基于xUML與DODAF的指揮信息系統(tǒng)可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模研究

楊雙澤 趙有華 朱丹 陳啟航

摘? 要：針對體系結(jié)構(gòu)視圖產(chǎn)品在驗證系統(tǒng)動態(tài)行為及狀態(tài)轉(zhuǎn)換等方面存在的不足，難以有效保證所建模型與具體軍事需求的一致性，提出了基于xUML與DODAF的可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模及驗證方法，分析了該方法的可行性與適用性，及其在驗證系統(tǒng)動態(tài)行為方面的優(yōu)勢，給出了利用該方法進(jìn)行建模的具體步驟。最后結(jié)合區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)開發(fā)實例，通過建模對該系統(tǒng)的部分動態(tài)行為進(jìn)行了驗證和分析，進(jìn)一步證明了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)；體系結(jié)構(gòu)驗證；可執(zhí)行統(tǒng)一建模語言；動作規(guī)約語言

中圖分類號：TP399? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-4706（2023）05-0024-06

Research on Executable Architecture Modeling of Command Information System Based on xUML and DODAF

YANG Shuangze， ZHAO Youhua， ZHU Dan， CHEN Qihang

（Army Engineering University of PLA， Chongqing? 400035， China）

Abstract： In view of the existing shortcomings of architecture view products in verifying system dynamic behavior and state transition， it is difficult to effectively ensure the consistency between the built model and specific military requirements， and an executable architecture modeling and verification method based on xUML （executable Unified Modeling Language） and DODAF （Department of Defense Architecture Framework） is proposed. The feasibility and applicability of this method and its advantages in verifying the dynamic behavior of the system are analyzed. The specific steps of modeling using this method are given. Finally， it combines the example of the development of regional air defense command information system， and verifies and analyzes some dynamic behaviors of the system by modeling， which further proves the effectiveness of the method.

Keywords： executable architecture; architecture validation; executable unified modeling language; action specification language

0? 引? 言

體系架構(gòu)[1]是系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)、它們之間的關(guān)系以及制約其設(shè)計與隨時間演進(jìn)的原則和指南。體系結(jié)構(gòu)框架是體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)指南和規(guī)范，規(guī)定了體系結(jié)構(gòu)的描述方法，表現(xiàn)方式和開發(fā)步驟等。在軍事領(lǐng)域，美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架（Department of Defense Architecture Framework， DODAF）[2]采用多視角的描述方法從不同角度展現(xiàn)系統(tǒng)全貌，能夠很好地反映指揮員、系統(tǒng)使用人員、技術(shù)人員等不同角色的需求，打破了部門、項目、領(lǐng)域等層次界限，實現(xiàn)有序的信息共享，是當(dāng)前最具代表性的體系結(jié)構(gòu)框架，目前已發(fā)展至v2.05版本。多國和組織在借鑒DODAF的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實際，也分別研究制定了符合自身特點的體系結(jié)構(gòu)框架，如英國國防部體系架構(gòu)（MODAF）、北約體系架構(gòu)（NAF）、統(tǒng)一體系架構(gòu)（UAF）等。

體系結(jié)構(gòu)驗證是體系結(jié)構(gòu)開發(fā)階段的重要工作，是體系結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要保障。其任務(wù)主要是檢查體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性，確保所設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)能夠滿足系統(tǒng)各項功能性與非功能性需求[3]。當(dāng)前各體系結(jié)構(gòu)框架大多采用多視圖的描述方法，各視圖之間存在多種關(guān)聯(lián)關(guān)系，能夠更加全面的展現(xiàn)系統(tǒng)的整體面貌，但也增加了開發(fā)和驗證的難度。且開發(fā)的視圖產(chǎn)品都是靜態(tài)的，雖然有描述系統(tǒng)動態(tài)行為的視圖產(chǎn)品，但對于指揮信息系統(tǒng)這類分布異構(gòu)、功能多樣且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巨系統(tǒng)來說，其體系結(jié)構(gòu)描述中必然包含大量內(nèi)容和信息，對其動態(tài)行為的驗證必然是復(fù)雜且困難的。因此，將體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品通過一定的規(guī)則轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行模型，通過模擬仿真驗證系統(tǒng)動態(tài)行為是當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)驗證的熱點和趨勢。如，文獻(xiàn)[4-9]分別基于著色Petri網(wǎng)（CPN）、對象Petri網(wǎng)（OPN）及ExtendSim仿真工具的方式對體系結(jié)構(gòu)動態(tài)行為如邏輯運行規(guī)則、狀態(tài)變遷、資源競爭及沖突死鎖等方面的建模與驗證進(jìn)行了一定的研究，取得了較好的效果。其基本思路都是將部分描述系統(tǒng)動態(tài)行為的視圖產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行模型，通過仿真模型的運行來完成體系結(jié)構(gòu)驗證的。但這種方式在轉(zhuǎn)換的過程中會產(chǎn)生中間件，存在轉(zhuǎn)換風(fēng)險，不能絕對保證轉(zhuǎn)換后的模型與原模型完全一致，且這種轉(zhuǎn)換風(fēng)險會隨系統(tǒng)復(fù)雜度的提高而增加。此外，轉(zhuǎn)換后的模型可讀性較差，需要相關(guān)人員具備深厚的數(shù)學(xué)功底，不利于非專業(yè)人員理解和掌握。

因此，本文借鑒模型驅(qū)動架構(gòu)（Model Driving Architecture，MDA）思想，以區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)為實例，利用xUML（Executable Unified Modeling Language）進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)相關(guān)視圖產(chǎn)品的構(gòu)建，通過動作規(guī)約語言（Action Specification Language， ASL）精準(zhǔn)定義系統(tǒng)動態(tài)行為，進(jìn)而自動生成可執(zhí)行代碼，通過激勵測試，驗證系統(tǒng)對特定信號事件的響應(yīng)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、信息流程等系統(tǒng)動態(tài)行為。擬降低模型轉(zhuǎn)化的風(fēng)險，提高可執(zhí)行模型的可讀性，實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)與驗證的一體化。

1? MDA、xUML與ASL

1.1? ?模型驅(qū)動架構(gòu)

模型驅(qū)動架構(gòu)（MDA）是由對象管理組織（OMG）提出的應(yīng)用軟件開發(fā)方法，其思想是將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能需求與具體的實現(xiàn)細(xì)節(jié)相分離，通過對不同的問題域進(jìn)行精確的建模，并以這些模型為核心，驅(qū)動包括分析、設(shè)計及實現(xiàn)等在內(nèi)的整個軟件開發(fā)過程。

MDA中包括兩種基本形式的模型：平臺無關(guān)模型（Platform-Independent Model， PIM）與平臺相關(guān)模型（Platform-Specific Model， PSM）。PIM獨立于任何實現(xiàn)平臺，它詳述了系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)需求，每個PIM描述了系統(tǒng)的一個方面，在MDA中用“域”來表述，所有的PIM主題域組合在一起就是對系統(tǒng)的完整描述。在基于MDA的開發(fā)過程中，第一階段是將系統(tǒng)劃分為多個PIM主題事務(wù)域；第二階段則是通過對PIM添加針對特定平臺技術(shù)體制的映射規(guī)則和輔助工具，轉(zhuǎn)換成與特定實現(xiàn)技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用模型，即PSM，再將經(jīng)過充實的PSM轉(zhuǎn)換成代碼。這樣，當(dāng)系統(tǒng)非功能性需求發(fā)生變化時，只需要重寫映射規(guī)則就可以應(yīng)對這些變化，而不需要逐一修改同一個系統(tǒng)模型在不同抽象層次上的冗余表示。

可以看到，基于MDA的開方法不僅與DODAF多視圖的描述方法不謀而合，且使得開發(fā)人員能夠更加專注于系統(tǒng)需求，而不需要為特定的實現(xiàn)技術(shù)和平臺而分散注意力，有利于開發(fā)人員準(zhǔn)確地掌握系統(tǒng)需要做什么，從而分析設(shè)計出更加精確的模型，提高開發(fā)效率，還能將技術(shù)的變更對系統(tǒng)的影響降至最低。

1.2? ?xUML

xUML是OMG指定的MDA建模方法之一。xUML是UML的一個子集，它去除了UML當(dāng)中的弱語義部分，并添加了精確定義的動作語義，xUML通過這些精確的動作語義來描述系統(tǒng)中對象之間的交互和行為，使之變?yōu)榱丝蓤?zhí)行的模型。圖1非正式地表示了xUML的概念。

xUML的模型包括包圖、用例圖、時序圖、類圖、類交互圖和類狀態(tài)圖。在仿真環(huán)境中，類狀態(tài)圖是可執(zhí)行模型的核心，它通過狀態(tài)和轉(zhuǎn)移實現(xiàn)模型的執(zhí)行。其他模型為其提供操作、信號、數(shù)據(jù)等支撐。

1.3? ?動作規(guī)約語言ASL

動作規(guī)約語言（Action Specification Language， ASL）是一種獨立于實現(xiàn)的動作語言，它與任何平臺無關(guān)，用于定義面向?qū)ο笙到y(tǒng)的所有動態(tài)行為，為系統(tǒng)的動態(tài)行為提供精準(zhǔn)、簡明、可讀的定義。ASL可以通過多種不同的技術(shù)映射到特定的軟件體系結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)語言當(dāng)中，可自動轉(zhuǎn)譯成包括ObjC、Java、C、C++、SQL、Ada等在內(nèi)的多種計算機(jī)語言。

ASL支持以下行為語義的定義：

類操作與對象操作——對應(yīng)狀態(tài)無關(guān)的行為。

狀態(tài)動作——對應(yīng)狀態(tài)相關(guān)行為。

域操作——對應(yīng)域提供的服務(wù)。

橋操作——橋操作用于將多個域連接到一起。

初始化片段——用于完成系統(tǒng)初始對象的定義，確定系統(tǒng)初始狀態(tài)。

測試?yán)獭诜抡姝h(huán)境下用于激勵模型的驅(qū)動程序段。

利用ASL詳述的xUML是無歧義、可執(zhí)行的。在仿真環(huán)境中，通過提前定義的測試?yán)虂頊y試系統(tǒng)對于不同信號事件的狀態(tài)轉(zhuǎn)換來檢測系統(tǒng)行為的正確性、內(nèi)容的完備性以及邏輯的合理性等，進(jìn)而達(dá)到體系結(jié)構(gòu)驗證的目的。

2? 可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與驗證

2.1? 體系結(jié)構(gòu)驗證的內(nèi)容

構(gòu)建可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)的目的在于驗證體系結(jié)構(gòu)的正確性，實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)與驗證的一體化。目前，各類文獻(xiàn)對于體系結(jié)構(gòu)驗證的內(nèi)容沒有權(quán)威的定義，大多數(shù)學(xué)者是參照國防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點實驗室提出的體系結(jié)構(gòu)驗證內(nèi)容[10，11]來展開相關(guān)研究。其將體系結(jié)構(gòu)驗證分為語法、語義和語用3個層次。語法層的驗證是靜態(tài)的，主要是驗證體系結(jié)構(gòu)描述“對不對”，例如，開發(fā)的各類體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品是否符合框架的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，描述的內(nèi)容有無缺失等；語義層的驗證是動態(tài)的，主要是驗證體系結(jié)構(gòu)“行不行”，例如，系統(tǒng)是否按照想定的順序處理相關(guān)事件，系統(tǒng)功能流程是否合理等；語用層的驗證也是動態(tài)的，主要驗證體系結(jié)構(gòu)“好不好”，包括系統(tǒng)滿足需求的程度如何，各類功能性與非功能性需求能否達(dá)標(biāo)等。驗證的具體內(nèi)容大致可歸納為以下幾項，如表1所示。

基于xUML與ASL的可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)對上述各層次的驗證內(nèi)容有較好地支持作用，一是對語法層的支持，xUML指定的建模工具iUML Modeler能夠智能地維護(hù)模型的完整性，不完整的模型是無法在仿真環(huán)境下運行的。此外，它能自動提示使用上下文的選取列表，以確保使用者不會輸入與現(xiàn)有模型不一致的信息，這就很大程度上確保了數(shù)據(jù)的完整性與一致性；二是對語義層的支持，xUML仿真環(huán)境iUML Simulator提供了實例數(shù)據(jù)庫、信號隊列和跟蹤歷史等功能，且可以在所有對象的任何狀態(tài)、信號和類上設(shè)置斷點，這保證了開發(fā)人員能夠根據(jù)需求驗證作戰(zhàn)/系統(tǒng)流程的正確性與合理性；三是語用層的支持，開發(fā)人員可以將系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)寫入模型當(dāng)中，達(dá)到對系統(tǒng)部分性能的驗證評估。

2.2? 可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法

當(dāng)前，美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架最新版本DODAF 2.0只給出了用于描述體系結(jié)構(gòu)的多視圖產(chǎn)品模型、開發(fā)思想和總體步驟等，但沒有指定具體的開發(fā)方法和工具。目前主要的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)方法是面向過程的開發(fā)方法與面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法。其中，面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法作為軟件開發(fā)的成熟方法，其通過從現(xiàn)實世界客觀存在的事物出發(fā)來認(rèn)識問題域和構(gòu)造系統(tǒng)的方法更加接近人的思維。UML是面向?qū)ο箝_發(fā)方法的主流方法，它定義良好、表達(dá)清晰、功能強(qiáng)大且普遍適用，受到多數(shù)學(xué)者的青睞。與此同時，DODAF本體文件在視圖產(chǎn)品的推薦建模方法中也提及了UML方法對部分視圖產(chǎn)品的支持。文獻(xiàn)[12-14]等，在構(gòu)建DODAF視圖產(chǎn)品中均用到了UML的模型。

xUML作為UML的子集，他不僅繼承了UML的大多數(shù)功能，還通過引入動作規(guī)約語言（ASL）彌補(bǔ)了UML語言在表述上的模糊性和不可執(zhí)行性，使之成為了更加“精準(zhǔn)”的且可執(zhí)行的模型。可以看出，xUML的模型同樣能夠為DODAF的較多視圖產(chǎn)品提供支持，而且在ASL的精確描述下，模型是可執(zhí)行的，能夠更好地驗證系統(tǒng)的動態(tài)行為。因此，基于xUML開發(fā)DODAF體系結(jié)構(gòu)視圖產(chǎn)品是可行的。

xUML可執(zhí)行模型的核心是類的狀態(tài)圖，DODAF 2.0中關(guān)于狀態(tài)轉(zhuǎn)換的視圖模型（OV-6b、SV-10b、SvcV-10b）均可用類的狀態(tài)圖來表示。而規(guī)則模型（OV-6a、SV-10a、SvcV-10a）則可以通過轉(zhuǎn)換為‘if-then的形式，結(jié)合ASL語法規(guī)則，寫入到狀態(tài)圖當(dāng)中，可實現(xiàn)了兩者的統(tǒng)一。DODAF2.0中作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖和服務(wù)視圖的部分視圖產(chǎn)品與xUML模型的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

2.3? 可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模的步驟

結(jié)合DODAF2.0體系結(jié)構(gòu)開發(fā)思想與視圖模型特點、xUML模型及其仿真環(huán)境（iUMLite2.20）的功能特點，基于xUML與DODAF的可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模步驟大致可分為以下幾步：

（1）利用用例圖詳述系統(tǒng)需求。體系結(jié)構(gòu)開發(fā)從系統(tǒng)需求分析入手，必須細(xì)化頂層作戰(zhàn)概念，明確系統(tǒng)需要做什么。用例圖是系統(tǒng)搭建的藍(lán)圖，它為“系統(tǒng)需要做什么”提供了簡化的圖形表示，提綱挈領(lǐng)地讓用戶了解和掌握系統(tǒng)的概況。因此，它能有效地捕獲作戰(zhàn)概念，為捕獲用戶需求提供支持。例如，對于區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)來說，通過分解其高層作戰(zhàn)概念，可以得到以下作戰(zhàn)活動：預(yù)警探測、精準(zhǔn)識別與跟蹤、打擊攔截和效果評估等。可利用例圖構(gòu)建其高級作戰(zhàn)概念圖OV-1。

（2）利用順序圖詳述每個用例對應(yīng)的系統(tǒng)線程。用例圖描述了系統(tǒng)需要做什么，順序圖則對其進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化，它描述了一個用例的主要參與者與完整流程，參照表2內(nèi)容，利用順序圖可構(gòu)建相應(yīng)的事件跟蹤描述。

（3）分解主題事物域。首先，利用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行系統(tǒng)級別的對象閃電戰(zhàn)，抽象出整個系統(tǒng)的全體類圖；然后根據(jù)類的性質(zhì)進(jìn)行主題事務(wù)域的劃分，將整個系統(tǒng)劃分為若干個相對獨立的域模型，域之間通過“橋”進(jìn)行鏈接。參照DODAF視角模型，可初步將其劃分為作戰(zhàn)域、服務(wù)域、系統(tǒng)域、能力域等。域中的類圖展示了實體的連接關(guān)系，以此可以構(gòu)建OV-2、SV-2、SvcV-2。

（4）填充系統(tǒng)動態(tài)模型。前文提到，xUML模型仿真運行的必要條件是模型必須是完整的，因此需要利用動作規(guī)約語言（ASL）對類中的操作、狀態(tài)的入口動作等進(jìn)行詳細(xì)定義，使?fàn)顟B(tài)圖全面完善。

（5）利用ASL編寫初始化片段和測試方法。模型運行前，還需要利用ASL對初始化片段進(jìn)行描述以確定系統(tǒng)的初始場景。并根據(jù)實際需求，編寫相應(yīng)的測試方法。

（6）生成代碼。利用iUMLite 2.20內(nèi)置可自動編譯并生成代碼。在此過程中，如果模型各部分定義正確，則能直接生成代碼。否則會提示相應(yīng)錯誤。

（7）仿真運行與模型驗證。代碼生成完畢后即可運行模型，iUML Simulator提供的信號追蹤功能和狀態(tài)圖可以很好地驗證系統(tǒng)是否按照想定的流程完成相應(yīng)的動作，用戶還可根據(jù)需求，設(shè)置斷點檢查特定部位或單步執(zhí)行逐步檢查整個系統(tǒng)。以此來檢驗當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)與目標(biāo)系統(tǒng)的差異，如果滿足要求，則驗證通過，否則對當(dāng)前模型進(jìn)行修改，直到滿足要求為止。

3? 實例分析——區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)

該節(jié)以簡化的區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)開發(fā)為例，主要闡述基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)與驗證過程。由于篇幅有限，這里只對核心模型和過程進(jìn)行展示，開發(fā)工具為iUMLite 2.20。

3.1? 案例背景介紹

該設(shè)計案例背景為：區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)對目標(biāo)區(qū)域來犯的各類空中目標(biāo)進(jìn)行攔截，以確保我方區(qū)域領(lǐng)空安權(quán)。該指揮信息系統(tǒng)由各型雷達(dá)、指揮所和武器平臺組成。雷達(dá)包括低早期警戒雷達(dá)、高空警戒雷達(dá)與低空警戒雷達(dá)等，根據(jù)指揮所的控制指令對指定空域的彈道導(dǎo)彈、高空飛機(jī)、無人機(jī)、直升機(jī)等目標(biāo)進(jìn)行全時探測監(jiān)視，并實時傳輸探測數(shù)據(jù)。指揮所對雷達(dá)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，形成情報信息和態(tài)勢，依據(jù)目標(biāo)類型、威脅程度等選擇武器平臺對目標(biāo)實施打擊。根據(jù)打擊效果評估決定下一步行動。圖2所示為利用例圖表示的高級作戰(zhàn)概念圖OV-1。

3.2? 核心模型展示

圖3所示為系統(tǒng)作戰(zhàn)資源流描述OV-2，也稱作作戰(zhàn)節(jié)點連接圖。它描述的是作戰(zhàn)節(jié)點之間的連接關(guān)系及節(jié)點間資源流需求。如圖3所示，每一個作戰(zhàn)節(jié)點用一個類表示，類的第一欄為實體節(jié)點的名稱，‘n為實體的編號，‘kl為其主鍵編碼，用于唯一標(biāo)識實體；第二欄為實體的屬性，第三欄為實體提供的操作。

圖4至圖7為利用xUML狀態(tài)圖描述的部分作戰(zhàn)實體節(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，它們是可執(zhí)行模型的核心。以圖3指揮所作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為例，指揮所的初始狀態(tài)為戰(zhàn)備值班狀態(tài)（Be on duty），在收到目標(biāo)信息（Targ_Inform）后，轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)融合處理狀態(tài)（Data fusion processing）并執(zhí)行狀態(tài)入口動作（這里調(diào)用數(shù)據(jù)處理操作函數(shù)CP1：Datafusion[]），得到處理后的信息（Detail_Inform），轉(zhuǎn)入情報分析狀態(tài)（Intelligence analysis）并執(zhí)行狀態(tài)入口動作（調(diào)用操作函數(shù)CP2：IntellegenceAnalysis）。由于篇幅原因，后續(xù)狀態(tài)不再贅述。這里的狀態(tài)入口動作和實體提供的操作均是利用ASL進(jìn)行描述的，所有的操作和狀態(tài)都必須在執(zhí)行前利用ASL完全定義。

3.3? 系統(tǒng)初始化與測試信號

在完整建立xUML模型之后，還需利用ASL對系統(tǒng)初始條件和測試方法進(jìn)行編寫。具體描述如下：

這里展示初始化一個早期預(yù)警雷達(dá)：

IDofEWRadar=2

ScaleofEWRadar=1500

PollingRate=500

PollingRateUnits of Time_Units=‘SECOND

[theEWRadar]=EWR1：PowerOn[IDofEWRadar，＼

ScaleofEWRadar，＼

PollingRate，＼

PollingRateUnits，＼

IDofTarget]

將其與指揮所連接：

link theEWRadar R4 theCommandPost

測試方法：

（1）向早期預(yù)警雷達(dá)發(fā)送控制命令：

theEWRadar=find-one Early_Warning_Radar where R_ID=2

generate EWR1：BootCommand（） to theEWRadar

（2）向早期預(yù)警雷達(dá)發(fā)送作戰(zhàn)命令：

theEWRadar=find-one Early_Warning_Radar where R_ID=2

generate EWR4：DetectionCommand（） to theEWRadar

在利用ASL完成系統(tǒng)初始化設(shè)置片段和測試方法的編寫后，即可利用iUMLite 2.20內(nèi)置的代碼生成器CEGN自動生成相應(yīng)的可執(zhí)行代碼。在此階段，如果通過仿真環(huán)境的編譯，代碼生成成功，則完成了模型的初步驗證。這是因為，在xUML中，如果前后數(shù)據(jù)不一致、不完整，語法使用不規(guī)范，代碼將會生成失敗。因此，基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)和驗證方法可以及時發(fā)現(xiàn)開發(fā)過程中的錯誤并糾正，避免了后續(xù)因錯誤堆積而導(dǎo)致的開發(fā)困難的局面。

3.4? 模型驗證與分析

代碼生成成功后，模型即可運行，iUML Simulator提供了一個命令行窗口和一個圖形窗口使用戶能夠與可執(zhí)行模型進(jìn)行交互，如圖8所示，展示了區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)執(zhí)行中的某個片段。

在模型執(zhí)行的過程中，對象實例表顯示了實例的具體參數(shù)，可以通過查看對象實例表來檢查每個對象實例當(dāng)前所處的狀態(tài)，各類參數(shù)是否設(shè)置正確，以及各類連接關(guān)系是否按預(yù)期行為建立，圖9展示了部分系統(tǒng)實例的狀態(tài)表。

還可以通過查看系統(tǒng)的狀態(tài)圖來驗證模型狀態(tài)的完備性，如圖10所示，圖中的行表示實體可能接受到的信號的集合，列表示系統(tǒng)的狀態(tài)。每一個單元格對應(yīng)一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如，當(dāng)系統(tǒng)處于Be on duty狀態(tài)時，如果此時收到Targ_Inform信號后，則會轉(zhuǎn)入Data fusion process狀態(tài)。圖中多數(shù)單元格的值為“unknown”，這表示狀態(tài)機(jī)是不完全的，需要將其進(jìn)一步完善，該案例主要用于闡述基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)與驗證過程，因此對案例模型的完備性不作要求。

此外，iUML的信號跟蹤功能可以查看模型執(zhí)行過程中信號產(chǎn)生和消耗的歷史，行為的執(zhí)行情況以及這些信號所引起的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。圖11中Src Domain/Class指產(chǎn)生信號的域/類，Dest Domain/Class指消耗信號的域/類，Src State指信號源的狀態(tài)，Dest Old St.指目標(biāo)域/類接收到指定信號前的狀態(tài)編號，Dest New St.指目標(biāo)域/類接收到指定信號后轉(zhuǎn)入的狀態(tài)編號。

區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的正確執(zhí)行，驗證了其數(shù)據(jù)的一致性、完備性以及狀態(tài)的可達(dá)性等，檢驗了體系結(jié)構(gòu)時序與規(guī)則的正確性，有效地完成了系統(tǒng)的非功能性需求。此過程驗證了基于xUML的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)與驗證的可行性和有效性。

4? 結(jié)? 論

本文將模型驅(qū)動架構(gòu)的思想引入到體系結(jié)構(gòu)建模當(dāng)中，利用基于xUML的方法對可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模和驗證進(jìn)行了研究，闡述了xUML用于可執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)建模過程中展現(xiàn)出可讀性強(qiáng)、易于操作、開發(fā)與驗證保持一致等優(yōu)點，分析了xUML對DODAF相關(guān)視圖產(chǎn)品的支持，并給出了基于xUML與DODAF的體系結(jié)構(gòu)建模方法與步驟，結(jié)合區(qū)域防空指揮信息系統(tǒng)開發(fā)實例驗證了此方法的科學(xué)性。

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作者簡介：楊雙澤（1994—），男，漢族，貴州修文人，碩士在讀，研究方向：自組網(wǎng)應(yīng)用、效能評估；趙有華（1973—），男，漢族，重慶市人，碩士研究生導(dǎo)師，副教授，研究方向：無線通信技術(shù)與應(yīng)用；朱丹（1989—），女，漢族，江蘇南通人，碩士在讀，研究方向：無線通信技術(shù)與應(yīng)用；陳啟航（1993—），男，漢族，山東青島人，碩士在讀，研究方向：自組網(wǎng)應(yīng)用。

收稿日期：2022-06-29