解读北约体系结构框架NAF

陆 敏，王国刚，黄湘鹏，施未来

（1.海军指挥学院，江苏 南京211800；2.海军驻716所军代表室，江苏 连云港222006；3.海军驻南京地区航空系统军事代表室，江苏 南京210002）

随着信息技术在国防领域的广泛应用和快速发展，世界各国军队向信息化建设转型的步伐也日益加快。战场信息的互联、共享成为获得战场信息优势的关键，进而成为取得战争胜利的重要因素。为了获得最大的战场信息透明度，各国都陆续提出网络化作战的概念并开展相关建设，其中最具代表性的就是美军的网络中心战NCW、英军的网络化作战能力NEC（Network Enabled Capability）、以及北约提出的北约网络化作战能力（NATO Network Enabled Capability）。

由于网络化作战能力的建设是一项非常庞大复杂的工作，涉及的军兵种、部门和技术众多，同时需要兼顾到各类用户的需求，因此需要一个更加有效的方法来对建设工作进行指导和管理。目前各军事强国都普遍采用体系结构方法，在开展相关的理论研究的基础上推出一系列体系结构框架，其中又以美军的国防部体系结构框架DoDAF、英军的国防部体系结构框架MoDAF和北约的体系结构框架NAF最具代表性。北约体系结构框架最新的3.0版本是一部能够真正支持网络化作战能力开发的规范，其中许多重要的观点和成果都被吸收到最新的美军DoDAF2.0版本，代表了外军体系结构研究的最新成果。深入研究学习北约体系结构的开发理念和方法，对于我军当前的信息化建设具有积极的借鉴指导作用。

1 北约网络化作战能力与体系结构框架

1.1 北约网络化作战能力NNEC

北约网络化作战能力是由北约的九个国家（加拿大、法国、德国、意大利、荷兰、挪威、西班牙、英国和美国）在2003年11月提出的，并于2009年开始推广和应用的一项面向北约全部成员国的计划。其出发点是期望在北约及其成员国范围内实现充分的合作，确保各种项目间的完全一致性，同时尽可能地重复利用北约成员国现有的资产。北约网络化作战能力计划是通过建立一个公共的信息基础设施，将所有层面上的军事和民用的各种能力结成联邦，最终实现“共享取胜”的联盟能力。北约网络化作战能力计划强调通过人员间的互动和信息共享来增强态势感知的能力，加快决策的速度、提高决策科学性和准确性，提高资源的利用率，促进成员国之间的合作。网络和信息基础设施是保证用户之间协作与共享信息、降低决策周期时间的基础，它采用灵活、无缝连接的方式将现有网络联系在一起，确保正确的人员在正确的时间得到正确的信息，从而取得信息优势，进而占据战场主动权。

北约盟军司令部将 NNEC分解为多个“一致性区域”的小块，分别侧重于作战指挥人员的作战概念和需求牵引、体系结构及服务定义和规范、NNEC的实施、领导层的领导权和引导权，以及与北约政策层保持的必要联系。北约网络化作战能力的实现是一个复杂且庞大的工程，需要作战人员、采办人员、规划人员、决策者、职能部门、生产商、协作人员等多方的参与，采用的技术也错综复杂，对它们进行有效的管理和规划需要科学方法，北约体系结构框架NAF就是其中的一种，在NAF3.0版中就能够提供对北约网络化作战(NNEC)体系结构的支持。

1.2 体系结构框架

体系结构设计方法是目前公认的一种重要系统顶层设计方法，它从多个角度全面描述系统，展现不同系统组成间的相互关系，帮助人们理解系统，促进人员间的沟通。大型系统的关系是错综复杂的，不仅包括该系统与外界的接口、内部子系统的划分和相互关系，还涉及到不同目的使用者希望了解的各种关系。例如使用者关注的是系统的使用效率和维护费用，设计者关注的是系统的可实现性和功能间的平衡，而投资者关注的可能就是成本和效益，采用体系结构设计方法就可以帮助人们理清这些乱成一团的各种关系。

体系结构是系统各组成单元的结构、关系以及制约它们设计的原则和指南，是系统人员对系统进行设计和实现的依据[1]。如果将体系结构理解成从不同角度描述系统的一系列模型，那么体系结构框架则是对这些模型提出的规范。在统一的体系结构框架指导下，采用体系结构设计方法去完整描述复杂大系统，可以确保系统能够有效满足不同用户的使用需求，实现系统间的信息互通和共享，确保系统设计的完整性和一致性，提高系统设计质量，避免重复建设，节省建设、维护、使用成本，实现系统间的综合集成，这些也正是越来越多国家的军队开展体系结构研究的重要原因。

美国最早在军事领域开展体系结构研究，也是最早推出体系结构框架的国家，早在1996年美军就推出《C4ISR体系结构框架》1.0版本，明确提出从作战、系统、技术三个视角来描述系统体系结构，并规定了每个视角需要描述的内容，后来又陆续升级到《国防部体系结构框架》1.0、1.5和2.0版本。北约的体系结构框架最早就是建立在美军的体系结构框架之上，也采用了作战、系统和技术三个视角来描述北约范围内军事信息系统的体系结构[7]。

2 北约体系结构框架NAF

2.1 北约采用的四类体系结构

在北约网络化能力建设中，北约针对不同的目的和用途，对短期、中期和长期的战略决策需求和不同层次的要求分别采用了四类体系结构来进行描述（如图1所示），它们是顶层体系结构(OA,Overarching Architecture)、参考体系结构(RA,Reference Architecture)、目标体系结构(TA,Target Architecture)和基线体系结构（BA,Baseline Architecture）。这四类体系结构都是动态变化的，都需要定期升级反映作战需求和技术上的变化。

图1 北约体系结构类型之间的关系

顶层体系结构 OA是对北约整体未来态势的描述，描述的内容比较宽泛，简单说就是回答“是什么(What)”的问题。顶层体系结构是最上层的体系结构，它自上而下描述北约 C3系统所期望的能力配置，以及为完成这样的能力配置对不同 C3系统间的关系所提出的要求，通常时间跨度为15年。北约要求顶层体系结构和其他三类北约体系结构的设计和开发工作必须在北约体系结构框架NAF的指导下完成，并且最终产品都必须符合NAF的规范要求。正是由于采用了符合北约体系结构框架NAF规范要求的标准化的产品，虽然顶层体系结构 OA是一个比较宽泛的高层次描述，但在OA中描述的细节仍可以满足在网络、传感器领域、以及不同用户间，实现系统、系统组件、以及与外部C3系统间的接口的识别的需求。

相比顶层体系结构OA，参考体系结构RA关注的是更加详细的能指导北约各种计划实施的结构细节描述，它可以针对北约整体也可以只是针对某个特定的领域，回答的是“怎么做(How)”的问题。参考体系结构集中反映了北约在系统技术、投资各方事宜的战略决策，时间上横跨整个北约系统开发的规划过程，通常为6年。参考体系结构中包括的信息有用户需求、实施过程、高层解决方案等，根据这些信息可以着手开始项目的开发工作。参考体系结构强调的重点是服务、过程和组件功能，参考体系结构同时也是开发基线体系结构和目标体系结构的基础。

目标体系结构TA仅限于描述单个项目范围内决策的实施，它建立在参考体系结构的基础之上，说明RA的具体实施方案，即回答“用什么(With What)”的问题。目标体系结构由NC3B管理，目标体系结构来源于相关的参考体系结构，描述的是与期望能力直接相关的采办和组件集成的系统设计细节，强调的重点是系统和服务的规范。目标体系结构在整个系统采办和初始设计过程中都是有效的。

基线体系结构BA是北约C3能力部署的当前状态描述，包括北约和各成员国系统的系统组件及其互联状况，以及与这些相关的外部连接。基线体系结构可用于北约面向任务的分析过程（MOA），帮助评估作战要求潜在的解决方案。基线体系结构对于用户、规划人员、管理者和系统管理人员来说是非常有用的工具，它可以帮助建立、理解和维护当前的企业或者领域的配置状况。

2.2 NAF3.0的视图和产品

从2000年11月北约C3委员会第一次推出北约C3系统体系结构框架（NC3SAF）至今，北约已陆续推出多个版本的体系结构框架。最早的NC3SAF基本上是以美军的C4ISR体系结构框架为基础，后续的版本中根据北约自身的特点和需求，对原有版本的内容不断进行修订和升级，北约体系结构框架（NAF）的第二版，是在2002年到2004年之间开发，并于2004年8月获得批准，最新的NAF3.0版本发布于2007年。NAF3.0为北约及其成员国范围内开发和描述体系结构提供一系列规则、指南和产品，确保所开发的体系结构能够进行比较和集成[2]。

在北约体系结构框架NAF3.0版本中，主要从七个视角来为体系结构提供具有整体性、一致性和连贯性的描述，同时又在每个视角规定了若干产品来描述北约体系结构每个视角的特定属性。这七个视角分别是北约作战视图（NOV）、北约系统视图（NSV）、北约技术视图（NTV）、北约全局视图（NAV）、北约服务视图（NSOV）、北约能力视图（NCV）和北约计划视图（NPV），如图2所示[1]。

图2 北约体系结构框架NAF3.0组成

1）北约作战视图NOV

北约作战视图描述的是完成北约使命任务所需的任务、活动、作战要素以及信息交换等，NOV的产品形式通常是图形和文本，这些产品的组成元素包括作战节点、分派的任务和活动、以及节点之间的从属关系等。支持作战任务和作战活动的信息交换类型和细节也在 NOV中有相应的产品描述。北约作战视图主要由九个产品组成，包括：NOV-1高级作战概念描述、NOV-2作战节点连通性描述、NOV-3作战信息需求描述、NOV-4组织关系图、NOV-5作战活动模型、NOV-6a作战规则模型、NOV-6b作战状态转移描述、NOV-6c作战事件追踪描述和 NOV-7信息模型。

2） 北约系统视图NSV

北约系统视图产品描述了作战视图或服务视图中所用到的系统资源，以及这些系统间的相互关系。这些系统被用来构造服务视图中的服务，并支持作战视图中定义的作战活动和作战节点之间的信息交换。北约系统视图主要由九个产品组成，包括：NSV-1系统接口描述、NSV-2a系统端口规范、NSV-2b系统到系统端口连接性、NSV-2c系统连接簇、NSV-2d系统通信质量需求、NSV-3系统到系统矩阵、NSV-4系统功能描述、NSV-5系统功能到作战活动追踪矩阵和NSV-6系统数据交换矩阵。

3）北约技术视图NTV

北约技术视图产品描述的是技术实施的指导方针，以及技术工程的详细规范和公共标准，它包括一系列技术标准、技术实施规范、标准选项、规则以及管理系统和服务的标准。北约技术视图产品主要由三个产品组成，包括：NTV-1技术标准概要、NTV-2技术标准预测和NTV-3标准配置。

4）北约全局视图NAV

北约全局视图是对体系结构的整体描述，包括体系结构的范围和环境。这里的范围主要是指体系结构的主要应用领域和时间限制。体系结构的环境由众多相互关联的条件组成，包括：条令、战术、技术、程序、相关的目标和构想声明、作战概念、想定以及环境条件等。北约全局视图主要由四个产品组成，包括：NAV-1总体概要信息、NAV-2综合字典、NAV-3a体系结构遵从说明（元数据）和NAV-3b元数据扩展。

5）北约服务视图NSOV

NAF中加入服务视图是为了支持建立基于面向服务体系结构（SOA）概念的体系结构，这也是实现北约网络化作战能力NNEC的基础。北约服务视图描述的是直接支持作战域的服务，这些服务从可以理解为服务的提供者给服务的消费者提供一个有用结果的过程。在北约服务视图中关注的不仅仅是服务的识别和描述，还包括服务的分类、服务的组织协调、服务到作战活动的映射以及各种服务行为种类的描述。北约服务视图主要由五个产品组成，包括：NSOV-1服务分类、NSOV-2服务定义、NSOV-3服务到作战活动的映射、NSOV-4服务编排和NSOV-5服务行为。

6）北约能力视图NCV

对符合北约战略意图的军事力量投送的分析优化过程是北约能力视图支持的一项重要内容，为此在北约能力视图描述中需要获取北约战略构想和北约能力配置过程中的基本元素、并将这些数据分解为能力分类。通过时间表数据和效能度量，能力分类能够实现能力差距分析和能力冗余分析。同时在北约能力视图中进一步细化了军事能力间的从属关系，这样就能够在北约公共基金项目范围内以一种更顺畅的方式建立能力选项，并以一种更有效的方式去比较评定这些能力选项。北约能力视图主要由七个产品组成，包括：NCV-1能力构想、NCV-2能力分类、NCV-3能力阶段、NCV-4能力依赖关系、NCV-5能力到组织部署的映射、NCV-6能力到作战活动的映射和NCV-7能力到服务的映射。

7）北约计划视图NPV

NAF 3.0版本中引入北约计划视图主要是为了描述北约能力需求和各种计划与正在实施的项目之间的相互关系。北约计划视图提供计划的细节，并突出能力管理和北约采办过程中的从属关系，这些信息能进一步显示采办决策在体系结构中的影响。北约计划视图产品主要包括 NPV-1计划投资组合关系和 NPV-2计划到能力的映射两个产品。

2.3 NAF3.0的主要变化和特点

为了满足在联合军事行动中与美军互联互通和互操作的要求，最初的北约体系结构框架是参照美国国防部体系结构 DoDAF建立的，其很多内容都借鉴了DoDAF，随着北约体系结构框架 NAF在北约及其各成员国的应用日趋广泛，很多开发体系结构的成功经验成果又被吸收到NAF中，此外NAF中也增加了一些北约特有的新内容，呈现出许多新的特点，主要表现在以下几方面。

1）增加新视图，实现对北约能力开发过程、计划管理和面向服务体系结构的支持

在北约体系结构第三版增加了新的视图组，例如能力视图、服务视图和计划视图。能力视图由7个产品组成，涉及到能力开发的整个生命周期，为能力开发提供指导和规范，确保最终开发的能力与期望的能力保持一致。服务视图细分为服务分类、服务定义、服务到作战活动的映射、服务编排和服务行为五个产品。计划视图包括计划投资组合关系和计划到能力的映射两个产品。这些产品都是北约在美军原有体系结构框架版本提出的作战、系统、技术和全局四个视角基础上，根据自身的特点和需求新增加的对体系结构进行描述和分析的新视角，这些新视角和新产品使得对体系结构的描述更加全面、更加完整。

2）支持频谱和带宽管理

由于电磁接口数量的不断增加，电磁空间变得越来越拥挤,频谱上的限制使得军方在对新武器的部署变得更加困难。因此对于在电磁环境下使用的军事装备的任何一部分，必须在设计阶段就给与更多的关注,在最终设计和制定采办决策前，必须开展科学的分析，以确保清楚地了解电磁频谱接口的影响。对频谱的管理是通过频谱工程、频谱监视和频谱分配来完成，通过频率、位置和时间将频谱使用者分割开来，目的是确保频谱在无干扰基础上的可用性。在NAF3.0中引入了一个全新的视图产品来描述电磁频谱和带宽，这就是 NSV-2d系统通信质量需求视图。NSV-2d 系统通信质量需求视图详细描述适用于系统间通信的特定质量需求，重点强调系统通信质量需求的特殊分类，突出了对通信特定方面内容的特别关注，这在其他体系结构框架中是见不到的。

3）北约体系结构框架元模型NMM

北约体系结构框架元模型NMM是北约体系结构框架的基础。元模型识别所有视图中表示的所有类型的体系结构元元素，以及这些概念之间的关系，为体系结构框架提供语义上的严谨。所有定义的视图和产品都必须与NMM一致。元模型在形式上采用统一建模语言UML2.0定义。NMM定义了北约体系结构框架的视图及其相互关系中许可的体系结构对象和组件，保证了在北约及其成员国之间进行体系结构信息交换。在美国最新的国防部体系结构框架 2.0版本[4]中，也采用类似的元模型，美军称之为 DoDAF元模型（DM2，DoDAF Meta-model）。

4）基于XMI的体系结构数据交换

由于体系结构开发工作常常需要几个团队协作完成，为了确保不同人员设计的体系结构能够进行交换，除了在视图产品的开发设计上遵从NAF中的定义外，还需要在数据层方面遵从一定的数据格式标准，从而确保数据交换的实现。在NAF3.0版本中采用了基于XMI（Extensible Mark-up Language Metadata Interchange可扩展标记语言元数据交换）的体系结构数据交换格式，XMI是一种产生用于建模语言的文件格式的方法，它定义了元模型转换成 XML规范的方法，是一个OMG标准。

5）北约体系结构库（NAR）

NAR包括各国可用的体系结构信息，是所有北约体系结构描述的基本库，顶层体系结构、参考体系结构、目标体系结构和基线体系结构都应当存放在北约体系结构库中。将不同环境下开发的体系结构产品收集到一个共享的存储库中是为了便于使用和管理，投资各方和使用者可以从体系结构库中提取和分析所需的体系结构信息。NAR是确保体系结构产品有效设计、使用和重用的关键，在组织内部使用体系结构库可以使信息的共享正式化，可以实现体系结构的评估、确保体系结构一致性和互操作性、同时实现服务的供应。当前已经有许多国家和组织参与开发和维护体系结构库。

3 NAF对北约网络化作战能力NNEC的支持

NAF3.0版本是第一部能够真正支持网络化作战能力开发的体系结构规范，其从诸多方面提供了对北约网络化作战能力的描述。为了能够正确充分地描述NNEC，北约提出了相应的体系结构描述中需要具备十五种网络化作战能力要素，分别是：1）执行者：谁是负责执行任务的人员？2）作战目标：作战期望达到怎样的目标？3）能力：为了达成期望的效果，指挥作战需要具备什么能力？4）作战对象：达到作战目标需要怎样的作战实体？5）信息对象：作战对象的哪些信息是相互关联的？6）过程：为了实现期望的最终状态，需要怎样的作战过程？应当怎样组织这些作战过程？7）位置：所有的过程、服务和活动发生在什么地方？8）信息需求：为完成任务执行者需要了解哪些信息?9）业务规则：在达成最终的期望状态时需要满足的条件和约束是什么？10）信息产品：为达到目标所需要的信息内容包括哪些？11）信息流：在人员之间点对点的信息链是怎样的?12）用户：谁是应用程序功能的需求者？13）服务：交付的（信息）产品和功能是什么？14）组件：服务的构成是怎样的？15）组件协同：组件之间如何相互作用？

北约体系结构框架 NAF3.0版本对网络化作战能力NNEC描述的支持，集中体现在以上所有NNEC元素在NAF3.0中都有对应的视图产品描述，具体见表1。

表1 NAF视图产品与NNEC体系结构元素的对应关系

4 结束语

目前，我军正在大力开展信息化建设，对体系结构的研究和应用是信息化建设中的一项重要工作，北约在体系结构研究和建设方面的成果和经验值得我们借鉴。在我军信息化建设的过程中，应该立足军事需求，加紧我军体系结构框架的理论的研究，尽快推出符合我军实际又适应未来战争特点的体系结构框架，并以此为标准和规范，开展符合我军实际的军事信息系统的体系结构建设，提高部队的作战能力，使我军的信息化作战能力迈上一个新台阶。

[1]The NATO C3 Board.NATO Architecture Framework Version 3.0 [Z].http://www.nhqc3s.nato.int/ Browser.asp?Target=-docs/NAF-v3.NorthAltlanticTreatyOrganization,November 2007.

[2]NATO Consultation Command and Control Board.Transition Guidance NAF v2 to NAF v3 [Z].http://www.nato.int.2008.

[3].DoD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version 1.5 [R].The U.S.:Department of Defense,2007.

[4]DoD Architecture Framework Working Group .DoD Architecture Framework Version 2.0 [R].The U.S.:Department of Defense,2009.

[5]DAF Development Team.The MODArchitecture Framework Version 1.2 [Z].www.modaf.org.uk.TheUK:Ministry of Defense,2008.

[6]王磊,罗雪山,罗爱民 C4ISR体系结构服务视图产品描述方法研究[J].科学技术与工程,2010 (10):2322-2329.

[7]吕翔,姜志平,等.C4ISR体系结构设计与分析的研究现状及其存在的问题[J].重庆邮电大学学报(自然科学版).2008,20(04):496-499.

[8]曲爱华,陆敏.解读英国国防部体系结构框架MoDAF1.2[J].指挥控制与仿真,2010,32(01):116-120.

[9]刘小海,田亚飞.C4ISR体系结构框架及设计方法[J].火力与指挥控制,2010 (1):6-8.