等.基于RUP的C4ISR体系结构设计J.微计算机应用,2007，28(12):14-19. 9丛树学，白奕.基于DoDAF的舰载武器系统体系结构建模J.指挥控制与仿真,2008，30(5)：23-26. 10梁向阳,康凤举,钟联炯,等.防空C4ISR体系结构设计与实现J.军械工程学院学报,2007，19(5)：14-19. 作者简介： 马颖亮 男，1981年出生，江苏扬州人，工程师，博士研究生。主要研究方向为武器装备发展与论证。 盛会平 男，1980年出生，河南新野人，工程师。主要研究方向为装备管理。 单 鑫 男，1981年出生，山东招远人，博士研究生。主要研究方向为武器装备综合保障。