艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成設(shè)計與度量方法

董曉明 姚 晉 秦 克

中國艦船研究設(shè)計中心，湖北武漢 430064

0 引 言

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)總體設(shè)計與集成可以分為網(wǎng)絡(luò)集成、數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用集成3個層次，其中數(shù)據(jù)集成設(shè)計工作貫穿于作戰(zhàn)系統(tǒng)的方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和集成測試等各個階段，其在作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計中處于核心位置，在系統(tǒng)集成堆棧中具有承上啟下的作用。數(shù)據(jù)集成有助于確保作戰(zhàn)系統(tǒng)各模塊之間的數(shù)據(jù)共享和信息交換，提高模塊的重用和互操作性，最終實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)的應(yīng)用集成和能力集成。

對數(shù)據(jù)集成設(shè)計來說，最重要的是接口，接口設(shè)計是作戰(zhàn)系統(tǒng)集成設(shè)計的重點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)格式、接口協(xié)議和信息傳輸機(jī)制等。在傳統(tǒng)的艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)研制過程中，需要通過大量的Word文檔來定義各個系統(tǒng)設(shè)備兩兩之間信息交換的接口，易造成不同的接口協(xié)議內(nèi)容重復(fù)、理解不一致等問題，并且還增加了根據(jù)接口協(xié)議進(jìn)行軟件開發(fā)、集成測試的難度。

從最初的C4ISR發(fā)展到后來的DoDAF（國防部體系結(jié)構(gòu)框架），美國國防部采取分階段的辦法來指導(dǎo)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和系統(tǒng)集成，首先是開發(fā)數(shù)據(jù)模型，然后是基礎(chǔ)設(shè)施，最后是應(yīng)用［1］。

美國國防部開發(fā)的核心體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型（CADM）是一個用來組織和描繪體系結(jié)構(gòu)信息結(jié)構(gòu)的手段，對于每個體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其都要求必須根據(jù)CADM來定義體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，利用IDEF1X描述數(shù)據(jù)類型以及其相互關(guān)系［2-4］。從DoDAFV1.0的CADM到V2.0的DM 2，美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架的核心是以數(shù)據(jù)為中心，更加重視采用通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的方法描述體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。為了更好地進(jìn)行信息交換，大多數(shù)數(shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為XML格式，從而進(jìn)行更好的人機(jī)交流或更充分的自動化數(shù)據(jù)交換。

美軍一貫重視采用信息基礎(chǔ)設(shè)施支持異構(gòu)系統(tǒng)的信息共享和互操作能力。最新型的DDG 1000級多用途驅(qū)逐艦就是采用全艦計算環(huán)境（TSCE）作為作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，通過全艦計算環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施而形成一個開放、虛擬的計算環(huán)境，所有計算資源統(tǒng)一調(diào)度管理，能為其他應(yīng)用組件和功能領(lǐng)域提供服務(wù)。目前，美軍已全面轉(zhuǎn)向面向服務(wù)架構(gòu)（SOA），同時大量采用商用成熟技術(shù)（COTS）實(shí)現(xiàn)開放架構(gòu)的系統(tǒng)。

本文的研究目標(biāo)是運(yùn)用建模與仿真技術(shù)支持作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成設(shè)計和評估，圖1所示為整體的研究思路及主要研究內(nèi)容之間的關(guān)系。通過開展基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）的作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模，以模型驅(qū)動的思想為指導(dǎo)初步建立新的作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成方法和框架，開發(fā)輔助設(shè)計工具并建立作戰(zhàn)系統(tǒng)元數(shù)據(jù)注冊庫，以數(shù)據(jù)模型為中心進(jìn)行數(shù)據(jù)集成設(shè)計和體系結(jié)構(gòu)度量，并能支持快速生成仿真系統(tǒng)，從而為下一步基于仿真的效能評估打下基礎(chǔ)。

1 作戰(zhàn)系統(tǒng)接口設(shè)計和數(shù)據(jù)集成

1.1 存在的問題

作戰(zhàn)系統(tǒng)的接口設(shè)計首先需要考慮兩個方面的問題，一是接口信息如何表示，二是如何建立接口連接。

圖1 主要研究內(nèi)容之間的關(guān)系Fig.1 Relationshipsbetween contents of thispaper

作戰(zhàn)系統(tǒng)接口信息的發(fā)展過程為信號級—數(shù)據(jù)級—元數(shù)據(jù)級，表示信息的層次越來越高，越來越接近人的理解，并逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)的分離。

在接口設(shè)計過程中，最直觀的表現(xiàn)就是信息格式的定義。目前的方法是在接口協(xié)議中使用文字描述，而沒有對信息進(jìn)行建模。對分系統(tǒng)的開發(fā)者來說，元數(shù)據(jù)埋藏在程序代碼的字里行間，接口協(xié)議的微小改變或者軟件實(shí)現(xiàn)的任何失誤都會給調(diào)試與維護(hù)帶來很大的麻煩。為了提高數(shù)據(jù)集成的水平，要求元數(shù)據(jù)像真實(shí)數(shù)據(jù)一樣被集成，就必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)的分離。未來，更會朝著面向語義的信息邁進(jìn)。

作戰(zhàn)系統(tǒng)接口連接的發(fā)展趨勢是點(diǎn)對點(diǎn)連接—兩兩之間網(wǎng)絡(luò)連接—無連接（總線），接口雙方建立連接的層次越來越高。所謂點(diǎn)對點(diǎn)連接，是建立在電纜直連上的物理層連接；網(wǎng)絡(luò)連接是雙方在發(fā)送報文之前建立的網(wǎng)絡(luò)套接字邏輯連接；而無連接則是指信源在發(fā)布消息之前，不需要專門去考慮建立連接的事情，只需根據(jù)應(yīng)用的需要在合適的時刻把合適的消息發(fā)布出去即可（計算環(huán)境或基礎(chǔ)設(shè)施負(fù)責(zé)提供網(wǎng)絡(luò)連接和路由）。

作戰(zhàn)系統(tǒng)的接口設(shè)計與集成方式仍然存在著一些問題。首先是接口信息沒有模型化，數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)沒有分離。由于作戰(zhàn)系統(tǒng)的協(xié)議內(nèi)容主要是文字描述，因而容易造成理解上的歧義，導(dǎo)致集成測試的問題較多。其次，是接口復(fù)雜。作戰(zhàn)系統(tǒng)的分系統(tǒng)（設(shè)備）兩兩之間接口眾多，其中部分是采用模擬信號連接，多數(shù)是通過數(shù)字接口與網(wǎng)絡(luò)連接。例如，某型艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)有十幾個分系統(tǒng)，上百個對接口關(guān)系，那么整個系統(tǒng)的研制過程便會形成幾千份技術(shù)文件和圖紙，設(shè)計周期長達(dá)8～12年。作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計和試驗(yàn)階段的工作內(nèi)容主要是集中在這些接口的設(shè)計、協(xié)調(diào)與測試上，不僅工作量大，維護(hù)難度也大，而且這種數(shù)據(jù)集成設(shè)計還會造成分系統(tǒng)為緊耦合，不利于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用集成和互操作。

1.2 通用數(shù)據(jù)交換格式

兩個系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的能力依賴于一定的接口連接，通常，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的中間格式能提供有限的互操作能力。使用數(shù)據(jù)交換格式（DIF）有助于減少系統(tǒng)兩兩之間成對的接口（pairwise interfaces），這是未來作戰(zhàn)系統(tǒng)集成設(shè)計的趨勢之一，對于縮短作戰(zhàn)系統(tǒng)研制周期并增強(qiáng)互操作性具有重要意義［5］。

如果把XML作為接口設(shè)計的基礎(chǔ)，以XML為核心來實(shí)現(xiàn)信息的處理、傳輸和存儲，將使很多工作得到簡化并提高系統(tǒng)集成的效率。例如，借助XML模式定義（XSD）可以得到精確的數(shù)據(jù)模型，一個XSD文件即可替代接口協(xié)議中對數(shù)據(jù)的各種文字描述，有助于消除歧義，另外，對XML格式數(shù)據(jù)內(nèi)容有效性的判斷也可以自動完成，從而能節(jié)省大量檢查數(shù)據(jù)有效性的軟件代碼。也就是說，通過作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型可以解決上節(jié)提到的第一個問題。

1.3 基于總線的集成

系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)不是構(gòu)件而是接口，必須確保每個功能模塊都能很好地工作并交換信息。與其管理數(shù)百個成對的接口，交換數(shù)千種專用信息，還不如采用新的軟件體系結(jié)構(gòu)并轉(zhuǎn)移到“發(fā)布/訂閱”環(huán)境，使合適的用戶得到合適的信息。

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）是對象管理組織（ObjectManagement Group，OMG）有關(guān)分布式實(shí)時系統(tǒng)中數(shù)據(jù)分發(fā)的一個規(guī)范（2004年12月發(fā)布），該規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化了分布式實(shí)時系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布、傳遞和接收的接口與行為，定義了以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱機(jī)制，從而形成了一條實(shí)時數(shù)據(jù)總線。

系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向之一，是由兩兩之間的點(diǎn)對點(diǎn)連接轉(zhuǎn)變?yōu)榭偩€連接。對于SOA來說，通常采用企業(yè)服務(wù)總線（ESB）來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用連接和信息傳輸。ESB的核心功能包括：自動匹配服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者、不同傳輸協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換及不同消息格式之間的轉(zhuǎn)換。

2 作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模及元數(shù)據(jù)管理

2.1 基于XM L的作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模方法

作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成涉及兩種類型的數(shù)據(jù)：第一種是原始數(shù)據(jù)，即系統(tǒng)所需要的實(shí)際信息；第二種是元數(shù)據(jù)（metadata），用于為原始數(shù)據(jù)提供上下文環(huán)境。對于集成而言，元數(shù)據(jù)很關(guān)鍵，它表達(dá)的是所集成數(shù)據(jù)的意義。對數(shù)據(jù)交換起決定作用的是數(shù)據(jù)元素的結(jié)構(gòu)特征，當(dāng)數(shù)據(jù)從一個進(jìn)程轉(zhuǎn)移到另一個進(jìn)程時，收到數(shù)據(jù)的進(jìn)程必須完全理解數(shù)據(jù)的格式、可能的值域以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

UML（統(tǒng)一建模語言）、XML、IDEF1X和E-R（實(shí)體—關(guān)系模型）等都是有效的建模方法，其數(shù)據(jù)模型具有自頂向下的3個層次，即概念的、邏輯的和物理的。與數(shù)據(jù)模型的層次對應(yīng)，數(shù)據(jù)建模的過程也可以分為3個階段進(jìn)行［6］：

第1階段，在概念模型層次主要使用UML類描述數(shù)據(jù)模型的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。其主要目的是借助UML定義一致的事物名稱和術(shù)語，實(shí)現(xiàn)不同用戶群體之間準(zhǔn)確的溝通。

第2階段，使用XML模式描述結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)類型，相當(dāng)于邏輯模型的層次。第1階段使用UML建立的概念模型能夠很方便地映射為XML模式，既可手工完成，也可以利用工具自動完成。XML模式提供對XML文檔的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的約束與解釋。

第3階段，考慮具體的數(shù)據(jù)如何表示、存儲和傳輸。XML文檔本質(zhì)上是保存信息的結(jié)構(gòu)化載體，無論是需要長期存儲的永久性數(shù)據(jù)，還是在子系統(tǒng)之間傳輸?shù)南ⅲ歼m于用XML文檔表示。

2.2 元數(shù)據(jù)注冊庫與數(shù)據(jù)模型模板

UML和XML也是元數(shù)據(jù)的兩大標(biāo)準(zhǔn)，用來規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化元數(shù)據(jù)的表示與交換，從而實(shí)現(xiàn)跨平臺、跨工具的元數(shù)據(jù)共享。元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系到信息的發(fā)現(xiàn)與資源的共享，是有效利用信息資源的保障。國外在元數(shù)據(jù)方面已進(jìn)行了大量研究，目前存在的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)就有幾十種［7-8］。美國國防部建立了DoD元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)（https：//metadata.dod.mil/），其中包括與國防信息基礎(chǔ)設(shè)施公共操作環(huán)境（DII-COE）相關(guān)的XML元素、屬性等元數(shù)據(jù)定義，減少了不兼容性問題，增加了系統(tǒng)的互操作性、可重用性和集成能力。

在一家組織機(jī)構(gòu)或一群組織機(jī)構(gòu)內(nèi)部，每當(dāng)必須協(xié)調(diào)一致地使用數(shù)據(jù)時，就需要建立元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)（Metadata Registry，MDR）進(jìn)行元數(shù)據(jù)的管理。元數(shù)據(jù)管理是指對元數(shù)據(jù)的瀏覽、添加、刪除、修改、下載和查詢等數(shù)據(jù)管理的基本操作，元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)是存儲和維護(hù)元數(shù)據(jù)定義的中樞部位。

為了明確定義元數(shù)據(jù)注冊庫的結(jié)構(gòu)，借鑒了高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）的對象模型模板（OMT）方法。HLA的核心思想是互操作和重用，要求采用對象模型來描述聯(lián)邦和聯(lián)邦成員以及相關(guān)的數(shù)據(jù)。HLA對象模型是通過填寫對象模型模板完成。HLA 1.3的對象模型模板由9個表格組成［9］，需要專門的對象模型開發(fā)工具（OMDT）來完成OMT的設(shè)計。IEEE 1516版本的對象模型模板有較大的變化，同時還使用了更為通用的XML文檔來表示［10］。基于對象模型模板，HLA仿真程序設(shè)計人員按照其規(guī)定的格式創(chuàng)建聯(lián)邦和聯(lián)邦對象模型，即可完成數(shù)據(jù)建模，并在運(yùn)行時在基礎(chǔ)設(shè)施（RTI）的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。

通過分析現(xiàn)有的作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議文檔，可抽象得出作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議的數(shù)據(jù)模型模板（DMT），也即描述作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型所需要的數(shù)據(jù)——元數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)模型模板由XSD文件表示，其中定義了作戰(zhàn)系統(tǒng)的型號項(xiàng)目、二級系統(tǒng)、上網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、接口規(guī)格、消息報文、信息單元、數(shù)據(jù)字段等元素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及用來約束每個元素的詳細(xì)信息，例如，數(shù)據(jù)字段的名稱、類型、長度、最大值、最小值等［11］。這些元素構(gòu)成了DMT的7個表，按照模板填寫即可得到作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。

2.3 作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議輔助設(shè)計軟件

本文在作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模與元數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議輔助設(shè)計軟件。該軟件的設(shè)計目標(biāo)是將現(xiàn)有及未來的作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議相關(guān)數(shù)據(jù)模型化，利用元數(shù)據(jù)管理技術(shù)輔助作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議的設(shè)計，從而提高作戰(zhàn)系統(tǒng)研制開發(fā)的效率。

作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議輔助設(shè)計軟件的主要功能是構(gòu)建作戰(zhàn)系統(tǒng)元數(shù)據(jù)注冊庫，軟件采用瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和XML技術(shù)，提供基于Web表單的用戶界面。用戶通過客戶端瀏覽器填寫表單，利用AJAX技術(shù)提交作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議元數(shù)據(jù)，并操作管理元數(shù)據(jù)注冊庫，然后，服務(wù)器便根據(jù)用戶的請求完成數(shù)據(jù)庫的訪問，并處理、返回數(shù)據(jù)。通過XML數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，根據(jù)元數(shù)據(jù)注冊庫的內(nèi)容，借助可擴(kuò)展樣式表語言轉(zhuǎn)換（XSLT）技術(shù)，即可生成作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議文檔。

數(shù)據(jù)模型模板是整個軟件設(shè)計的核心，其決定了用戶界面（表單）的樣子和元數(shù)據(jù)注冊庫的結(jié)構(gòu)，因而也就決定了后面進(jìn)行樣式轉(zhuǎn)換的輸入。

建立元數(shù)據(jù)注冊庫之后，該軟件便可利用元數(shù)據(jù)開展作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成設(shè)計。除了能轉(zhuǎn)換生成多種格式的接口協(xié)議文檔外，還可提供元數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息，以及轉(zhuǎn)換生成作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行接口信息仿真開發(fā)所需的數(shù)據(jù)模型文件和源代碼框架等，從而輔助實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型驅(qū)動的度量與開發(fā)。

3 數(shù)據(jù)模型驅(qū)動的度量與開發(fā)

數(shù)據(jù)模型在作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成與仿真開發(fā)方面起著很大作用。基于模型驅(qū)動的方法，數(shù)據(jù)模型的修改能自動反映到設(shè)計的各個階段，例如，更新接口協(xié)議、更新度量統(tǒng)計數(shù)據(jù)、更新仿真模型、更新仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)代碼等。

3.1 基于數(shù)據(jù)模型的作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模塊化度量評估方法

體系結(jié)構(gòu)的分析和評估是一個較新的研究領(lǐng)域，許多研究組織提出了眾多結(jié)構(gòu)化的評估方法，可以分為兩類：定性分析方法和定量分析方法［12-13］。體系結(jié)構(gòu)定量分析方面的工作目前仍處于成形階段，比較常見的是針對系統(tǒng)規(guī)模、復(fù)雜度、控制層次（扇入和扇出）、耦合度、環(huán)復(fù)雜度和復(fù)用度等指標(biāo)的測度［14-15］。

美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架（DoDAF）的發(fā)展與體系結(jié)構(gòu)評估技術(shù)密切相關(guān)，可以說，體系結(jié)構(gòu)的度量是DoDAF的根本要求。DoDAF給出了一些有助于項(xiàng)目經(jīng)理識別和定位風(fēng)險的基于體系結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，例如，項(xiàng)目完成情況、體系結(jié)構(gòu)的規(guī)模、復(fù)雜度和互操作性，以及穩(wěn)定性等方面的指標(biāo)。一個完整的體系結(jié)構(gòu)描述應(yīng)該包括通過定義性能度量（MOP）來評估信息系統(tǒng)的效果與進(jìn)步，并在作戰(zhàn)視圖中說明效能度量（MOE）。

目前，針對作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)評估的研究比較缺乏，在設(shè)計過程中，大多是依靠經(jīng)驗(yàn)判斷和定性分析。然而任何工程學(xué)科都必然要經(jīng)歷從定性到定量的認(rèn)識過程，本文的目標(biāo)是借鑒計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)量化研究方法和軟件工程方法，通過定量的測度來提供作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的評估機(jī)制，從而指導(dǎo)、優(yōu)化設(shè)計。

首先，以數(shù)據(jù)集成為重點(diǎn)，研究提出作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的度量。針對作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的模塊化特性，嘗試選取了分系統(tǒng)數(shù)量、節(jié)點(diǎn)數(shù)量、接口數(shù)量、信息單元數(shù)量和作戰(zhàn)流程環(huán)復(fù)雜度這5個直接度量，并衍生得出4個比例度量，包括功能分布性、集成復(fù)雜度、數(shù)據(jù)耦合度和信息能力成熟度等，具體的分析可參見文獻(xiàn)［16］。

其次，結(jié)合數(shù)據(jù)模型研究獲取度量值的方法，也就是測量的具體方法。在作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)上，作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議輔助設(shè)計軟件提供了項(xiàng)目數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功能，可以從作戰(zhàn)系統(tǒng)元數(shù)據(jù)注冊庫中獲得詳細(xì)統(tǒng)計信息，自動進(jìn)行度量的計算，從而實(shí)現(xiàn)基于模型的體系結(jié)構(gòu)度量。

統(tǒng)計信息在HTML頁面中是以表格的形式顯示，所有統(tǒng)計信息都是根據(jù)元數(shù)據(jù)注冊庫的內(nèi)容通過樣式轉(zhuǎn)換而生成。本文根據(jù)度量的需求，設(shè)計出了相應(yīng)的XSLT文件，然后以XSLT文件和元數(shù)據(jù)注冊庫的XML文檔作為XSLT引擎的輸入，即可得到項(xiàng)目度量的值。如果用戶提交了新的元數(shù)據(jù)，這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)就會隨之改變。

3.2 模型驅(qū)動的作戰(zhàn)系統(tǒng)接口仿真開發(fā)

作戰(zhàn)系統(tǒng)效能評估需要強(qiáng)大的分布仿真能力，未來仿真開發(fā)的規(guī)模和工作量會越來越大。模型驅(qū)動的仿真開發(fā)技術(shù)能有力地支持仿真系統(tǒng)的快速開發(fā)，提高系統(tǒng)設(shè)計效率。

作戰(zhàn)系統(tǒng)的仿真是一個循序漸進(jìn)的過程，隨著仿真規(guī)模的擴(kuò)大，所涉及的子系統(tǒng)增多，接口關(guān)系越來越復(fù)雜。實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的基本問題是有效的消息交互，而基于XML數(shù)據(jù)模型的作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真開發(fā)技術(shù)能有效解決這個問題。本文從分析典型的物理消息格式和傳輸方式入手，設(shè)計了作戰(zhàn)系統(tǒng)通用消息解析器以及通用消息仿真界面。

3.2.1 物理消息格式

前面主要關(guān)注的是采用XSD文件描述的邏輯數(shù)據(jù)模型。在具體的編程環(huán)境中，當(dāng)分系統(tǒng)需要發(fā)送或接收消息報文時，就必須要考慮消息的物理表達(dá)方式，也就是物理消息格式。一般來說，物理消息格式可以分為3種：XML、CWF和TDS。CWF（Custom W ire Format）是一種對定長消息的格式定義，消息本身不包含任何格式信息，接口雙方必須事先規(guī)定每個字段的起始位置和長度，例如，TCP/IP報文或者自定義的二進(jìn)制消息報文。TDS（Tagged/Delimited String）是由標(biāo)記或分隔符將消息元素分開的文本字符串，必須定義字段名和分隔符的識別規(guī)則，例如，常見的CVS（逗號分隔的字符串）格式。XML格式則是自定義的，既定義了消息元素的分隔，也定義了消息元素的字段名稱。

3.2.2 物理消息的傳輸

作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成設(shè)計一方面要考慮物理消息的格式，另一方面還要考慮物理消息的傳輸協(xié)議，如DDS或HTTP/SOAP。用戶數(shù)據(jù)是作戰(zhàn)系統(tǒng)接口協(xié)議定義的若干信息單元，在消息報文的傳輸過程中，會依次添加應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議頭，接收端則需要反向?qū)訉觿冸x協(xié)議頭，最終得到用戶數(shù)據(jù)。

3.2.3 通用消息解析器

應(yīng)用程序之間使用特定的消息格式進(jìn)行信息交換，就需要針對其物理消息格式實(shí)現(xiàn)專門的消息解析程序，如果消息格式有變化，消息解析程序也必須隨之修改，因而會帶來較大的開發(fā)負(fù)擔(dān)。

設(shè)計通用消息解析器的目的是降低與接口信息有關(guān)的軟件開發(fā)維護(hù)成本，其基本思想是，不同的物理消息格式首先轉(zhuǎn)換為一種通用的消息格式，然后，通用消息解析器再根據(jù)邏輯數(shù)據(jù)模型對消息進(jìn)行解析，即可得到用戶數(shù)據(jù)。圖2所示為通用消息解析器的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

圖2 通用消息解析器的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of the commonmessage parser

通用消息格式采用的是XML形式，要做到消息的表達(dá)與開發(fā)平臺和編程語言無關(guān)。XML格式的消息包含了數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，雖然比較冗余，但表達(dá)十分清晰，更重要的是XML通用消息格式可以根據(jù)相應(yīng)的XSD邏輯數(shù)據(jù)模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證。由于有關(guān)消息結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的所有約束都定義在了XSD文件中，因此，解析器的代碼可大大簡化，沒有必要再去對信息單元的每個數(shù)據(jù)字段進(jìn)行有效性檢查，直接取得其值即可進(jìn)行處理和顯示。

通用解析器軟件的實(shí)現(xiàn)方案有兩種：第1種是一邊解析XML通用消息格式，一邊解析XSD文件，對照著邏輯數(shù)據(jù)模型，將消息中的數(shù)據(jù)取出來。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是動態(tài)、靈活，消息格式的變化只需要修改XSD文件，解析器本身可保持不變，缺點(diǎn)是解析器的代碼復(fù)雜，動態(tài)解析數(shù)據(jù)模型的負(fù)擔(dān)較重，會影響消息的解析效率。

第2種方案是根據(jù)XSD邏輯數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換生成解析器的代碼，在執(zhí)行的時候直接解析XML消息從而得到數(shù)據(jù)。這種方案雖然效率較高，但XSD文件改變之后需要重新生成解析器的代碼。

目前，這兩種方案均已初步實(shí)現(xiàn)并已應(yīng)用于某作戰(zhàn)系統(tǒng)模擬器的開發(fā)中。

4 結(jié) 語

對艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)來說，集成優(yōu)化設(shè)計特別重要。為了提高作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成能力，未來的作戰(zhàn)系統(tǒng)將采用商用成熟技術(shù)構(gòu)建一個開放的集成環(huán)境，同時改進(jìn)作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計方法，降低研制風(fēng)險和成本，提高系統(tǒng)集成的效率和水平。

數(shù)據(jù)集成設(shè)計最重要的是接口，在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)盡量減少專用接口和數(shù)據(jù)格式。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息交換是互操作性的關(guān)鍵，應(yīng)用基于XML的信息表達(dá)方式和數(shù)據(jù)格式有助于減少成對的兩兩系統(tǒng)之間的接口。同時，采用以數(shù)據(jù)為中心的集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息交換方式從點(diǎn)對點(diǎn)向總線的轉(zhuǎn)變，可使作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成和互操作能力提高至新的水平。

為了使建模與仿真在作戰(zhàn)系統(tǒng)的研制中更好地發(fā)揮作用，有必要逐步建立完善基于仿真的設(shè)計體系。通過模型的重用產(chǎn)生備選設(shè)計方案，快速實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)，并在進(jìn)行仿真試驗(yàn)評估之后修改模型，生成新的方案，如此迭代反復(fù)。

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