基于數(shù)據(jù)元模型的軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)描述了系統(tǒng)部件組成及它們之間的關(guān)系，是各組成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和隨時(shí)間演化的指南。軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成果對(duì)其后續(xù)的運(yùn)行、演化、集成具有重要的指導(dǎo)作用。當(dāng)前在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)相關(guān)研究中更偏向從構(gòu)建規(guī)范的產(chǎn)品出發(fā)，研究如何構(gòu)建和描述具有一致性的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品。由于整個(gè)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍缺少對(duì)具體設(shè)計(jì)過程的技術(shù)支持，導(dǎo)致難以有效保證體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品等設(shè)計(jì)成果在具體問題背景下的實(shí)用性，嚴(yán)重影響了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方

2、案在實(shí)際應(yīng)用中的質(zhì)量。為有效保證體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性，并為設(shè)計(jì)人員提供構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的方法支持，本文提出了基于數(shù)據(jù)元模型的體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在已有體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過程中加入最優(yōu)化考慮和定量化的決策支持。通過分析體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)元模型中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，探索了體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程，著重研究了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中幾類典型問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　?。?）提出了基于數(shù)據(jù)元模型的體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3、框架
　　DoDAF2.0、MoDAF1.2、NAF3.0等最新體系結(jié)構(gòu)框架通過數(shù)據(jù)元模型及其之間的關(guān)系描述了體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，但對(duì)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系缺乏深入的分析，難以指導(dǎo)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。分析了體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)元模型中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，確定了可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，明確了優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則、優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考資源、優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程、各優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容的影響因素等，形成了一套體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論框架?；?/p>

4、數(shù)據(jù)元模型的體系結(jié)構(gòu)六步開發(fā)步驟的細(xì)化分析，提出了體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本過程，在該優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)突出了需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。其中，任務(wù)—服務(wù)—系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路體現(xiàn)了作戰(zhàn)任務(wù)如何實(shí)現(xiàn)的過程，是實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵。由此提出了體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的三個(gè)關(guān)鍵問題，包括：作戰(zhàn)視圖中作戰(zhàn)活動(dòng)流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)活動(dòng)映射到服務(wù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和服務(wù)映射到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　（2）研究了作戰(zhàn)活動(dòng)流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
　　基于體系

5、結(jié)構(gòu)的活動(dòng)類數(shù)據(jù)元模型中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系分析，提出了作戰(zhàn)活動(dòng)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)中的三個(gè)問題，包括作戰(zhàn)活動(dòng)分解、作戰(zhàn)活動(dòng)流程的生成和作戰(zhàn)活動(dòng)流程優(yōu)化問題。針對(duì)作戰(zhàn)活動(dòng)分解問題，提出了幾種典型的任務(wù)分解原則、方法和步驟；對(duì)作戰(zhàn)活動(dòng)流程中作戰(zhàn)活動(dòng)相關(guān)因素進(jìn)行了分析，綜合考慮了狀態(tài)條件、資源、不確定性對(duì)方案生成的影響，建立了基于對(duì)象Petri網(wǎng)的作戰(zhàn)活動(dòng)流程生成問題的描述機(jī)制和生成過程；研究了作戰(zhàn)活動(dòng)流程的優(yōu)化目標(biāo)，綜合考慮了時(shí)間、成功率和費(fèi)用三方面的

6、因素，研究通過仿真方法獲取時(shí)間和成功率的方法，提出了對(duì)初始作戰(zhàn)活動(dòng)流程設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的三種手段和優(yōu)化過程。
　?。?）研究了作戰(zhàn)流程映射到服務(wù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
　　以作戰(zhàn)活動(dòng)流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果為前提，基于服務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)元模型中數(shù)據(jù)之間的關(guān)系分析，提出了服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要問題是作戰(zhàn)活動(dòng)到服務(wù)的映射問題。研究了作戰(zhàn)活動(dòng)映射到服務(wù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的三類子問題，包括服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)流程生成和服務(wù)組合優(yōu)化問題。針對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合作戰(zhàn)

7、活動(dòng)到作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的映射結(jié)果，提出了基于語義關(guān)系矩陣和模擬退火算法的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，綜合考慮了內(nèi)聚度、耦合度、粒度、可維護(hù)性和可重用性對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的影響；針對(duì)服務(wù)流程生成的問題，基于服務(wù)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果和作戰(zhàn)活動(dòng)流程的設(shè)計(jì)結(jié)果，提出了服務(wù)流程的自動(dòng)化生成過程；針對(duì)服務(wù)組合優(yōu)化問題，在服務(wù)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果和服務(wù)流程的基礎(chǔ)上，建立了服務(wù)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，綜合考慮了費(fèi)用、時(shí)間、成功率、可用性和安全性的質(zhì)量屬性的約束，提出了基于IGA算法服務(wù)實(shí)例的組合優(yōu)化方

8、法，以最終支持完成服務(wù)實(shí)例到作戰(zhàn)活動(dòng)的優(yōu)化配置。
　?。?）研究了服務(wù)映射到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
　　在分析系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)元模型中數(shù)據(jù)之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)類數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要問題是服務(wù)到系統(tǒng)的映射的設(shè)計(jì)問題。以作戰(zhàn)活動(dòng)到服務(wù)的映射關(guān)系為已知條件，建立了服務(wù)映射到系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的數(shù)學(xué)模型，研究了系統(tǒng)完成服務(wù)的時(shí)間、系統(tǒng)執(zhí)行服務(wù)的成功率、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變動(dòng)代價(jià)三類約束條件的計(jì)算方法。對(duì)比研究了將遺傳算法、粒子群算法和啟發(fā)式算法

9、應(yīng)用于該問題的搜索方法，基于實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果，提出了服務(wù)映射到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的HPSO算法。
　?。?）研究了岸防作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的案例
　　結(jié)合岸防作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，提出了設(shè)計(jì)該體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案所需的基于DoDAF2.0裁剪的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品。應(yīng)用了本文提出的相關(guān)問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，分別研究了體系結(jié)構(gòu)在作戰(zhàn)活動(dòng)流程、作戰(zhàn)活動(dòng)映射到服務(wù)、服務(wù)映射到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和相關(guān)問題。最后分別構(gòu)建了作戰(zhàn)活動(dòng)流程、作戰(zhàn)活動(dòng)映射到