系统结构电子信息论文

1综合电子信息系统体系结构方法发展概述

为了解决各军兵种自建系统间互联、互通、互操作的问题，提升军队整体作战效能，美国、英国、北欧等国都陆续开发了本国的国防部体系结构框架，其中以美国的国防部体系结构框架（DepartmentofDefenseArchitectureFramework，DoDAF）最为领先、实用。DoDAF从最初的以产品为中心的设计，转变为以数据为中心的理念，研究者进一步明确了规范、统一的数据概念定义是保证系统之间互连互通的基础所在。进入21世纪，在诡谲多变的战场环境下，作战需求对实时共享信息的能力提出了越来越高的要求。美国防部在DoDAF的基础上，提出了信息企业体系结构（DepartmentofDefenseInformationEnterpriseArchitecture，DoDIEA），用于指导美国国防部信息系统的建设。体系结构设计处于系统早期的顶层设计阶段，设计的好坏直接关系到系统效能的高低。由此，在系统投入建设之初，体系结构的评价就显得尤为重要，而评估指标体系的建立是实现有效评估的基础，本文将对综合电子信息系统体系结构评估指标进行探讨研究。

2体系结构评估框架

最新版本的美国国防部体系结构框架确定了以数据为中心开发体系结构产品的过程。DoDAF元模型（DoDAFMeta-model，DM2）定义了相应的体系结构产品所使用的数据元素。DoDIEA沿用了部分DoDAF的产品和元数据定义。DM2分为三个层级，分别是概念级、逻辑级和物理级，所对应的数据元模型分别为概念数据模型、逻辑数据模型及物理交换规范。这三类数据模型分别相应地从效用、逻辑、语法三个方面反映了体系结构的设计考量。语法评估，是指对体系结构设计的产品是否符合相应语法规则进行评估。其中，语法规则既包括体系结构框架及元模型对体系结构产品的规范，也包括产品设计过程中所选用的建模语言的语法规则。此外，语法评估还包括体系结构数据完备性和一致性评估。A.规则合理性：体系结构中动态行为所遵循的规则是否合理；B.状态可达性：体系结构中各元素现有状态是否现实可达，资源状态转换是否可行；C.时序正确性：动态行为执行过程中，角色交互、行为先后关系是否正确。效用评估，与概念层相对应，是指在该体系结构指导下设计的系统能否满足决策者、系统使用者所需的系统性能和效能要求，同时包括是否满足系统所需的非功能性要求。

3综合电子信息系统体系结构评估指标语法评估包括四方面内容

3.1语法评估指标分析

由于语法规则是一个体系结构建立之初要遵循的基本规则，如果前述四方面有任一方面验证结果为否，则该体系结构即可判定为不合格产品。所以，语法评估采用数学集合论方法，其评估指标可以表述为：体系结构产品规范指标A1：若全部满足规范A1=1，否则A1=0；建模语言规范指标A2：若全部满足规范A2=1，否则A2=0；数据完备性指标A3：若全部满足A3=1，否则A3=0；数据一致性指标A4：若全部满足A4=1，否则A4=0；语法评估综合指标A0：A0=A1∩A2∩A3∩A4。

3.2逻辑评估指标分析

体系结构逻辑评估需要建立动态可执行模型，通过仿真运行进行判断。常用的动态可执行模型建模方法有结构化可执行模型生成方法、基于对象Petri网的可执行模型生成方法等。逻辑评估同样是“一票否决”，其评估指标描述如下：

（1）规则合理性指标B1：若全部规则合理B1=1，否则B1=0；

（2）状态可达性指标B2：若设计中能够相互转换的状态之间确实能够实现可达，则B2=1，否则B2=0；

（3）时序正确性指标B3：若设计中的所有时序关系正确，则B3=1，否则B3=0；

（4）逻辑评估综合指标B0：B0=B1∩B2∩B3。

3.3效用评估指标分析

效用评估同样需要在动态可执行模型基础上收集数据、进行评价。常用的效用评估方法有体系架构权衡分析方法（ATAM）、软件体系结构分析方法（SAAM）等，其基本原理是针对特定的目标对象构建仿真场景和流程进行动态评估。效用评估包括系统性能评估、系统效能评估及系统非功能性需求评估。系统性能指标是指软件系统在自身软硬件等技术条件基础上能够达到的运行能力指标。常见的系统性能指标有：

（1）系统响应时间：从用户发送指令到系统反馈其所需服务或信息所用的时间。

（2）系统吞吐量：指系统在单位时间内处理的请求或数据的输入输出量。

（3）系统资源使用率：常见的有CPU占有率、内存使用率。系统效能指标是指针对特定的作战场景和作战对象，通过系统集成，使得作战过程能够满足的战绩指标。针对不同的作战场景和任务，效能指标各不相同。如美国弹道导弹防御系统（BallisticMissileDefenseSystem，BMDS）针对来袭导弹预警作战场景，典型的指标有：

（1）预警覆盖范围：指BMDS系统针对威胁目标的作用空域范围。

（2）预警时间：从判断确定目标为来袭导弹时刻起，到导弹到达保护区的时间。

（3）信息精度：系统提供信息的真实性，常用误差来表示。如探测精度、数据率、信息融合处理精度、预测算法精度等。

（4）目标容量：系统能应对的最大目标数，用于衡量系统抗饱和攻击的能力。

（5）识别准确率：正确识别来袭导弹的概率。系统非功能性指标应从安全易用、移植扩展及决策管理三个角度考虑。安全易用考量了现有系统的可用性，移植扩展保障了系统的发展，决策管理则是从现实角度度量了系统的可实现性。非功能性指标定义如表1所示。

3.4体系结构评估指标与体系结构产品的关系

DoDIEAv2.0包含13个体系结构产品，评价过程中需要从各个产品中提取出指标信息。对于语法评估，要按照评估指标对每一个产品进行语法验证；对于逻辑和效用评估，则主要根据评估指标组织产品、建立动态可执行模型进行评估。

4小结

本文结合最新的美国国防部体系结构框架和国防信息企业体系结构的研究进展，从综合电子信息系统体系结构评估着眼，分析了体系结构评估框架，并在此基础上深入开展了对体系结构评估指标的研究。作者从语法评估、逻辑评估及效用评估三个方面详细阐述了体系结构评估指标的选择及定义。体系结构评估对系统建设具有深远的的意义。提出一套完备、科学的综合信息系统体系结构评估指标体系，尚需我们进行更加深入的研究、探讨。

作者：韩冰 单位：渤海大学信息科学与技术