RUP在DoDAF體系結構中的應用研究

摘 要：分析了DoDAF體系結構三視圖的功能、作用、相互關系以及DODAF體系結構開發過程。提出了運用Rational統一過程(RUP)對DoDAF體系結構開發的方法與過程，結合航空兵作戰的特點，運用RUP開發了的相關視圖產品，描述了航空兵作戰過程，證明了RUP對體系結構的開發有著良好的支持作用。

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關鍵詞：DoDAF； RUP； 體系結構； 航空兵

中圖分類號：TN957.51-34； E96 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)01-0027-04

Application of RUP in DoDAF architecture

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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)

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Abstract：

The function， effect， internal invasion and development process of the three views of DoD Architect 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 that RUP plays a significant support role in the DODAF development.

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Keywords： DoDAF; RUP; system architecture; aviation army

收稿日期：2011-09-21

0 引 言

2004年2月，美國國防部在原有C4ISR體系結構框架的基礎上，頒布了《國防部體系結構框架(DoD Architecture Framework，DoDAF)》的1.0版本，用于指導國防指揮控制系統和商業運作過程的體系結構描述[1]。2007年4月和2009年5月，DoDAF的1.5版本和2.0版本[2]相繼頒布，使得整個結構框架對C4ISR系統的描述更加準確、細致、全面。

Rational統一過程(Rational Unified Process，RUP)是一種軟件工程化過程。它提供了如何在開發組織中嚴格分配任務的職責和方法。由于RUP為大部分開發過程提供自動化的工具支持，對軟件開發過程不同階段的各種模型(尤其是UML模型)都有著良好的支持，因此本文將RUP的開發思想應用于DoDAF中，對作戰活動進行建模。

1 DoDAF體系結構設計方法

1.1 DoDAF設計方法簡介

DoDAF 1.5是C4ISR體系結構框架的完善，它超越了僅應用于C4ISR系統的限制，可用于指導國防指揮控制系統和商業運作過程的體系結構描述[3]。DoDAF提出了體系結構描述的三個視圖：作戰體系結構視圖、系統體系結構視圖和技術體系結構視圖。分別從作戰需求、系統實現和技術支持三個方面共同描述系統。三個視圖之間的關系如圖1所示。

圖1 三視圖之間的關系

1.2 基于UML的面向對象的方法在DoDAF中的應用

面向對象設計方法是一種圍繞真實世界的概念來組成模型的思維方法[4]，其基本思想是對問題空間進行自然分割，以更接近人類的思維方式建立問題域模型，以便對客觀實體進行結構和行為模擬，從而使設計的系統盡可能直接地描述現實世界。它是一種自底向上歸納和自頂向下分解相結合的方法[5]。

面向對象的建模語言UML主要包括用例圖、靜態圖、行為圖和交互圖等幾類視圖[6-7]。這些視圖可以為C4ISR系統體系結構產品的開發提供十分方便的可視化手段。圖2給出了UML不同視圖在體系結構產品描述中的應用。

圖2 UML視圖描述體系結構產品

2 C4ISR體系結構開發過程

C4ISR系統的開發是復雜的過程，它的開發必須從系統工程的高度來加以考慮。本文對照DODAF的開發過程，將RUP應用于C4ISR體系結構的開發過程中。

2.1 DODAF體系結構開發過程

DoDAF 1.5中對體系結構的開發過程規定為6 個步驟，如圖3所示。

圖3 體系結構的開發過程

(1) 確定體系結構的預期用途。在開發體系結構之前要能清晰的描述其預期用途：為什么要開發這個體系結構、各部門將如何按照此結構運行。這個預期也包括體系結構的開發將影響到的部門或系統、如何評判此體系結構是否滿足用戶需求。

(2) 確定體系結構的范圍。體系結構的范圍被定義為：確立體系結構深度和廣度的邊界[1]。它限定了體系結構的開發背景和解決問題的范圍。這一步主要是確定體系結構所描述的時間段、地理界線，以及功能和技術限制。

(3) 確定體系結構開發所需的數據。根據每一步操作者的輸入，選擇操作內容、系統、服務以及技術視圖的數據、屬性、規則。在這一步驟中需要確定實體數據的細化級別和屬性，為第(4)步的收集數據做好準備。

(4) 采集、組織、關聯和存儲體系結構數據。一旦確定所搜集的數據，體系結構數據將被分類、組織、關聯在一個自動的數據庫中，以便后期的分析和使用。一旦發現可用的元數據就會立即在DAES(DoD Architecture Registry System，體系結構注冊系統)中注冊發布。在構造體系結構視圖和產品的過程中，需要盡可能參考已有的體系結構資源，節約開發成本避免重復開發。

(5) 為實現體系結構目標進行各種分析。為了確定體系結構數據數據是否滿足系統進程的初始運作，需要對數據進行多項分析。為了確認追加的數據是否有利于系統更好的運行，需要將步驟(3)~(5)重復進行，以期取得最優效果。直到獲得這一過程的操作用戶批準，這一步驟方可完成。

(6) 根據決策者的需求表示各種結果。根據決策者的需求，將系統中的數據、分析結果以不同的方式呈現。DODAF主要是通過體系結構產品和視圖來將潛在的數據以不同的視角呈現出來。

2.2 基于RUP的系統開發的步驟

RUP是Rational Rose統一過程的縮寫，其中Rational Rose是圖形化的OO CASE工具，支持軟件系統的面向對象的開發，是目前比較流行的可視化開發工具之一[8]。RUP集中體現了當代軟件開發的先進思想，把面向對象的建模與螺旋上升式的開發工程過程相結合，支持團隊開發，并且綜合了其他的開發技術，對軟件系統的開發提供了強有力的支持，為運用面向對象的思想和技術、控制系統的復雜性，提高軟件開發效率提供了必要條件[9]。

RUP對DODAF的開發過程中，一般是按照以下的三個階段逐步完成系統開發:

(1) 需求分析階段

當著手啟動一個C4ISR系統的體系構造時，首先要考慮項目的可行性和必要性：在對系統的目標任務有了概括的了解后，應該充分分析系統的規模和復雜性，權衡現有技術、資源，對項目完成時間、實施成功標準、階段性計劃等要做出詳細的文檔說明。在完成可行性和必要性的確認后，需要研究系統的需求。

C4ISR系統是一個復雜的大系統，一般系統開發人員只能了解到關于整個業務流程的陳述性文字材料，許多需求的描述會很模糊。這時就需要作戰人員和系統設計人員共將真正的需求明確精準的提煉出來：作戰需求、參與作戰的角色、角色之間的關系都由OV-1直觀的表示出來；系統中的組織結構，組織類型，人員關系等概念由OV-4表述[10]。

(2) 設計模型階段

在RUP過程中，系統的分析與設計主要包括靜態和動態兩種結構模型[11]。靜態結構模型主要分析的是系統在某個時刻的狀態，從而了解系統的關聯與行為，確定類的屬性、操作，分析系統接口等。如作戰節點連接圖OV-2就反映了各個節點間的連接關系，信息的傳輸路徑。

系統的動態行為一般由交互圖、狀態圖和活動圖來建立模型，用以表示動作流、對象流和信息流。無論系統中的事件是順序發生還是并發處理，都可以通過動態模型表示出來。如作戰活動圖OV-5就將作戰過程的活動流給明確表示出來。動態、靜態模型互補不足，能夠全面、細致的將系統需求全部表達。

(3) 模型驗證階段

模型的驗證主要是對系統的功能和邏輯是否符合要求。用戶對模型的檢驗首先是看體系結構中的功能設計、執行順序、模型行為是否與預期要求的一樣或符合客觀需求；其次就是通過外部的驅動信息對作戰過程執行跟蹤、監控和評價，以驗證、改進系統模型。

3 航空兵作戰體系結構建模示例

根據上文所述的方法，本文以海軍航空兵部隊為例，通過一個簡單的作戰事件，構造部分體系結構產品來說明RUP在航空兵作戰體系結構建模方面的應用。

3.1 需求分析階段

根據DoDAF的要求，首先要明確整個作戰環境，作戰背景和作戰方式。因此，通過概念視圖加以描述。根據航空兵的作戰特點，航空兵的作戰和保障力量一般由空戰部隊、保障部隊和偵察部隊組成。在作戰過程中，首先是地面雷達或預警機發現目標，通知指揮部，經過數據融合、威脅評估后擬制作戰方案，地面勤務部隊做好戰前準備，由空戰部隊負責實施作戰計劃。

根據描述，確定系統中的角色由航空兵指揮部、空戰部隊、勤務部隊、偵察部隊；每級用例有相應的子用例。圖4，圖5是根據需求描述生成的OV-1，OV-4產品，反映了系統功能和的系統組織構成。

3.2 模型設計階段

設計階段首先在用例圖的基礎上確定系統節點，通過這些節點間的相互關系，信息流向來反映系統的工過程。不同的作戰過程系統的工作過程也不一樣，因此涉及的作戰節點也不相同。圖6描述了航空兵作戰資源，從圖中可以反映出各節點間的信息流向和事件關系。

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圖4 航空兵作戰概念視圖(OV-1)

圖5 作戰力量構成(OV-4)

圖6 航空兵作戰資源描述(OV-2)

圖7為用活動圖OV-5描述了航空兵接敵交火作戰過程。

圖7 接敵交火作戰活動圖(OV-5)

圖中可以看出在整個交火過程中雖然只有戰斗機節點發生動作，但是從發現目標到攻擊目標都有許多信息節點參與了作戰，不僅有信息交換，還有各種規則、數據庫的調用。通過對不同細化層級的描述，可以將作戰過程以不同的精度描述出來。

圖8中OV-7描述的是接敵作戰過程中的各節點間的邏輯關系。

圖8 航空兵作戰邏輯視圖(OV-7)

4 結 語

航空兵作戰C4ISR體系結構的構建是一個復雜的過程，而Rational Rose工具對UML的強大支持則為體系結構開發提供了便利。根據上文的分析，可以看出遵循Rational統一過程(RUP)的步驟，能夠與DODAF體系結構建模過程相結，將體系結構產品的開發劃分為若干階段，螺旋上升循環開發，不斷完善體系結構的描

述。 RUP根據不同產品的特點， 使用對應的UML模型

圖進行描述，不僅保證了描述的準確性，也使得軟件具有良好的一致性和互操作性。在此基礎上可以為決策者提供多視角、多產品的數據展現。隨著DODAF版本的升級，體系結構將以數據而非產品為核心，這將更加方便靈活運用RUP描述體系結構。

參 考 文 獻

［1］DoD Architecture Framework Working Group. DoD architecture framework version 1.5 [M]. U.S.: Department of Defense， 2007.

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［2］DoD Architecture Framework Working Group. DoD architecture framework version 2.0 [M]. U.S.: Department of Defense， 2009.

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［3］崔瀟瀟，王明哲.DoDAF標準的系統效能評價［J］.兵工自動化，2006，25(12)：1-2.

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［4］馮富霞，李森貴.UML科學建模系統研究［J］.濰坊教育學院學報，2010，23(2)：87-89.

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［5］［美］LARMAN Craig.UML和模式應用:面向對象分析與設計導論［M］.姚淑珍，李虎，譯.北京：機械工業出版社，2002.

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［6］王智學.ROSE對象建模方法與技術［M］.北京：機械工業出版社，2003.

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［7］柏曉莉，姜軍，羅雪山，等.基于UMLOPN的C4ISR系統體系結構仿真驗證研究［J］.系統工程與電子技術，2008，30(4):671-676.

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［8］梁向陽，康鳳舉，鐘聯炯，等.基于RUP的C4ISR體系結構設計［J］.微計算機應用，2007，28(12):14-19.

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［9］叢樹學，白奕.基于DoDAF的艦載武器系統體系結構建模［J］.指揮控制與仿真，2008，30(5)：23-26.

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［10］梁向陽，康鳳舉，鐘聯炯，等.防空C4ISR體系結構設計與實現［J］.軍械工程學院學報，2007，19(5)：14-19.

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作者簡介：

馬穎亮 男，1981年出生，江蘇揚州人，工程師，博士研究生。主要研究方向為武器裝備發展與論證。

盛會平 男，1980年出生，河南新野人，工程師。主要研究方向為裝備管理。

單 鑫 男，1981年出生，山東招遠人，博士研究生。主要研究方向為武器裝備綜合保障。