基于數(shù)據元模型的軍事信息系統(tǒng)體系結構優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、軍事信息系統(tǒng)體系結構描述了系統(tǒng)部件組成及它們之間的關系，是各組成系統(tǒng)設計的原則和隨時間演化的指南。軍事信息系統(tǒng)體系結構的設計成果對其后續(xù)的運行、演化、集成具有重要的指導作用。當前在體系結構設計和開發(fā)相關研究中更偏向從構建規(guī)范的產品出發(fā)，研究如何構建和描述具有一致性的體系結構設計數(shù)據和產品。由于整個體系結構設計方面仍缺少對具體設計過程的技術支持，導致難以有效保證體系結構數(shù)據和產品等設計成果在具體問題背景下的實用性，嚴重影響了體系結構設計方

2、案在實際應用中的質量。為有效保證體系結構設計方案的實用性，并為設計人員提供構建體系結構設計方案的方法支持，本文提出了基于數(shù)據元模型的體系結構優(yōu)化設計方法，在已有體系結構設計方法和設計過程中加入最優(yōu)化考慮和定量化的決策支持。通過分析體系結構數(shù)據元模型中數(shù)據之間的關系，探索了體系結構優(yōu)化設計的一般過程，著重研究了體系結構設計過程中幾類典型問題的優(yōu)化設計方法。論文的主要工作和創(chuàng)新點包括：
　　（1）提出了基于數(shù)據元模型的體系結構優(yōu)化設計

3、框架
　　DoDAF2.0、MoDAF1.2、NAF3.0等最新體系結構框架通過數(shù)據元模型及其之間的關系描述了體系結構數(shù)據之間的邏輯關系，但對體系結構數(shù)據之間內在的邏輯關系缺乏深入的分析，難以指導體系結構數(shù)據的優(yōu)化設計。分析了體系結構數(shù)據元模型中數(shù)據之間的關系，確定了可以進行優(yōu)化設計的體系結構數(shù)據和產品，明確了優(yōu)化設計的原則、優(yōu)化設計的參考資源、優(yōu)化設計的過程、各優(yōu)化設計內容的影響因素等，形成了一套體系結構優(yōu)化設計的理論框架?；?/p>

4、數(shù)據元模型的體系結構六步開發(fā)步驟的細化分析，提出了體系結構優(yōu)化設計的基本過程，在該優(yōu)化設計過程中重點突出了需要進行優(yōu)化設計的數(shù)據。其中，任務—服務—系統(tǒng)的優(yōu)化設計思路體現(xiàn)了作戰(zhàn)任務如何實現(xiàn)的過程，是實現(xiàn)體系結構設計目標的關鍵。由此提出了體系結構優(yōu)化設計過程中的三個關鍵問題，包括：作戰(zhàn)視圖中作戰(zhàn)活動流程的優(yōu)化設計、作戰(zhàn)活動映射到服務的優(yōu)化設計和服務映射到系統(tǒng)的優(yōu)化設計。
　?。?）研究了作戰(zhàn)活動流程的優(yōu)化設計方法
　　基于體系

5、結構的活動類數(shù)據元模型中數(shù)據之間的關系分析，提出了作戰(zhàn)活動流程優(yōu)化設計中的三個問題，包括作戰(zhàn)活動分解、作戰(zhàn)活動流程的生成和作戰(zhàn)活動流程優(yōu)化問題。針對作戰(zhàn)活動分解問題，提出了幾種典型的任務分解原則、方法和步驟；對作戰(zhàn)活動流程中作戰(zhàn)活動相關因素進行了分析，綜合考慮了狀態(tài)條件、資源、不確定性對方案生成的影響，建立了基于對象Petri網的作戰(zhàn)活動流程生成問題的描述機制和生成過程；研究了作戰(zhàn)活動流程的優(yōu)化目標，綜合考慮了時間、成功率和費用三方面的

6、因素，研究通過仿真方法獲取時間和成功率的方法，提出了對初始作戰(zhàn)活動流程設計方案優(yōu)化的三種手段和優(yōu)化過程。
　?。?）研究了作戰(zhàn)流程映射到服務的優(yōu)化設計方法
　　以作戰(zhàn)活動流程的優(yōu)化設計結果為前提，基于服務相關的數(shù)據元模型中數(shù)據之間的關系分析，提出了服務相關數(shù)據優(yōu)化設計的首要問題是作戰(zhàn)活動到服務的映射問題。研究了作戰(zhàn)活動映射到服務優(yōu)化設計中的三類子問題，包括服務發(fā)現(xiàn)、服務流程生成和服務組合優(yōu)化問題。針對服務發(fā)現(xiàn)的問題，結合作戰(zhàn)

7、活動到作戰(zhàn)節(jié)點的映射結果，提出了基于語義關系矩陣和模擬退火算法的服務發(fā)現(xiàn)方法，綜合考慮了內聚度、耦合度、粒度、可維護性和可重用性對服務發(fā)現(xiàn)的影響；針對服務流程生成的問題，基于服務發(fā)現(xiàn)的結果和作戰(zhàn)活動流程的設計結果，提出了服務流程的自動化生成過程；針對服務組合優(yōu)化問題，在服務發(fā)現(xiàn)的結果和服務流程的基礎上，建立了服務組合優(yōu)化設計的數(shù)學模型，綜合考慮了費用、時間、成功率、可用性和安全性的質量屬性的約束，提出了基于IGA算法服務實例的組合優(yōu)化方

8、法，以最終支持完成服務實例到作戰(zhàn)活動的優(yōu)化配置。
　?。?）研究了服務映射到系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法
　　在分析系統(tǒng)相關數(shù)據元模型中數(shù)據之間關系的基礎上，提出了系統(tǒng)類數(shù)據優(yōu)化設計的首要問題是服務到系統(tǒng)的映射的設計問題。以作戰(zhàn)活動到服務的映射關系為已知條件，建立了服務映射到系統(tǒng)優(yōu)化設計問題的數(shù)學模型，研究了系統(tǒng)完成服務的時間、系統(tǒng)執(zhí)行服務的成功率、系統(tǒng)的結構變動代價三類約束條件的計算方法。對比研究了將遺傳算法、粒子群算法和啟發(fā)式算法

9、應用于該問題的搜索方法，基于實驗分析的結果，提出了服務映射到系統(tǒng)的優(yōu)化設計的HPSO算法。
　?。?）研究了岸防作戰(zhàn)體系結構優(yōu)化設計的案例
　　結合岸防作戰(zhàn)體系結構的設計過程，提出了設計該體系結構設計方案所需的基于DoDAF2.0裁剪的體系結構數(shù)據和產品。應用了本文提出的相關問題的優(yōu)化設計方法，分別研究了體系結構在作戰(zhàn)活動流程、作戰(zhàn)活動映射到服務、服務映射到系統(tǒng)的設計過程和相關問題。最后分別構建了作戰(zhàn)活動流程、作戰(zhàn)活動映射到