体系结构框架与评估方法研究

1、体系结构框架与评估方法研究目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc430719427 目录 PAGEREF _Toc430719427 h 2 HYPERLINK l _Toc430719428 1体系结构框架 PAGEREF _Toc430719428 h 4 HYPERLINK l _Toc430719429 基本概念 PAGEREF _Toc430719429 h 4 HYPERLINK l _Toc430719430 体系结构定义 PAGEREF _Toc430719430 h 4 HYPERLINK l _Toc430719431 体系结构描述 PAGE

2、REF _Toc430719431 h 4 HYPERLINK l _Toc430719432 体系结构框架 PAGEREF _Toc430719432 h 4 HYPERLINK l _Toc430719433 体系结构建模的意义 PAGEREF _Toc430719433 h 5 HYPERLINK l _Toc430719434 体系结构框架研究现状 PAGEREF _Toc430719434 h 5 HYPERLINK l _Toc430719435 1.2.1 DoDAF PAGEREF _Toc430719435 h 6 HYPERLINK l _Toc430719436 1.2.

3、2 UPDM PAGEREF _Toc430719436 h 8 HYPERLINK l _Toc430719437 1.2.3 我国的体系结构框架 PAGEREF _Toc430719437 h 13 HYPERLINK l _Toc430719438 体系结构设计方法 PAGEREF _Toc430719438 h 16 HYPERLINK l _Toc430719439 1.3.1 DODAF框架指导下的体系结构建模方法学 PAGEREF _Toc430719439 h 16 HYPERLINK l _Toc430719440 1.3.2 体系结构设计方法学 PAGEREF _Toc43

4、0719440 h 17 HYPERLINK l _Toc430719441 体系结构开发工具 PAGEREF _Toc430719441 h 18 HYPERLINK l _Toc430719442 支持DoDAF的工具 PAGEREF _Toc430719442 h 18 HYPERLINK l _Toc430719443 支持UPDM的工具 PAGEREF _Toc430719443 h 20 HYPERLINK l _Toc430719444 体系结构框架的应用 PAGEREF _Toc430719444 h 21 HYPERLINK l _Toc430719445 2体系结构论证 P

5、AGEREF _Toc430719445 h 22 HYPERLINK l _Toc430719446 装备体系结构评估指标 PAGEREF _Toc430719446 h 22 HYPERLINK l _Toc430719447 评估方法 PAGEREF _Toc430719447 h 23 HYPERLINK l _Toc430719448 语法层 PAGEREF _Toc430719448 h 23 HYPERLINK l _Toc430719449 语义层 PAGEREF _Toc430719449 h 24 HYPERLINK l _Toc430719450 语用层 PAGEREF

6、_Toc430719450 h 24 HYPERLINK l _Toc430719451 3总结 PAGEREF _Toc430719451 h 26 HYPERLINK l _Toc430719452 优秀团队 PAGEREF _Toc430719452 h 26 HYPERLINK l _Toc430719453 3.2 国内成熟工具 PAGEREF _Toc430719453 h 26体系结构框架基本概念体系结构定义体系结构(Architecture)一词最早用于建筑业，表示建筑学、建筑式样、建筑物设计与建造的艺术和科学或方式和方法等。后来，计算机硬件、软件工程和系统工程等领域也借鉴建筑

7、学中的思想，提出了计算机体系结构、软件体系结构和系统体系结构等概念。体系结构是一种实用的、有条理的部件集合的结构形式，该结构通过对部件集合多视角精确描述结果的集成对用户愿景提供支持，因此，体系结构是按照确定的规则把各组成单元集成在一起而形成的有机整体。1990年，把体系结构定义为“系统或其组成部分的组织结构”。1995年，美国国防部集成体系结构专家组在定义的基础上将其定义为“各组成单元的结构、它们之间的关系以及制约它们设计和随时间演进的原则与指南”。2000年，IEEE STD 1471-2000对体系结构的定义又进行了修订，新定义为：定义 1.2：体系结构是描述一个系统的组成单元的基本结构、

8、它们彼此之间和与环境之间的关系以及指导系统设计与扩展的原则。不管体系结构定义如何细微变化，但其始终包含三个核心要素，即组成单元的结构、相互关系、制约它们的原则与指南。体系结构描述体系结构描述是对被定义域的当前或未来、域内的各组成单元、单元的作用和相互关系，以及运行规则和约束条件的表示。体系结构是抽象的，但是体系结构描述是具体的实物，是体系结构的形象表现。不论是否描述，体系结构都存在。体系结构框架体系结构框架，是一种规范化的体系结构建模过程，主要研究如何规范地表示体系结构建模的内容，研究构建体系结构框架的规则和指南，制定进行体系结构建模时需要使用的统一术语和参考材料等，确保对体系结构的理解、比较

9、和集成有一个统一的标准。体系结构框架研究是体系结构建模研究的一项基础工作，是进行体系结构开发的前提条件。在对体系结构框架描述和开发的过程中，涉及到和体系结构相关的概念，简单介绍如下：视角/视图：观察、分析与描述体系结构的历程、观点与角度。一个体系结构可以根据观察者的不同有多个视角，也可是一个观察者从多个角度观察，而形成多个视角。模型：体系结构模型主要用来组织和显示体系结构数据，模型用体系结构数据填充后称为产品。产品：每个视角包含多个产品，每个产品表示一个视角中最具有特色的最值得关注和描述的一个特征量。体系结构建模的意义有效的体系结构建模在体系建设和体系结构研究中起着重要作用。体系结构建模利用科

10、学规范的方法对体系进行高层抽象，重点关注体系中重要、关键的因素以及影响体系的主要因素，隐藏了体系底层大量的细节信息，提供了一种理解、管理体系的机制，简化了庞大复杂的体系的结构，并通过对体系结构建模过程的描述，使与体系相关的各类人员能够在体系建设过程中就体系的有关问题进行交流与沟通，确保形成对体系的统一认识，从而为后续研究奠定基础；体系结构建模科学地勾画了体系的建设蓝图，集中体现了体系目前和未来的需求，通过在体系结构建模过程中进行体系能力与效能的分析与评估，确定体系建设过程中的能力差距与冗余，能有效地指导体系结构的设计与开发，实现体系组成元素的综合集成，提高组成元素之间的互操作性；同时，通过体系

11、结构建模，将体系建设和体系结构设计中的重要内容以数据和模型的形式进行存储与展示，有助于数据和模型的重用，从而提高体系结构设计效率，缩短体系开发周期，节约开发成本。体系结构框架研究现状目前国内外对体系结构建模框架的研究主要分为两类：一类是企业信息系统的体系结构框架，比较流行的框架包括 Zachman 框架、联邦企业体系结构框架 FEAF、财政部企业体系结构框架 TEAF等；另一类是军事领域的体系结构框架，比较有影响的有美军的 C4ISR 体系结构框架和国防部体系结构框架DoDAF，以及英军的国防部体系结构框架 MoDAF等。军用体系结构框架以美国国防部的DoDAF和英国国防部的MODAF为代表。

12、1.2.1 DoDAF为了在C4ISR体系结构框架基础上进一步开发国防部所有领域使用的体系结构框架，美国国防部又成立了体系结构工作组专门负责此项工作。2004年2月正式颁布了美国国防部体系结构框架版（Department of defense architecture framework，DoDAF）。又经过3年左右的修改，到2007年4月，美国国防部颁布了国防部体系结构框架版，版是版的演进，反映和考虑了美国国防部在开发和使用体系结构描述中所获得的经验。美国国防部首席信息官与2009年5月正式颁布了国防部体系结构框架版，要求从颁布之日起立即执行。2010年8月颁布了国防部体系结构框架版，该版与

13、相比，没有根本性的变化，可以看成是版本的编辑和内容阐述的改进版。美国的体系结构框架发展历程图如图1.1所示。图 1. SEQ 图 * ARABIC 1美国的体系结构框架发展历程图体系结构产品DoDAF是为满足国防领域特定的业务和作战需求而开发的。DoDAF的首要目标之一就是为支持使命任务而参与能力开发、交付及维护的各利益相关方提供可理解的信息。为此，根据各利益相关方的视角，将问题空间分解成可管理、可描述的模块。新版DoDAF用推荐使用的各种描述模型组成了8种视角。DoDAF的8个视角及视角下的52个模型如图所示。全景视角：描述与所有视角有关的体系结构背景方面的顶层信息。能力视角：阐述能力要求、

14、交付时间以及部署的能力。数据和信息视角：阐述体系结构中有关能力和作战要求、系统工程过程、系统和服务方面等方面内容中的数据关系和排列结构。作战视角：描述包括支持作战能力的作战想定、过程、活动和需求。计划视角：描述作战要求和能力要求与正在实施的各项计划之间的关系。服务视角：提供用于阐述执行者、活动、服务和他们之间交换的多种解决方案的设计，提供或支持作战功能的若干解决方案的设计。标准视角：阐述适用于作战、业务、技术和工业的政策、标准、只能、约束和预测，这些都能用于能力要求和作战要求等。系统视角：是在遗留系统支持下的一种解决方案，阐述了提供或支持作战功能和能力功能的系统、系统组合、互联性和背景信息。图

15、1.2 DoDAF的视角及模型元模型元模型是一种数据结构，促进了对体系结构框架文档中数据用途的理解；定义了体系结构描述中采用的体系结构元素类型以及这些元素之间的关系。体系结构框架元模型定义了体系结构描述中采用的体系结构元素类型以及这些元素之间的关系。在C4ISR体系结构框架中，为了描述26个产品，需要一系列的术语，比如行动、协议、能力、任务、系统等等。为了统一这些术语的内涵、属性及他们间的相互关系，保证C4ISR体系的互操作性，所以研究核心体系结构数据模型，在这个数据模型的基础上，有经过多年的探索和改进，中提出了DoDAF Meta Model,DM2。DM2 元模型划分为3层，如图所示。最上

16、层是概念数据模型，描述概念和观念间的关系，第二层是逻辑数据模型，增加了技术信息，这层表示具体化和正式化的关系；最下面是物理交换规范，是第二层的xml编码，由第二层自动生成。图1.3 DM2的三个级别 UPDMDODAF被引入之后，军事体系结构框架被扩展为很多版本。比如英国的MODAF，北约的NAF，法国的AGATE，加拿大的DNDAF，意大利的MDAF，澳大利亚的ADOAF。出于改进采购、规划和实现军事系统的目的，每一个扩展都增加、重新定义或澄清了包含在军事体系结构框架里面的概念，视图（view），视点（viewpoint）等。然而支持多重乃至相异的框架对工业、军事组织和供应商来说是一个难题。

17、设想这样一个场景：在全球化时代，军事航空企业需要为全世界的多个政府提供系统。他们不得不经常性的去创建适应当地的体系结构框架，这样会造成额外的开销。不兼容的体系结构导致了政府间由于模型不能互通而造成的互操作性问题。即使建模工具支持相同的体系结构，由于采用了不同的底层实现，交互还是很困难。最终，不得不支持多种持续变化的体系结构格式对于建模工具供应商来说是一个噩梦。在2008年3月，UPDM研究组由国际系统工程协会（INCOSE）和对象管理组织（OMG）重组，使用UML和SysML重新为DODAF和MODAF创造了统一的profile（先前提交的标准被OMG否决）。最终UPDM研究组在多方的共同努力

18、下克服了很多问题，并且得到了对象管理组织（OMG）、美国国防部（DOD）和英国国防部（MOD）的一致认可。最终标准在2009年6月份被OMG接受，并在2009年9月圣安东尼奥的会议上被OMG官方发行。视图产品UPDM 在综合MODAF和DoDAF的基础上，提供7种视图及45个产品实现对体系结构的描述。UPDM提供的7种视图如图所示。UPDM提供的45个产品如表所示：图 1.3 UPDM的视图表 1. SEQ 表 * ARABIC 1 UPDM的产品视图产品全视角AV-1 企业定义AV-2 体系结构字典战略视角StV-1能力愿景StV-2 能力分类法StV-3 能力阶段StV-4 能力集StV-

19、5能力与机构发展映StV-6能力与作战活动映射作战视角OV-1a 作战环境图OV-1b 作战环境描述OV-1c 作战环境测量值OV-1d 作战环境用例OV-2 作战节点连通性描OV-3 作战交换总结OV-4 组织机构关系表OV-5 作战活动模型OV-6a 作战规则模型OV-6b 作战状态转移描述OV-6c 作战事件跟踪描述OV-7 逻辑数据模型采办视角AcV-1 系统采集集群系统AcV-2 程序时间轴AcV-3 典型的项目面向服务视角SOV-1 服务分类法SOV-2 服务接口说明SOV-3 能力与服务映射SOV-4a 服务行为和约束SOV-4b 服务行为和约束SOV-5 服务功能系统视角SV-

20、1 资源交互说明SV-2 系统通信描述SV-3 资源交互矩阵SV-4 功能描述SV-5 功能到作战活动SV-6 系统交流矩阵SV-7 资源性能参数SV-8 系统能力配置管理SV-9 技术和技能预测SV-10a 系统规则和约束SV-10b 资源状态转移描述SV-10c 资源事件跟踪描述SV-11 物理模式SV-12 系统服务条款UPDM为每个产品定义了基于UPDM Profile的描述模型，提供了规范化和标准化的模型描述方式，便于不同体系结构产品间数据一致性的维护以及数据的重用性。AV-1的UPDM Profile 模型如图所示。图这个例子表现了企业阶段模型（Enterprise Phases）

21、。企业阶段由结构和物理的企业阶段组成，在图中用菱形和连接线表示。整个企业生命周期(Whole Life Enterprise)自己是一个企业阶段（Enterprise Phase）。一个企业阶段实现0或多个任务（Missions），同时展示0或多个能力（Capabilities ）。这个企业阶段由一个体系结构描述集合所代表，包含一或多个视图，视图符合一个或多个的视点（viewpoint）。图 1.4 AV-1的UPDM Profile 模型元模型UML是一种通用的图形化建模语言，作为一种通用的图形化建模语言，UML用于体系结构领域的优点主要有：UML可提供一个公共的数据模型；可利用现有的支持U

22、ML的工具辅助完成体系结构的描述工作。UML已经被广泛的应用于软件的需求建模，但由于其缺乏对某些领域中的可变性支持，所以设计了其扩展机制UML profile。UML profile是将基本UML元模型应用于一个特定平台或领域中，是UML具有描述某个特定领域的丰富语义。一个UML的profile是一个版型、约束和标签定义的相关集合，为特定目的而定义。UPDM元模型的全称为UPDM Domain Meta Model(以下简称DMM) 。DoDAF中的元模型为DoDAF Meta Model (DM2)，MODAF中的元模型为MODAF Meta Model(M3)，UPDM的元模型就是结合Do

23、DAF和MODAF元模型而定义的新的元模型。DMM用来表达DODAF和MODAF产品描述中应用的术语，如能力、协议、活动、规则等。DMM用来规范这些术语的内涵、属性及他们之间的关联关系。DMM是UPDM的需求模型，是创建UPDM profile的基础，同时创建了一个在 DMM和UPDMprofile模型之间可追溯的链接。DODAF和MODAF的共同概念包含在核心包(Core package)中，同时DODAF包和MODAF包被创建，用于包含它们各自特有的元素。DMM里的术语/概念被映射到profile里的统一版型，并被分析和重新分解用来反映语言体系结构，便于工具的实现和重用性。下一步，prof

24、ile 图、版型描述和文档被加入进来。最终，由profile模型产生规格说明和元数据交换文档(XMI)。一致性由UML工具来自动维持，每一个版型链接到一个DMM元素，UML工具也使profile和DMM之间需求的可跟踪性成为了可能。领域元模型的全视图的例子如图1.5所示：这个例子表现了企业阶段模型（Enterprise Phases）。企业阶段由结构和物理的企业阶段组成，在图中用菱形和连接线表示。整个企业生命周期(Whole Life Enterprise)自己是一个企业阶段（Enterprise Phase）。一个企业阶段实现0或多个任务（Missions），同时展示0或多个能力（Capab

25、ilities），这个企业阶段由一个体系结构描述集合所代表，包含一或多个视图，视图符合一个或多个视点（viewpoint）。图 1.5全视图的领域元模型（3）UPDM的意义UPDM不是一个新的体系结构框架，UPDM是DoDAF和MODAF的综合，UPDM中的所有视图和产品均在DoDAF和MODAF中能找到与之对应的视图和产品。相反，在中就已经提供了一个一致的、标准的、基于UML工具的方法去描述和，同时也描述了他们之间的互换标准。UPDM，像DODAF和MODAF一样，与过程无关，并且它不是一个方法学。UPDM的发布的主要目的在于为DoDAF和MODAF的每个产品提供一个基于UML和SysML建

26、模语言的统一描述模型，即UPDM Profile。通过UPDM Profile，体系结构建模工具支持统一的模型标准，并可将体系结构产品的规范化图形表示转换为XMI格式的数据文档，有益于提高各国政府部门间、各体系结构建模工具间的互操作性，体系结构产品间数据的一致性和可重用性，使得用户越来越关注体系结构数据。1.2.3 我国的体系结构框架2004 年，针对军事综合电子信息系统体系结构的开发，初步建立了军事电子信息系统体系结构框架33，该框架包括全视图、作战视图、系统视图和技术视图等 4 类视图，26 种产品，产品内容和描述形式适当结合了我军的特点，但仍与美军的体系结构框架基本相似。2011年1月2

27、0日，以中华人民共和国国家军用标准的编写格式发布了我国首部军事电子信息系统体系结构设计指南（以下简称指南），描述了军事电子信息系统体系结构设计的基本原则和规程，定义了体系结构的各种视角和组成各视角的相关产品及特征，论述了在多种应用中如何选择体系结构产品的问题。该指南是我国首次正式发布实施的体系结构设计文件，其主要内容包括：术语、定义、缩略语和代号；体系结构设计综述；体系结构设计规程；体系结构产品描述。与国外的类似框架相比，还存在论述不够系统，深度不足，基本上是一个解决方案级的体系结构框架。体系结构可以从多个视角进行描述。不同的用户观察同一个系统可以采取不同的视角，同一个用户也可以从不同的角度观

28、察同一个系统。解决方案体系结构的设计普遍采用作战视角、系统视角和技术标准视角三个视角。全景视角虽然给出了体系机构设计背景方面的顶层信息，是上述三个视角设计的基础，但它不具有独特的视角意义。四种视角的关系如图所示。图 四种视角关系作战视角产出支持作战能力的概念、作战活动和信息需求。主要用于描述作战节点完成的使命任务和作战活动，以及为完成使命任务和作战活动所需交换的信息，并给出交换信息的类型、所支持的使命任务和作战活动以及相关特征等。作战视角适用于描述多个部门共同完成的作战活动，二作战活动通常是通过对作战条令或条例以及作战概念的分析得出。一般情况下，作战视角与系统或装备无关，但提出了对系统或装备设

29、计的限制条件和要求。系统视角阐述系统或系统集成及其特征，提供支持作战需求的解决方案。主要用于描述在作战视角确定的背景下，用户关注的系统要素及其相互关系。如支持作战活动的系统、系统功能、系统接口和系统性能指标等内容。系统视角中也设计到与系统实现相关的技术，这些技术将影响技术标准视角中对标准的选择。技术标准视角规定了与系统向适应的技术标准，包括系统采用的标准以及对相关新生标准的预测等。技术标准视角提供了约束系统实现的技术体制，是建立工程标准、开发通用模块和设备的依据，确保开发人员能够根据技术和实现性来制定开发计划，提高系统运行的概率和互操作性。全景视角描述与所有视角相关的顶层内容，给出了与体系结构

30、相关的范围和背景等总体信息，包括条令、战术规程、目标、作战概念、想定以及时间范围等，是设计其他视角的体系机构产品的基础。全景视角还提供了整个体系结构开发后的成果概览及附属于体系结构描述的词汇表。体系结构设计技术可用于需求论证分析、装备规划论证分析和系统论证分析等方面。需求论证分析，主要利用体系结构产品确定能力需求以及作战所需系统战术性能等，包括军事需求和作战能力分析、现有军事电子信息系统基本能力分析、新研项目及投资决策分析等方面。装备规划论证分析，主要利用体系结构产品支持装备规划论证，及多个规划论证方案进行分析评估，以选择最优方案，包括装备基本体系能力分析、装备规划建设、装备发展趋势分析和装备

31、管理等方面。系统论证分析（系统设计），主要利用体系结构产品确定与作战概念相关的系统结构，确保大型系统或集成系统互操作性的实现，包括系统需求和作战对象及任务分析研究、系统开发和功能集成分析、集成测试和评估分析、综合计划和技术嵌入/演进分析等应用方面。体系结构设计方法1.3.1 DODAF框架指导下的体系结构建模方法学DODAF框架从概念性的角度提出了由6步过程组成的开发方法学及基本原则，用于指导架构师和体系结构开发团队的开发活动。该方法学强调要把关注点放在数据和数据内部及之间的关系上，即“以数据为中心”。由6步法组成的体系结构开发方法学基本过程如图所示。图 1.7 体系结构开发方法学基本过程在6

32、个步骤中，前四步主要是确定待建体系结构的目的和范围，审定其关键特征，确定待建的产品。使用部门和用户在这四步中起着决定性作用。后两步是开发符合需求的体系结构产品，主要由开发团队根据已确定的需求完成。可以看出这里的6步建模法只是给出概念性的指导意见，并未对体系结构建模与设计过程给出实质性的可参考步骤，当然构架师可以在此思想下制定符合自身情况的开发方法。1.3.2 体系结构设计方法学(1) 面向过程的建模方法面向过程的建模方法强调功能抽象和模块化，将问题求解看作是一个过程，将体系结构的建模分为几个步骤，每个步骤完成相应建模描述产品的开发，最终获得全部体系结构产品。其中最具有代表性的是基于结构化分析的

33、 IDEF 方法。IDEF 方法是一种面向过程的结构化建模分析方法，是基于由 Douglas T. Ross 和 Softech 公司开发的结构化分析设计技术 SADT(Structured Analysis and Design Technique)发展起来的，在结构化设计中，主要利用 IDEF0 语言按照结构化方法自顶向下、逐步求精的原则，首先在初始图形中构建系统最一般、最抽象的特征，以确定系统的边界和功能概况，然后对初始图形中所包含的各部分进行逐步分解，形成对系统较为详细的建模，并得到较为细化的图形表示，这样经过多次分解，最终得到的图形细致到足以描述整个系统的功能。由于体系结构包含的模型

34、比较多，需要同时辅助以其它工具，如利用 IDEF1X 语言建立数据模型，利用状态图 Statechart 描述状态转移，利用数据流图 DFD 描述系统功能。在 C4ISR AF2.0 中定义的建模描述产品模板大多是采用结构化方法设计的。 (2) 面向对象的建模方法如基于统一建模语言(UML)的方法面向对象的建模方法源于软件工程领域，是一种自底向上的归纳和自顶向下的分解相结合的方法。该设计方法提出了“自上而下、宽度第一”和基于事件的交互作用两个基本原则。“自上而下、宽度第一”确保整个体系结构纵向和横向的均衡开发；基于事件的交互作用则把对象交互作用作为定义机制。面向对象建模的主要方法有基于统一建模

35、语言 UML(Unified Modeling Language)的方法，利用 UML 的结构图、行为图和交互图等进行体系结构产品开发。UML 是一种定义良好、易于表达、功能强大、较为成熟的面向对象的建模语言。基于 UML 的建模方法包括静态建模机制和动态建模机制两类。静态建模机制主要用于描述系统的结构，建立系统的静态模型，包括 Use Case 图、类图、对象图、组件图和配置图等五种图形；动态建模机制主要用于描述系统的行为，建立系统的动态模型，包括状态图、活动图、顺序图和合作图等四种图形，动态建模机制所建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态或交互关系。 (3) 形式化建模方法形式化

36、建模方法是基于数学的技术来描述系统的性质，利用严格的语法和语义形式，书写精确、无二义的规范化语言，依靠数据模型和计算来描述和验证一个系统的行为和特征，能够深刻地描述系统需求，并对系统建立模型，最后用数学手段验证系统设计与实现满足系统功能和安全性要求。形式化建模方法可以分为形式化规范方法和形式化验证方法两大类。形式化规范方法包括各种基于数学的表示法、规范语言以及对应的工具；形式化验证方法包括各种模型检查器、定理证明器以及证明和验证的方法。（4）基于活动的建模方法国外的研究者利用基于活动的方法论和体系结构规范模型等进行体系结构的建模开发。基于活动的方法论ABM (Activity-Based Me

37、thodology)是一种以数据为中心的、不受工具约束的方法，用于开发集成的、明确的和一致的 DoDAF 视图以支持未来体系结构及其差距分析，分析的同时提供对现有体系结构及其分析的支持。体系结构规范模型 ASM (Architecture Specification MoDel)是一种形式化的概念模型，提供语义上的通用集合用于表达风险承担者的视角，ASM 将体系结构要素按“5W1H”划分成 6 组，并为风险承担者提供语义上完全共享的词汇表。体系结构开发工具体系结构建模工具是指用于支持体系结构建模框架设计和体系结构建模方法应用的工具，它为开发、维护和管理体系结构提供软件支撑环境。随着军事领域体系

38、结构框架的不断发展，国内外支持国防体系结构框架的工具越来越多。支持DoDAF的工具Ptech公司的FrameWork是一种信息系统设计和建模的辅助工具。它的重点是支持企业体系结构建模，提供了许多企业和业务建模方法，也支持应用设计和开发的建模方法。FrameWork采用以数据为中心的思想，设计数据比较规范。为更好地支持 C4ISR 体系结构框架产品的设计，Ptech公司在FrameWork中增加了军事信息体系结构加速器 MIAA(Military Information Architecture Accelerator)，MIAA1.5 支持 C4ISR 绝大部分体系结构产品的开发，在 MIAA

39、 中，由元模型描述C4ISR 体系结构产品的结构。加速器中的元模型都是基于 C4ISR AF 的概念和行为规则、体系结构数据规范以及作战经验建立的。用户可以通过修改现有的 MIAA元模型来修改体系结构产品建模描述，从而实现对FrameWork的扩展。FrameWork和 Design/CPN 之间存在接口，用户就可以对体系结构设计结果进行仿真验证和灵敏度分析，从而对体系结构性能有一个合理的评价。IBM 公司的System Architect支持面向对象和结构化的分析与建模，采用基于元模型的建模方法，用户可以自定义元模型，以支持用户定制的开发。System Architect 强调以数据为中心，

40、产品建模中有比较规范的语法定义，并提供一些平衡检查机制，以保持产品之间数据的一致性，同时强调活动在体系结构设计中的作用。System Architect 完全支持DoDAF中作战视图、系统视图和技术视图的设计与开发，并支持对体系结构设计的可执行验证。Vitech公司的Core 将系统工程的原则、过程和工具应用到DoDAF，将系统需求、行为模型、体系结构和设计解决方案与系统规范和测试程序同步。Core 集成的可执行体系结构利用离散事件仿真器进行仿真能够发现潜在的性能问题，以便提供更好的风险和突变管理。Core 按照基于模型的系统工程从公共设计库中获得系统、作战行动和设计要素，极大地减少了体系结构

41、比较、选择和开发中不能识别的风险。在体系结构开发的所有阶段，Core 都能生成用于表现、评价和分析体系结构的文档。设计库中的设计信息与视图生成器中的形式化规则结合提供图形类视图集，其他表格和文本类的视图则用脚本生成。Core 也提供脚本集用于以 RTF 文本格式输出DoDAF的每一个视图。Intelligile公司开发的MAP （Model Analyze Publish）错误!未找到引用源。是一种企业体系结构工具，应用于企业级各方面的体系结构分析。用户可以利用 MAP 进行可视化建模、获取体系结构数据语义信息，实施效能差距分析以及体系结构影响分析。MAP 采用了元模型理论以及元建模机制，是

42、MAP 的核心和基础。MAP 中的元模型分为两类：一类是工具根据一些行业领域、体系结构框架所建立的标准元模型，如信息技术体系结构加速器(ITAA)、UML 加速器(UML2.1)、军事信息体系结构加速器(MIAA)、开放组织体系结构框架加速器和联邦企业体系结构框架加速器等；另一类是开发人员定制的元模型。Telelogic 公司的 TAU G2是一个用于系统与软件的设计、分析与开发的、独立的可视化工具的工具集，它包含软件工程师使用的 TAU/Developer；系统工程师使用的 TAU/Architect；测试工程师使用的 TAU/Tester。TAU G2 包含的工具支持 UML 建模，也支持

43、与 DoDAF 兼容的体系结构建模。TAU包含一组基于 UML2.0 的模型驱动工具，它们同时向下兼容。工具能通过使用模型验证器(the Model Verifier)仿真实时行为以验证用户需求执行。工具集还包含对 Java 代码操作的支持。UML 和 Java 语言非常相近，因此在两者之间能进行文本图形和文本符号的转换。同时工具还支持 C 或 C+代码生成以及为市场引导操作系统和实时操作系统的目标集成的代码生成。支持UPDM的工具目前支持UPDM的商业工具的供应商为IBM、Atego、No Magic和Sparx。同时这4家公司也是UPDM工作小组的成员。Sparx Systems 是一家澳

44、大利亚公司，Enterprise Architect(以下简称EA)是Sparx Systems的旗舰产品。EA是在规范的基础上建立起来的，是一个综合的 UML 分析与设计工具，支持从业务过程到软件系统的丰富建模。可集成在EA中的插件MDG Technology for UPDM错误!未找到引用源。，支持EA用户：创建用于国防事业的模型和架构，创建用于复杂体系的结构模型；定义一致、架构准确、清晰地区分对服务架构、系统操作、策略和功能的描述；使用适当抽象化的分析、指定、设计和验证系统模型；使用严格的，基于标准的方法来定义和交换架构信息，它们主要基于UML，XMI和相关标准。Atego 是一家英国

45、公司，一家开发基于模型的系统和软件工程应用程序的公司，率先创建和交付基于UML，SysML，UPDM，Ada，实时Java标准的解决方案。该公司于2014年被PTC公司收购。Ageto Modeler(现更名为 PTC Integrity Modeler)，支持基于SysML的系统工程建模；支持基于UML的软件工程建模；支持自动化产品模型生成；支持自动，可配置和可扩展模型的审查；支持UPDM profiles, 支持“从愿景到实现”的全过程。No Magic是一家美国公司，开发面向对象的设计和开发领域的解决方案，MagicDraw是公司的旗舰产品。MagicDraw是一款UML建模和面向对象系

46、统设计分析工具，适用于商业分析师、软件分析员、程序员、质量评估工程师、文档编制者以及企业管理者使用，支持团队开发的UML建模和CASE工具。MagicDraw的插件错误!未找到引用源。，支持最新的UPDM标准；支持基于活动的建模方法和模型；遵循互操作性标准；支持体系结构描述语言SysML和UML 。IBM是一家美国公司。IBM Rational Rhapsody Developer 软件是一个面向基于统一建模语言 (UML) 的嵌入式、实时或技术应用程序软件开发的可视化开发环境。它有助于提高整个嵌入式软件开发生命周期（从需求捕获到实施、测试和部署）的生产力。ational Rhapsody D

47、eveloper 与多项 IBM Rational 产品集成 - 如 IBM Rational DOORS、IBM Rational Systems Architect、IBM Rational Team Concert、IBM Rational ClearCase 等，用于完整的产品生命周期开发。IBM Rational Rhapsody for DoDAF, MODAF, and UPDM Add On 软件支持您创建美国国防部架构框架 (DoDAF)、英国国防部架构框架 (MODAF) 和 DoDAF/MODAF 统一概要信息 (UPDM) 文件。这4家公司对UPDM支持的共同点是，它们

48、都是在公司原有的以支持UML建模语言为主的建模工具的基础上，增加支持UPDM框架的产品插件实现对UPDM的支持。可以发现，4家公司都是在支持UML和SysML 的基础上实现对UPDM的支持，通过对最新版的UPDM profile的支持，实现对DoDAF和MODAF框架中产品的支持，并通过UML、SysML建模语言描述体系结构产品，并支持将建模语言描述的产品转为统一的XMI数据格式，实现工具间的互操作性。由于这类工具直接在UML建模工具基础上开发而成，此类工具的使用模式与UML工具类似。对于没有软件设计开发背景的专业军事体系结构建模人员来说,UML工具不易迅速掌握，造成工具的易用性受到很大影响。

49、支持UPDM的工具并不一定要构架在原生的UML工具上，对建模人员友好的体系结构开发工具应该屏蔽UML的技术细节，在不背离UPDM规范思想的前提下，模拟一个具有普遍性的绘图工具的操作模式，提供给用户更友好的使用体验。体系结构框架的应用美军对体系结构框架的应用比较早，在2000年时，美军应用C4ISR体系结构框架提出面向平台中心战的全球信息栅格体系结构版（global information grid,GIG），在2001年的时候，美军又提出了网络中心战全球信息栅格体系结构版。美军的体系结构技术已从最初的理论研究阶段转入实际应用阶段，国防部体系结构框架的适用范围从 C4ISR 领域扩大到国防部的各

50、个任务领域，其作用也相应地从解决C4ISR 系统互操作性、提高系统建设效率扩展到制定规划计划预算、需求管理、实施采办和系统运行维护等各个方面。2012年，美军提出了联合信息环境( Joint InformationEnvironment，JIE) 建设计划,将按照标准化和体系化的思路，建设一体化安全高效的信息体联合信息环境 IEA 运 用 (DoDAF 2. 0方法，构建了13个体系结构产品，描述了联合信息环境( Joint Information Environment，JIE) 的构想使命任务活动功能能力等，为从事作战指挥规划计划建设管理系统设计技术研发和系统维护等各类人员提供了统一规范的

51、描述。我国对军事领域体系结构问题的研究尚处于初级阶段，系统性、规范性和可操作的研究成果还比较少，我国在2006年到2008年对体系结构的研究主要集中在体系结构产品设计的方法上面，2009年的研究主要在于分析了体系结构产品的内容和相互逻辑关系，以小的系统为例，应用DoDAF体系结构框架进行模型设计，并通过仿真实验验证。后来对体系结构框架的应用都在于某个体系结构的设计，基本上是结合特地领域的特性需求，裁剪DOAF，然后完成某个系统的体系结构设计。体系结构论证装备体系结构评估指标在军事领域，武器装备体系具备体系的典型特征，武器装备体系不仅包括地面、空中、水上（下）等作战武器平台系统，各种导弹、弹药等

52、打击武器系统，以及预警探测、情报侦察等装备组成的电子信息系统。目前是对武器装备系统的评估研究比较成熟，但是对武器装备体系的评估还不成熟，武器装备体系的评估目前还处于发展阶段，缺乏完整的理论体系和系统化的研究成果目前国内外对体系结构框架的研究较为成熟，但是对武器装备体系的评估还不成熟，武器装备体系的评估目前还处于发展阶段，缺乏完整的理论体系和系统化的研究成果。现有的体系结构验证主要是针对体系结构的某个方面(如正确性、完备性、一致性、逻辑性等等)进行研究，还只是限于体系结构局部范围的验证，这些验证内容比较零散。相互之间关联性不强，还没有形成一个完整的理论体系。由于体系结构验证指标体系和验证方法还不

53、完善，所以针对体系结构验证工具的开发和研究还比较少。国防科技大学的学者罗爱民等人将装备体系结构评估分为效用性指标、非功能性指标以及语法语义指标三类。装备体系结构评估的指标如图所示。图 装备体系结构评估指标评估方法语法层对体系结构语法层的评估是指对体系结构设计是否符合语法规则的验证，通常评估体系结构建模是否符合语法规则，数据是否完备以及语法的一致性。但是对于语法层的验证多是依赖于体系结构数据的表现形式,依赖于特定的体系结构设计工具。姜志平学者等人提出的C4ISR体系结构框架下，基于该框架的元模型CADM的一致性验证方法，该方法将将节点/活动之间的父子关系用邻接矩阵表示，由邻接矩阵建立可达矩阵，可

54、获得节点/活动之间的遗传关系，然后利用“节点-活动-关联”实体建立作战节点与作战活动的布尔关联矩阵，最后在分析检验关联矩阵。语义层语义层的评估主要是判断体系结构的基本语法元素形成的描述语义是否正确和合理，主要评估体系结构的状态可达性和时序正确性。对于语义层的评估通常采用可执行模型的方法，即把建模完成的静态的体系结构转化成动态的可执行模型，然后通过可执行模型分析体系结构的状态可达性等。国防科大的张晓雪等人，提出基于DODAF元模型的体系结构可执行模型的构建方法。文中提出可用对象Petri网、着色Petri网等方式构建可执行模型，然后给出不同可执行模型类型与静态体系结构间的映射方式，再借助仿真工具

55、运行可执行模型，最后得出相关的数据和综合评估的结果。语用层武器装备系统之间关系复杂，相互作用明显、相互制约多、相互影响大，这是导致武器装备体系实验环境建立困难的主要原因之一。正是基于这些原因，现阶段对装备体系问题的研究，大多仍使用武器装备系统论证评估的方法，将武器装备体系的要素进行简化，或者将体系评估的问题分解成若干系统评估的问题。按照武器装备体系结构的方法分类，主要可以分为混合方法、仿真方法、解析方法以及专家调查统计方法。解析方法是武器装备体系能力评估中最常采用的一种方法,像分解到聚合的方式，是我们最容易理解的，关键在于评价函数的确定，不同学者在不同角度给出了很多具体的评估方法。可执行模型按

56、照一定的规范及映射机制将体系结构视图产品转换成可执行模型，通过仿真结果分析验证作战概念、体系结构设计是否合理、确认关键环节、评价体系效能等；混合类的方法主要结合解析类和仿真类的方法，对体系结构进行评估，探索性分析方法上世纪 90年代末兰德公司提出使用解决国防规划与装备体系论证问题，探索性分析方法先确定顶层作战目标，然后根据作战目标来确定相关的要素，最后在要素空间中进行探索计算。分解-聚合方法分解-聚合式的方法一般分为四个步骤，包括建立指标体系、底层指标评价（规范化）、指标聚合、获取顶层评估数值。侯思祥等人提出的体系结构能力的评估方法就是典型的分解聚合式的方法。该方法首先需要描述实现高层目标及策略所需要的能力目标，然后提供一定时期内的能力结构，它从能力的作用范围出发对能力进行分解得到能力要素描述了能力空间内，能力组成及其之间的关系，在提供一定时期内能力要素的度量方法度量值和满足程度.属性值度量了能力的大小满足程度标明