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深入解读美国国防部体系结构框架2.0版(DoDAF 2.0)

1、DoDAF是什么

国防部体系结构框架(Department of Defense Architecture Framework,DoDAF)是美国国防部发布的用于指导体系结构开发的顶层的、全面的框架和概念模型,它使国防部各级管理者能够打破国防部、联合能力域(Joint Capability Areas,JCA)、部门或项目等层次界限,实现信息有序共享,提高关键决策能力。

2、DoDAF的构想

DoDAF2.0的构想是:

  • 1) 提供一系列顶层的体系结构概念、指南、最佳实践和方法,帮助和促进体系结构开发,支持指挥、管理和能力域的决策流程;
  • 2) 支持团队向网络中心化方向发展(如支持网络化作战),支持面向服务的架构(SOA)的开发;
  • 3) 重点从特定体系结构产品转向体系结构数据,将其作为制定重要决策所需的信息。这样,通过DoDAF模型和决策者共同使用的“适用”视图,架构师可以做到使导出信息可视化,使开发视图具有灵活性,更加符合团队文化和习惯。
  • 4) 提供方法和推荐技术,使得架构师和其他开发者能借此来创建体系结构,满足和支持组织的管理和决策需求。

3、DoDAF的发展历程

自从海湾战争中,美军的指挥、控制、计算机、智能、监视和侦察(Command、Control、Communication、Computer、Intelligence、Surveillance and Reconnaissance,C4ISR)系统极大地提高了部队的信息化程度和指挥效能。但是由于在早期,C4ISR系统体系结构设计都是各军兵种为满足自己特殊目的和要求而独立开发的,系统相互之间的互操作性比较差,限制了协同作战的能力。基于上述考虑,美军研究开发出C4ISR的体系结构框架来提高C4ISR 系统的互操作能力。C4ISR体系结构框架是一种用于C4ISR系统体系结构开发、描述和集成的统一方法,提供了开发和表述体系结构的规则、指南和产品描述。所以设计C4ISR 系统体系结构成为了实现多个C4ISR系统集成的基础。因此,美国国防部(DoD)从1991年开始相继研究、制定并颁布了《C4ISR 体系结构框架》和各种体系结构通用参考资源,以统一已有的各种体系结构设计工作。其于1997 年10 月颁布了《C4ISR 体系结构框架》的2.0 版本后,又启动了新版DoD 体系结构框架的开发,并最终于2004 年2月颁布了《DoD 体系结构框架(DoDAF)》的1.0版本。在DoDAF 1.0中,系统体系结构可以从作战应用、系统实现和技术标准3个视角进行观察、描述与分析,其结果分别形成作战视图(ov)、系统视图(SV)和技术标准视图(TV)。为了全面准确地反映每个视图的特征,需要从多个关注点描述该视图,每个关注点的描述结果称为一种产品,产品的表现形式可以是文字、图形或表格等。《DoDAF1.0》与之前版本相比,首先是扩大了使用范围,不再局限于C4ISR领域;其次,开始转向以“数据为中心”的设计,强调组成产品的体系结构数据元素,而不只是体系结构产品;提出了根据预定用途来决定体系结构内容的指导方针。

DoDAF 1.5于2007年4月推出,特别强调以网络为中心(Net-Centric)的概念,在体系结构的描述里体现了网络为中心的概念;也推出CADM v1.5以便储存Net-Centric新概念的描述文件。

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图1 DoDAF发展历程

DoDAF2.0于2009年正式发布。与以前的版本相比,DoDAF2.0对体系结构数据更为关注,并使用新的方法来表示体系结构信息。此外,DoDAF2.0没有局限在之前的各个版本的框架之内,而是吸纳了世界各国或有关组织在体系结构框架研究上的最新成果,并进一步深化、提炼,形成了管理人员更易于理解、掌握,开发内容更灵活、理论性更强、系统性更完整、阐述更深入、创新点更多的框架。DoDAF2.0以支持核心决策过程、开发符合用户需要与目的为根本出发点、聚焦于单位体系结构、联盟体系结构的新型体系结构框架,是一个真正实现以数据为中心的全新体系结构框架版本。

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图2 DoDAF 2.0与1.5的差别

4、DoDAF的主要内容

4.1、DoDAF元模型

DoDAF2.0以数据为中心,引进了国防部体系结构框架元模型(DoDAF Meta-Model,DM2)的概念。DM2由概念数据模型(Conceptual Data Model,CDM)、逻辑数据模型(Logical Data Model,LDM)和物理交换规范(Physical Exchange Specification,PES)组成,是构成国防部体系结构框架整体的重要组成部分。DM2取代了国防部体系结构框架以前版本中的核心体系结构数据模型(Core Architecture Data Model)。

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图3 DoDAF元模型(DM2)

DM2定义了体系结构数据元素,为体系结构描述内部或之间的语义(即理解)一致性建立了基础,使体系结构描述可以集成与形成联邦。采用这种方式,DM2支持联合能力域(JCA)、部门以及联邦的和联合的伙伴之间的体系结构信息交换和复用,促进流程与系统互操作性的理解与实施。同时,DM2可以满足流程主管、决策者、架构师和新技术发展中的数据需求,全面支持体系结构的数据需求,以前后一致、可理解的方式发布,并式体系结构数据更加容易地跨越组织结构边界,进行检索、共享和复用。

4.2、DoDAF视点与模型

4.2.1、DoDAF视点

与之前版本最大的不同之处在于,DoDAF2.0以数据为中心,引入了DM2的概念,以便在整个体系结构范围内建立统一的数据基础,实现体系结构数据的共享和复用。然而,体系结构数据一般都异常复杂,涉及的业务范围也非常广,不同的干系人如何使用和维护这些数据呢?为此,DoDAF2.0提供了8个视点(View Point),从干系人的角度,将问题空间划分为更加易于管理的小块,以便不同的干系人可以从不同的角度去关注体系内特定利益相关领域的数据和信息,同时也能保持对全局的把握。

深入解读美国国防部体系结构框架2.0版(DoDAF 2.0) - 第4张
图4 DoDAF 2.0的8个视点
  • 1) 全景视点(All Viewpoint,AV)
  • 体系结构描述中许多跨域性(overarching)方面与所有视图有关。全局视点模型提供了对整个体系机构描述都有关的信息,如体系机构描述的范围和背景。范围包括问题域和时间跨度。体系结构描述存在的背景由组成背景的相关条件构成。这些条件包括条令、战术、技术、规程;相关的目标和设想的表述;作战思想(CONOPS);想定和环境条件。
  • 2) 能力视点(Capability Viewpoint,CV)
  • 采集执行特定的一系列动作而达到的企业目标,或者在特定标准和条件下通过执行一系列任务而获得期望效果的能力。它为体系结构描述中所描述的功能提供战略级背景和相应的高层范围,比在作战思想图中定义的基于想定的范围更加概略性。这个模型是高层模型,利用术语描述,使得决策者更加容易理解,可以用于功能进化战略级的交流。
  • 3) 数据和信息视点(Data and Information Viewpoint,DIV)
  • 采集业务信息需求和结构化的业务流程规则,描述了与信息交换有关的信息,如属性、特征和相互关系。
  • 4) 作战视点(Operational Viewpoint,OV)
  • 采集了组织、任务、或执行的活动,以及在完成任务工程中需要交换的信息。该视点记录了交换的信息类型、频度,信息交换所支持的任务和活动以及信息交换本身一些性质。
  • 5) 项目视点(Project Viewpoint,PV)
  • 说明了项目计划如何组合成具有前后承接关系的投资组合计划。该视图提供了一种描述多个项目间组织关系的方法,每个项目负责交付单个的系统或功能。
  • 6) 服务视点(Services Viewpoint,SvcV)
  • 说明了系统、服务以及支持作战活动的功能性的组合关系。DOD的进程包括作战、业务、智能和基础架构功能。服务视点中的功能和服务资源以及组件可以与OV中的体系结构数据关联。这些系统功能或服务资源支持了作战活动方便了信息交换。
  • 7) 标准视点(Standards Viewpoint,StdV)
  • 是控制系统各部分或元素间组合、交互和互依赖性的规则的最小集合。其目标是确保系统能够满足特定的一系列作战需求。该视图提供了技术系统实现指导,基于此指导可以形成工程规范、建立通用模块,开发产品线。它包括技术标准、执行惯例、标准选项、规则和标准。
  • 8) 系统视点(Systems Viewpoint,SV)
  • 该视点采集了关于自动化系统、互连通性和系统功能方面的信息。不久的将来,随着DOD将重点转移到面向服务的环境和云计算,该视点会消失。

4.2.2、DoDAF模型

如此复杂、庞大的体系结构数据怎么构建出来呢?

为此,DoDAF2.0为每个视点提供了相应的模型(在之前的DoDAF版本中称为产品),总共52个模型。DoDAF2.0中的8个视点所包含的模型如下图所示。

深入解读美国国防部体系结构框架2.0版(DoDAF 2.0) - 第5张
图5 DoDAF 2.0的8个视点与52个模型

需要注意这里模型与视图的概念理解。在进行体系结构开发之初,模型(此时属于空模型或者没有数据的模型)可以作为体系结构数据收集和组织的模板,辅助架构师或者开发人员进行体系结构开发。当架构师和开发人员通过各个视点下的模型(即模板),将所有维度的体系结构数据都收集完成时,便得到了一个完整的体系结构数据集或者体系结构模型(有数据的模型)。

当我们完成体系结构数据收集之后,将这些含有数据的模型以可视化的形式呈现出来时,便是体系结构视图(View)。当然,体系结构视图的形式可以有各种形式,例如仪表盘、表格、图形等等。用户也可以根据需要自定义“适用(fit for purpose)”视图形式,对此,DoDAF2.0没有任何限制。

由此可见,简单的理解为:模型+数据=视图,这是不准确的。

应该理解为:模板(将各个视点下的模型作为收集体系结构数据的模板)+数据=模型(含体系结构数据),模型数据再以可视化的形式呈现出来,即为视图。

4.3、DoDAF的6步开发过程

在进行体系结构开发时,可以按照如下图所示的6个过程开展。该过程以数据为中心,而非以产品为中心,它着重强调数据,以及数据内部和数据之间的关系,而不是之前的DoDAF版本中的产品。这种以数据为中心的方法在确保获取所有基本数据关系,以支持各种各样的分析任务,同时还确保了体系结构描述中各视图的协调一致。体系结构开发过程创建的各视图提供了对底层体系结构数据的形象表达,传递着来自体系结构描述的,特定用户群或决策者所需的有用信息。

深入解读美国国防部体系结构框架2.0版(DoDAF 2.0) - 第6张
图6 DoDAF的6步开发过程
  • 1) 步骤1:明确体系结构的使用意图
  • 在开始描述体系结构之前,用户必须定义架构的用途及预期用途,如何进行架构描述工作,架构开发中使用的方法;所需的数据类别,对他人的潜在影响,以及通过绩效和客户满意度来衡量努力成功的过程。
  • 2) 步骤2:确定体系结构的范围
  • 体系结构范围包括:体系结构项目背景、使命、活动、组织机构、时间跨度、合适的粒度、作战想定、态势、地理范围、经费以及在特定时间范围内专业技术的可用性等背景,以及其他一些相关条件说明,如计划管理、可用资源、专家以及体系结构数据的可用性等。
  • 3) 步骤3:确定所需的数据以支持体系结构开发
  • 数据实体与属性的选择对于体系结构的构建是非常重要的,不仅要能满足第一步的目标,而且要能保持体系结构的一致性。实体和属性是通过数据类型来体现的,数据类型包括规范业务行为的规则、需要完成的活动信息、指挥关系、任务列表等多种类型,体系结构的度量标准可以是定量的,也可以是定性的。
  • 4) 步骤4:采集、组织、关联和存储体系结构数据
  • 利用各个视点下的模型(作为模板)来采集和组织体系结构数据,建立各个维度下数据的关联关系,维护体系结构数据的一致性,最终形成体系结构数据集。
  • 5) 步骤5:进行分析以支持体系结构的目标
  • 对包含了所需全部数据的体系结构进行静态分析、动态分析、实验分析和试验分析,以确定体系结构数据的有效性;并根据既定的体系结构用途和目的对不满足要求的数据和产品进行修正。
  • 6) 步骤6:根据决策者的需要记录各种结果
    在底层数据的基础上,创建体系结构视图,将体系结构数据以对决策者有意义的形式呈现出来。

5、总结

DODAF为复杂系统的理解、比较、集成和互操作提供共同的架构基础,保证了系统之间集成与互操作的实现。同时,DoDAF2.0所倡导的理念是以数据为中心,而不是早期DoDAF版本中的以产品为中心,通过DoDAF 2.0中的元模型(DM2)可以很方便地实现体系结构数据采集、复用和共享。

然而,DoDAF毕竟是美军根据自身的情况制定的体系结构框架,对于我军或者其他民用领域来说,未必就一定适用,应该根据我国的国情、行业本身的业务特点进行裁剪和改进。如果能够结合行业特点,面向航空、航天、高铁等领域提出更加适用的体系结构框架,指导各个行业的顶层规划和论证,那就最好不过了!

本文原创,作者:Modeler。
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