2009-12-28 08:29:44 來源：CIO時(shí)代
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和大型、復(fù)雜系統(tǒng)軟件項(xiàng)目的開發(fā)需求，必須采取相應(yīng)的技術(shù)手段支持不同階段、背景人員的交流?；隗w系結(jié)構(gòu)框架的可視化建模是目前被廣泛認(rèn)可的解決大型復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的諸多問題的一種有效手段。統(tǒng)一建模語言(UnifiedModelLan—guage，UML)是被對象管理組織OMG(0bjectManage—mentGroup)正式采納的可視化建模語言的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。至今，UML在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已得到普遍認(rèn)可，被廣泛用來進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)各種成份的可視化描述、說明，以及構(gòu)造系統(tǒng)模型和建立各種所需的文檔等，然而UML只是一種可視化的建模語言，UML只是一種表示的標(biāo)準(zhǔn)，UML不是過程和方法，但UML允許任何一種過程和方法使用他。美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(Dept.ofDefenseAr—chitecturework，DoDAF)給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中體系結(jié)構(gòu)模型的描述規(guī)則和指南，但他沒有給出具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和建模過程。為此，本文在分析UML對DoDAF模型支持的基礎(chǔ)上，結(jié)合面向過程中功能分解和面向?qū)ο笾幸詥栴}域中的事物為研究對象的思想，提出一種基于DoDAF的系統(tǒng)建模方法，并結(jié)合實(shí)例展示了建模過程。
1UML對DoDAF模型的支持
1.1DoDAF簡述
美國國防部(DoD)于2004年2月頒布了《DoD體系結(jié)構(gòu)框架》的1.0版本，用于指導(dǎo)國防指揮控制系統(tǒng)和商業(yè)運(yùn)作過程的體系結(jié)構(gòu)描述。DoDAFE提出了體系結(jié)構(gòu)描述的3個(gè)視圖：運(yùn)作視圖(OperationalView)、系統(tǒng)視圖(SystemsView)和技術(shù)視圖(TechnicalStandardsView)，并給出相應(yīng)的26個(gè)描述性產(chǎn)品，分別從不同角度共同描述系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和發(fā)展。對于特定的任務(wù)需求，DoDAF模型從不同角度闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須遵循的描述規(guī)范，包括：產(chǎn)品名稱、內(nèi)容以及產(chǎn)品的開發(fā)、分析、比較與集成，力圖以統(tǒng)一的系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，產(chǎn)品名稱，數(shù)據(jù)單元和數(shù)據(jù)模型，防止系統(tǒng)設(shè)計(jì)中因不同描述所造成的錯(cuò)誤理解和“煙囪式”重復(fù)建設(shè)，以有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間共享信息的一致性，實(shí)現(xiàn)基于系統(tǒng)互操作性的復(fù)雜系統(tǒng)集成優(yōu)勢。
1.2UML對DoDAF模型的支持
UML2.0加強(qiáng)了對結(jié)構(gòu)化建模能力的支持，比如結(jié)構(gòu)化類表現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清晰直觀，功能模塊化更好，端口語義的引入，提高了組件化的表現(xiàn)能力。結(jié)構(gòu)化類更好地表現(xiàn)模塊的相關(guān)特征，復(fù)合結(jié)構(gòu)圖更好地表現(xiàn)模塊的結(jié)構(gòu)特征。結(jié)構(gòu)化建模能力的加強(qiáng)更有利于表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元分解，包括運(yùn)作節(jié)點(diǎn)分解到運(yùn)作單元，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分解到系統(tǒng)單元及系統(tǒng)組件，是DoDAF模型OV－2，SV－1和SV－2的有效圖形描述。
在模型的動態(tài)方面，UML2.0中的活動圖提供了更強(qiáng)的數(shù)據(jù)流的語義，可以用活動圖描述業(yè)務(wù)流程。帶數(shù)據(jù)流的活動圖，以及活動圖的分層和多維泳道的采用滿足DoDAF模型中OV－5和SV－4對功能分析描述的需要。在時(shí)序圖方面，應(yīng)用參考可以使時(shí)序圖模塊化，利用這個(gè)機(jī)制可以描述頂層的交互概覽圖，以及建立更加復(fù)雜的時(shí)序圖，支持OV－6c和SV－10c。狀態(tài)機(jī)圖中引入入點(diǎn)和出點(diǎn)作為與外部的交互點(diǎn)，狀態(tài)機(jī)提高了狀態(tài)機(jī)的封裝能力，為OV－6b和SV－10b提供強(qiáng)有力的模擬驗(yàn)證支持。表1描述UML對DoDAF中部分模型的圖形化支持。
2 基于DoDAF的建模過程
2.1基本思想
基于DoDAF的建模過程的基本思想是：將整個(gè)系統(tǒng)模型的構(gòu)建劃分為若干階段進(jìn)行，每一階段分別側(cè)重解決不同的建模問題，分別在不同的抽象層次、以不同的粒度對系統(tǒng)模型進(jìn)行描述，由此保證系統(tǒng)模型可以由粗略到詳細(xì)逐步推進(jìn)，從而減小系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的難度、復(fù)雜度以及風(fēng)險(xiǎn)；明確定義每一階段的實(shí)施步驟，使整個(gè)系統(tǒng)建模過程更為透明，更容易被理解和實(shí)施；為每個(gè)階段設(shè)置明確的結(jié)束準(zhǔn)則，組織對系統(tǒng)模型的階段性評審，以有利于問題的及早發(fā)現(xiàn)和解決，而不僅是在整個(gè)設(shè)計(jì)完成后才一次性進(jìn)行分析和驗(yàn)證。
2.2建模過程
根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)過程，建模過程從主題系統(tǒng)的范圍、目的、預(yù)計(jì)用戶和運(yùn)作環(huán)境人手，采用大粒度的系統(tǒng)分解，通過分析不同層次的場景，抽象出實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的類及對象，建立系統(tǒng)模型。系統(tǒng)模型的創(chuàng)建順序如下圖1所示。整個(gè)建模過程大致分為4個(gè)階段：
(1)創(chuàng)建運(yùn)作分析模型。通過主題系統(tǒng)使命和相關(guān)知識領(lǐng)域信息收集，生成全視圖的描述(AV－1)。對主題系統(tǒng)和重要用例的分析，創(chuàng)建高層運(yùn)作概念模型(OV－1)，確定該系統(tǒng)交互的外部系統(tǒng)和組織實(shí)體(即參與者或角色)，完成場景需求，建立帶有簡單的對象流(消息)活動模型(OV－5)，以及影響活動的運(yùn)作規(guī)則(OV－6a)；在不同的活動場景中，識別出運(yùn)作節(jié)點(diǎn)，通過類圖獲取，建立運(yùn)作節(jié)點(diǎn)連接描述(OV－2)；分析OV－1中用例場景的涉眾(節(jié)點(diǎn))，定義交互消息(OV－3)，著重于運(yùn)作節(jié)點(diǎn)通過消息與主題系統(tǒng)交互的時(shí)序圖(OV－6c)表現(xiàn)用例的外部可見行為，而當(dāng)這些行為是事件驅(qū)動時(shí)，用狀態(tài)圖建模(OV－6b)可以對理解該行為特別有用，而事件追蹤的模擬仿真需要邏輯數(shù)據(jù)的支持，從而創(chuàng)建邏輯數(shù)據(jù)(OV－7)；根據(jù)運(yùn)作節(jié)點(diǎn)(OV－2)的關(guān)系建立組織關(guān)系模型(OV－4)。本階段以O(shè)V－1驅(qū)動，OV－5為過程，OV－2為核心，OV－6a／b／c提供驗(yàn)證體制，循環(huán)往復(fù)逐步增加完善運(yùn)作模型。
在本階段的第一次迭代中，首先是利用知識域和關(guān)鍵場景，采用面向過程的方法，進(jìn)行系統(tǒng)分解，創(chuàng)建頂層概要模型。實(shí)踐證明，對較為復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行功能分解，將系統(tǒng)分解為強(qiáng)內(nèi)聚、松耦合的功能模塊，是降低系統(tǒng)建模復(fù)雜度的一個(gè)有效方法。需要再分解為自治的子系統(tǒng)，最后分解為層(也可以稱為子系統(tǒng))。注意功能分解必須與面向?qū)ο蠹夹g(shù)緊密結(jié)合，以免陷入功能的過分分解和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的歧途。在后續(xù)的迭代建模中，逐步添加細(xì)節(jié)，遵循自頂向下、逐層細(xì)化的設(shè)計(jì)過程。
(2)創(chuàng)建需求分析模型。主要創(chuàng)建的模型是系統(tǒng)功能性描述模型(SV－4)和系統(tǒng)功能可追溯性矩陣的運(yùn)作活動[newpage] (3)創(chuàng)建功能分析模型。主要創(chuàng)建的模型有系統(tǒng)接口描述(SV－1)、系統(tǒng)規(guī)則模型(SV－10a)，系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述(SV－10b)，系統(tǒng)時(shí)間跟蹤描述(SV－10c)，系統(tǒng)信息交換矩陣(SV－6)，系統(tǒng)性能參數(shù)矩陣(SV－7)和物理數(shù)據(jù)模型(SV－11)。通過對SV－4分析以及OV－2模型，用含有類、位置和接口的類圖描述系統(tǒng)、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)和存在于他們內(nèi)部及其間的接口，產(chǎn)生SV－1，對系統(tǒng)進(jìn)行邏輯分解并將邏輯功能分配的物理組件上，同時(shí)可以對功能進(jìn)行動態(tài)描述，以及由OV－6a／b／c到SV－10a／b／c的映射。本階段以SV－1的創(chuàng)建為核心，SV－6和SV－11為其提供數(shù)據(jù)支持，SV－10a／b／c為其提供驗(yàn)證機(jī)制。
第四階段：創(chuàng)建系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型。進(jìn)一步完善SV－1，SV－6和SV－11，重點(diǎn)創(chuàng)建系統(tǒng)通信模型(SV－2)和系統(tǒng)矩陣(SV－3)。在實(shí)現(xiàn)公共接口邏輯和物理透視圖一致建模的基礎(chǔ)上，用復(fù)合結(jié)構(gòu)圖和部署圖為物理節(jié)點(diǎn)及其相關(guān)的通信基礎(chǔ)構(gòu)架建模，產(chǎn)生SV－2；為整個(gè)架構(gòu)模型中的系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間的關(guān)系建模產(chǎn)生SV－3。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型的基礎(chǔ)上的，可用進(jìn)行系統(tǒng)演進(jìn)描述(SV－8)和系統(tǒng)技術(shù)預(yù)測(SV－9)，以及進(jìn)一步的技術(shù)架構(gòu)概要(TV－1)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(TV－2)。
需要說明的是，這4個(gè)階段在實(shí)際應(yīng)用中具有典型的代表性，但卻不是每個(gè)階段的模型都要全部創(chuàng)建，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和表現(xiàn)方面的具體情況而定。在實(shí)踐中，整個(gè)建模過程將呈現(xiàn)多次迭代性，在每次模型構(gòu)建迭代結(jié)束之前，應(yīng)組織對這一迭代的系統(tǒng)模型進(jìn)行評審，評審的目的是對系統(tǒng)滿足功能和質(zhì)量需求的潛在可能性做出評價(jià)。
3 基于DoDAF的超市購物系統(tǒng)建模分析
超市購物系統(tǒng)主要功能是通過有關(guān)設(shè)備完成顧客與超市的商品交易活動。根據(jù)面向過程思想所需要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)為確認(rèn)商品信息和收款交易，到頂層用例模型(OV－1)，識別出主題主體系統(tǒng)以及參與的角色和主要的業(yè)務(wù)場景，如圖2所示。通過活動圖描述(OV－5)，進(jìn)行運(yùn)作節(jié)點(diǎn)(OV－2)設(shè)計(jì)，運(yùn)用動態(tài)模型(OV－6)和數(shù)據(jù)(OV－3)交互，逐步完善運(yùn)作模型，同時(shí)生成(OV－7)。著重討論OV－5和OV－2的創(chuàng)建。
首先將用例作為實(shí)體，分析其場景及完成的活動。確認(rèn)商品信息具體活動還包括讀取商品信息、計(jì)算商品總價(jià)和顯示商品信息與總價(jià)，而活動是有具體的運(yùn)作節(jié)點(diǎn)參與，讀取商品信息由電子標(biāo)簽閱讀器完成，計(jì)算總價(jià)由終端處理設(shè)備完成，顯示商品信息和總價(jià)由顯示器來完成。付款交易活動應(yīng)包括確認(rèn)帳號、購物交易和交易完成，然后根據(jù)這些活動可進(jìn)一步分解，如確認(rèn)帳號要求顧客提供帳號并檢查其有效性，購物交易包括處理交易的商品信息和刷新帳底等，交易完成時(shí)應(yīng)打印發(fā)票，同時(shí)提示顧客交易完成。整個(gè)運(yùn)作活動可以分層細(xì)化，逐步細(xì)分，可以用帶有分層的活動圖表示。如圖3所示確認(rèn)商品信息的活動圖。
經(jīng)過活動流程的分析，參與交互的運(yùn)作節(jié)點(diǎn)、連通性和信息流逐步明顯，通過抽象分析得出功能單元即節(jié)點(diǎn)，用帶接口類圖和復(fù)合結(jié)構(gòu)圖來表示，各節(jié)點(diǎn)能完成獨(dú)立的計(jì)算單元通過接口與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，信息包括信息流和控制流，經(jīng)過分析得到的運(yùn)作節(jié)點(diǎn)如圖4所示。其中信息處理節(jié)點(diǎn)作為復(fù)合結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步分解為信息的計(jì)算單元和信息的存儲單元，銀行系統(tǒng)作為一個(gè)外部系統(tǒng)，只提供有關(guān)的功能接口即可。
在OV－2的創(chuàng)建過程中，各節(jié)點(diǎn)的信息傳遞，可以通過時(shí)序圖進(jìn)行描述不同的用例場景逐步明確，通過狀態(tài)機(jī)圖進(jìn)行模擬驗(yàn)證，完成信息機(jī)制，建立數(shù)據(jù)模型。每一步都有相應(yīng)OV模型產(chǎn)生，從而使整個(gè)的建模過程成為一個(gè)相互驗(yàn)證逐步遞增的整體。高質(zhì)量的運(yùn)作模型可以為需求分析模型創(chuàng)建提供有效的輸入，需求分析模型是運(yùn)作分析模型到功能分析模型的過渡，至此功能分析模型經(jīng)過運(yùn)作分析模型和功能分析模型的映射初步明確形成，然后創(chuàng)建系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型，包括部署等。注意系統(tǒng)模型的建立是一個(gè)循環(huán)迭代的過程，隨著對信息的獲取更加廣泛與深入，系統(tǒng)模型的建立逐步演進(jìn)和完善。
4結(jié)語
本文給出基于DoDAF的系統(tǒng)建模過程，充分利用UML靜態(tài)和動態(tài)建模機(jī)制的特點(diǎn)，使用UML從系統(tǒng)需求說明開始基于體系結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上逐層逐步為系統(tǒng)進(jìn)行建模。采用統(tǒng)一建模語言，基于體系結(jié)構(gòu)框架的系統(tǒng)建模在不同的階段可分別獲得關(guān)于系統(tǒng)不同層次、具有不同細(xì)節(jié)程度的模型，滿足不同人員從不同層次了解系統(tǒng)的需要，并有利于系統(tǒng)不同層次模型的重用。實(shí)踐證明，尤其是對于大型復(fù)雜系統(tǒng)，運(yùn)用簡單明了的UML可視化圖形基于體系結(jié)構(gòu)框架模型從不同角度將復(fù)雜系統(tǒng)表示出來，不僅可以為系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、維護(hù)及擴(kuò)展提供有利的條件，還可提高系統(tǒng)的可重用性和可維護(hù)性，具有廣泛的應(yīng)用前景。
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