系統結構電子信息論文

系統結構電子信息論文

　　1綜合電子信息系統體系結構方法發展概述

　　為了解決各軍兵種自建系統間互聯、互通、互操作的問題，提升軍隊整體作戰效能，美國、英國、北歐等國都陸續開發了本國的體系結構框架，其中以美國的體系結構框架（DepartmentofDefenseArchitectureFramework，DoDAF）最為領先、實用。DoDAF從最初的以產品為中心的設計，轉變為以數據為中心的理念，研究者進一步明確了規范、統一的數據概念定義是保證系統之間互連互通的基礎所在。進入21世紀，在詭譎多變的戰場環境下，作戰需求對實時共享信息的能力提出了越來越高的要求。美在DoDAF的基礎上，提出了信息企業體系結構（DepartmentofDefenseInformationEnterpriseArchitecture，DoDIEA），用于指導美國信息系統的建設。體系結構設計處于系統早期的頂層設計階段，設計的好壞直接關系到系統效能的高低。由此，在系統投入建設之初，體系結構的評價就顯得尤為重要，而評估指標體系的建立是實現有效評估的基礎，本文將對綜合電子信息系統體系結構評估指標進行探討研究。

　　2體系結構評估框架

　　最新版本的美國體系結構框架確定了以數據為中心開發體系結構產品的過程。DoDAF元模型（DoDAFMeta-model，DM2）定義了相應的體系結構產品所使用的數據元素。DoDIEA沿用了部分DoDAF的產品和元數據定義。DM2分為三個層級，分別是概念級、邏輯級和物理級，所對應的數據元模型分別為概念數據模型、邏輯數據模型及物理交換規范。這三類數據模型分別相應地從效用、邏輯、語法三個方面反映了體系結構的設計考量。語法評估，是指對體系結構設計的產品是否符合相應語法規則進行評估。其中，語法規則既包括體系結構框架及元模型對體系結構產品的規范，也包括產品設計過程中所選用的建模語言的語法規則。此外，語法評估還包括體系結構數據完備性和一致性評估。A.規則合理性：體系結構中動態行為所遵循的規則是否合理；B.狀態可達性：體系結構中各元素現有狀態是否現實可達，資源狀態轉換是否可行；C.時序正確性：動態行為執行過程中，角色交互、行為先后關系是否正確。效用評估，與概念層相對應，是指在該體系結構指導下設計的系統能否滿足決策者、系統使用者所需的系統性能和效能要求，同時包括是否滿足系統所需的非功能性要求。

　　3綜合電子信息系統體系結構評估指標語法評估包括四方面內容

　　3.1語法評估指標分析

　　由于語法規則是一個體系結構建立之初要遵循的基本規則，如果前述四方面有任一方面驗證結果為否，則該體系結構即可判定為不合格產品。所以，語法評估采用數學集合論方法，其評估指標可以表述為：體系結構產品規范指標A1：若全部滿足規范A1=1，否則A1=0；建模語言規范指標A2：若全部滿足規范A2=1，否則A2=0；數據完備性指標A3：若全部滿足A3=1，否則A3=0；數據一致性指標A4：若全部滿足A4=1，否則A4=0；語法評估綜合指標A0：A0=A1∩A2∩A3∩A4。

　　3.2邏輯評估指標分析

　　體系結構邏輯評估需要建立動態可執行模型，通過仿真運行進行判斷。常用的動態可執行模型建模方法有結構化可執行模型生成方法、基于對象Petri網的可執行模型生成方法等。邏輯評估同樣是“一票否決”，其評估指標描述如下：

　　（1）規則合理性指標B1：若全部規則合理B1=1，否則B1=0；

　　（2）狀態可達性指標B2：若設計中能夠相互轉換的狀態之間確實能夠實現可達，則B2=1，否則B2=0；

　　（3）時序正確性指標B3：若設計中的所有時序關系正確，則B3=1，否則B3=0；

　　（4）邏輯評估綜合指標B0：B0=B1∩B2∩B3。

　　3.3效用評估指標分析

　　效用評估同樣需要在動態可執行模型基礎上收集數據、進行評價。常用的效用評估方法有體系架構權衡分析方法（ATAM）、軟件體系結構分析方法（SAAM）等，其基本原理是針對特定的目標對象構建仿真場景和流程進行動態評估。效用評估包括系統性能評估、系統效能評估及系統非功能性需求評估。系統性能指標是指軟件系統在自身軟硬件等技術條件基礎上能夠達到的運行能力指標。常見的系統性能指標有：

　　（1）系統響應時間：從用戶發送指令到系統反饋其所需服務或信息所用的時間。

　　（2）系統吞吐量：指系統在單位時間內處理的請求或數據的輸入輸出量。

　　（3）系統資源使用率：常見的有CPU占有率、內存使用率。系統效能指標是指針對特定的作戰場景和作戰對象，通過系統集成，使得作戰過程能夠滿足的戰績指標。針對不同的作戰場景和任務，效能指標各不相同。如美國彈道導彈防御系統（BallisticMissileDefenseSystem，BMDS）針對來襲導彈預警作戰場景，典型的指標有：

　　（1）預警覆蓋范圍：指BMDS系統針對威脅目標的作用空域范圍。

　　（2）預警時間：從判斷確定目標為來襲導彈時刻起，到導彈到達保護區的時間。

　　（3）信息精度：系統提供信息的真實性，常用誤差來表示。如探測精度、數據率、信息融合處理精度、預測算法精度等。

　　（4）目標容量：系統能應對的最大目標數，用于衡量系統抗飽和攻擊的能力。

　　（5）識別準確率：正確識別來襲導彈的概率。系統非功能性指標應從安全易用、移植擴展及決策管理三個角度考慮。安全易用考量了現有系統的可用性，移植擴展保障了系統的發展，決策管理則是從現實角度度量了系統的可實現性。非功能性指標定義如表1所示。

　　3.4體系結構評估指標與體系結構產品的關系

　　DoDIEAv2.0包含13個體系結構產品，評價過程中需要從各個產品中提取出指標信息。對于語法評估，要按照評估指標對每一個產品進行語法驗證；對于邏輯和效用評估，則主要根據評估指標組織產品、建立動態可執行模型進行評估。

　　4小結

　　本文結合最新的美國體系結構框架和國防信息企業體系結構的研究進展，從綜合電子信息系統體系結構評估著眼，分析了體系結構評估框架，并在此基礎上深入開展了對體系結構評估指標的研究。作者從語法評估、邏輯評估及效用評估三個方面詳細闡述了體系結構評估指標的選擇及定義。體系結構評估對系統建設具有深遠的的意義。提出一套完備、科學的綜合信息系統體系結構評估指標體系，尚需我們進行更加深入的研究、探討。

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