COMET方法在数据链系统中的应用研究

摘 要:为了实现标准模型化,首次将COMET方法应用到数据链系统控制中心的软件设计中,通过借助UML表示法对系统设计的需求、分析,在设计各阶段进行标准建模,并采用分布式软件体系结构构建控制中心的分析模型。采用COMET方法,可有效提高数据链控制中心的升级扩充性,并为今后设计高度迭代、实时高效的数据链系统软件提供理论基础和方法依据。关键词:COMET方法; 数据链系统; 标准模型; UML

中图分类号:TN919-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)16-0037-03

Application of COMET in Data Link System

MAO Hong-qing

(Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036, China)

Abstract: The COMET method is applied in the software design of data link system control center to achieve the standard modeling. The requirement, analysis and design of the system design are made a standard modeling through UML, and the distributed software architecture is adopted to construct the analytical model of control center. By introducing COMET method, the upgrade and extension ability of the system can be improved significantly, the theoretical basis is provided for the future highly-iterative and real-time data link system software design

Keywords: COMET; data link system; standard model; UML

0 引 言

随着无线数据通信技术和战术数据链[1]的发展,高效、实时、安全、可靠的数据链[2]系统建设也越来越被各国军方所重视。近年来,美军以“网络中心战”思想为指导,综合多种通信手段和战略、战术数据链进行了机载数据链系统的建设,以满足地空和空空平台间对指令信息、态势信息传输的需求。数据链系统体系庞大而复杂,由分布在不同区域、完成不同功能的物理节点构成[3]。

目前,国外数据链系统的设计已经逐渐采用模型化的方法[4],国内目前还停留在基于过程的设计方法中,无法满足日益增加的需求,且升级扩充性较差。本文以数据链系统的控制中心节点为研究对象,首次引入COMET(concurrent object modeling and architectural design method)方法,分析数据链控制中心节点的软件特点,构建高效可扩展的软件体系。

1 COMET方法

COMET方法是一种针对分布、实时应用的方法。COMET所使用的表示法是统一建模语言UML[6],并仅使用特别有用的方面。在图形方面,COMET方法仅使用UML图中的用例图、类图、协作图、状态图、顺序图、部署图。

COMET面向对象的软件生命周期是围绕用例(Use Case )概念的、高度迭代的软件开发过程。根据行为者和用例定义系统的功能需求,每一个用例都定义了一个或者多个行为者与系统之间的交互序列。图1展示了完全的COMET面向对象软件生命周期模型。

(1) 在需求建模阶段进行用例模型开发。以行为者和用例定义系统的功能需求,可以把整个系统作为黑箱进行建模。

(2) 在分析建模阶段进行静态和动态的系统模型开发。静态模型定义了问题域的类之间的结构关系。动态模型细化到每个用例之间的对象以及他们之间的交互关系。

(3) 在设计建模阶段,涉及系统的软件体系结构,并将分析模型映射到运行环境。

(4) 增量式软件构造方法的基础是对每一个要构造的增量选择一个系统子集,并完成子集的详细设计、编码和类的单元测试。通过增量构造达到最终完成整个软件系统的目的。

(5) 在增量式软件集成期间,每一次软件增量都要进行集成测试,其依据为增量所选的用例,当一个软件增量被审定满意之后,下一次增量才可构造并集成。

(6) 系统测试包括系统的功能测试,即按照功能需求测试系统。

图1 COMET面向对象软件生命周期模型

2 COMET方法在控制中心的应用研究

数据链系统控制中心涉及到大量的机载、地面设施和数据链系统。在构建初期,必须考虑的因素有:各种硬件设备正处于高速发展阶段,无法紧跟其变化;数据链系统种类繁多,短时间内无法全部集成;新设备的接入与旧设备的换装,不能影响到系统的正常运行;随着更多站点、空中平台的不断接入,系统高速膨胀。

基于以上因素,构建数据链系统控制中心时,在对现有机载、地面设备和数据链系统进行集成的同时,必须兼顾到其发展,为数控制中心节点选择一种合适的设计方法,这已成为系统设计成败的关键。COMET方法的特点恰恰能为其提供解决的方法和依据。

2.1 用例模型

数据链控制中心主要的人类行为者包括网络管理员、规划操作员、系统行为者定时器。此外,还包括可以看作行为者的外部系统,它们主要是集控站、地面指挥系统、地面站、空中平台。

控制中心的主要用例包括:

(1) 越区切换控制。当空中平台跨越多个地面站飞行时,通过越区切换[7-8]操作来保障空中平台与地面指挥系统之间[9]的通信畅通。

(2) 集控站状态监视。监视多个集控站的各类状态。

(3) 地面站状态监视。监视多个地面站的各类状态。

(4) 通信链路控制。通过对链路的控制,改变通信数据链系统的通信参数,使地面指挥系统可以与装备不同数据链的空中平台进行数据、话音通信[10]。

(5) 链路调配。通过链路调配来满足地面指挥系统进行本场、跨区指挥或协同空中平台的需要。

(6) 参数分发。当数据链系统的参数需要变更时,通过参数分发功能完成整个系统参数的快速改变。

(7) 系统规划。通过对数据链系统资源进行规划,达到提升系统性能与容量的目的。

控制中心节点的行为者和用例如图2所示。

2.2 问题域静态模型

由于数据链控制中心的信息比较密集,因此问题域的静态模型就显得特别重要。在开发问题域之前,首先要确定系统中真实世界的类,这些类主要是集控站、地面站、数据传输设备、电台、卫星通信设备、空中平台、地面指挥系统等,并从中抽象出相关的超类。图3展示了数据链控制中心最基本的静态模型。

图2 控制中心的行为者和用例

2.3 动态模型

动态模型主要用于描述动态依赖关系,由协作图和状态图构成。数据链控制中心用例多,功能复杂,以越区切换控制过程为例,描述各个对象是如何参与到越区切换控制用例,以及它们之间的消息是如何传递路径的。图4展示了越区切换控制用例简化后的协作图。

2.4 控制中心系统构建

由于数据链控制中心的软件系统较为庞大,只用几幅包罗万象的协作图来描述是不现实的。相反,可以把整个控制中心的软件系统划分为若干个子系统,分别开发各个子系统的协作图。

可以根据地理分布和服务器的职能来划分,这样就能非常容易地确定某些子系统。采用最常见的客户/服务器方式,将整个系统划分为通信前置机子系统、服务器子系统、管理子系统、规划子系统、越区切换子系统等。子系统与子系统之间通过局域网连接到一起,通过多种网络消息进行交互。图5展示了控制中心各子系统之间的协作图。

2.5 分布式软件体系结构

把控制中心的分析模型映射到分布式软件体系结构时,必须确保分布式子系统是可配置的、并发的、基于消息的,控制中心的软件应遵循应用构件准则和构件子系统之间的消息通信准则。系统中设备、站点、网络成员、通信链路均有多个实例,不同的子系统中使用其特定的属性和方法,设计过程中,对每一类实例,均设计为构件,通过简单的配置界面进行增加和移出,而不影响系统的正常运行。

图3 控制中心基本静态模型

图4 越区切换控制用例简化的协作图

控制中心的各子系统之间采用松耦合(异步的)的消息通信,当通信前置机收到外部信息,先进行数据的归一化处理,然后通过系统内数据结构发送到控制中心服务器,服务器对消息进行过滤后经过局域网,使用用户数据报协议发给其他子系统;其他子系统也通过用户数据报协议与服务器进行交互。

图5 控制中心各子系统之间的协作图

3 结 语

通过将COMET方法应用到数据链控制中心软件的分析、设计,可以简化庞大、复杂的数据链系统,为控制中心软件构建了一个雏形,具有很高的实用价值。

参考文献

[1]杨磊,黄金才,张维明.战术数据链系统分层参考模型[J].计算机工程,2007,33(21):257-258.

[2]骆光明.数据链信息系统连接武器系统的捷径[M].北京:国防工业出版社,2008.

[3]康志彬,赵新国,黄程林.全球信息栅格中的通信系统结构研究[J].装备指挥技术学院学报,2006,17(1):47-49.

[4]王运栋,狄远博,陆小龙.UML在战术数据处理系统建模中的应用[J].电光与控制,2007,14(5):149-152.

[5]GOMAA Hassan. Designing concurrent, distributed and real-time applications with UML[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[6]PILONE Dan, PITMAN Neil. UML 2.0 in a nutshell a desktop quick reference[M].南京:东南大学出版社,2006.

[7]李莹,熊健,袁苑.VHF/UHF空地数据链系统中越区切换技术设计[J].电讯技术,2003,43(2):73-76.

[8]葛志强,王瑾,燕海涛.V/UHF数据链的越区切换方法探讨[J].电光与控制,2008,15(2):55-57.

[9]杨小强,黄智刚,张军.基于空地数据链的飞机状态监控系统的实现[J].电讯技术,2003,43(1):68-72.

[10]刘燕慧,孙宏伟.战术数据链仿真中的显示控制系统[J].电光与控制,2007,14(4):117-119.