美军体系结构框架演变趋势

摘要：阐述了美军信息系统体系框架从C4ISR、DoDAF到UAF的发展过程，从视角和模型的角度分析各阶段体系结构框架的特点，并总结了框架从具体到宏观、从局部到全面、向国际化发展的演化过程，结合演化过程和技术发展，探讨性提出体系结构框架的开放式、层次化、服务化等发展趋势，为后续我国我军体系结构框架的设计开发提供参考。

关键词：C4ISR；DoDAF；UAF；体系结构框架；视图；模型

引 言

体系结构方法，是理解和描述人造复杂系统的本质以及与其行为、组成和演变相关的关键特性的方法学。体系结构框架，是描述在特定应用领域和/或利益相关者中建立体系结构的约定、原则和实践。体系结构框架是体系结构方法在某个领域或组织群体中实施的约定或标准，是体系结构方法的落地准则，使各级管理者能够打破联合能力域的界限、部门界限或项目界限，实现有序的信息共享，提高关键的决策能力。

美军是体系结构框架实践的先驱。20世纪90年代，为满足联合作战需求，美国国防部组织、提炼、总结体系结构框架开发经验，逐步形成以视图、视角、模型、产品等为核心的复杂组织机构和新型系统工程顶层设计的方法理论，不仅应用于多部门多系统的集成，还能够支撑核心决策与协同作战。

美军体系结构框架发展历程

美军体系结构框架的发展，经历了从军种联合作战、国防部核心决策、多国联合作战的理念升级变化，形成了以指挥、控制、通信、计算、情报、监视和侦察系统（Command， Control，Communication， computer， Intelligence， Surveillance， Reconnaissance， C4ISR）、美国国防部体系结构框架（Department of Defense Architecture Framework，DoDAF）、统一体系结构框架（Unified Architecture Framework， UAF）等典型成果的过程，如图1所示。

1995年10月，为解决国防部各部门各军种信息系统互联互通互操作的问题，国防部决定开发一种确保指挥、控制、通信、计算、情报、监视和侦察系统能力满足作战需求的方法。在助理国防部长指导下成立的C4ISR集成任务委员会，于1996年和1997年分别形成《C4ISR体系结构框架》1.0版和2.0版，详细阐述全景和作战、系统、技术的视图关系。

2004年2月，为支持需求生成、规划计划、采办管理，美国国防部正式颁布了DoDAF1.0版；2009年5月，为满足领导决策和联合能力开发集成、系统工程、项目管理等需求，体系结构工作组建议重点关注数据并向国际标准靠拢，美国国防部正式颁布了DoDAF2.0，提供了8个视角52个模型。

2009年，对象管理组织（Object Management Group， OMG）使用UML/SysML创建DoDAF和英国国防部体系结构框架（Ministry of Defence Architectural Framework， MoDAF）的统一配置文件标准UPDM（Unified Profile for DoDAF and MODAF， UPDM）1.0版。在2013年发布2.1版后，又将北约体系结构框架（Nato Architectural Framework， NAF）、加拿大国防部体系结构框架（Department of National Defense Architecture Framework， DNDAF）的安全视图集成进来，形成UAF标准取代UPDM，到2022年，分别形成UAF1.0、1.1和1.2版本，提供了11个视图12个方面的矩阵网格。

不同阶段体系结构框架的视角与产品

视角/视图，是观察、分析与描述体系结构的立场、观点与角度，如作战部门关心作战视角、装备部门关心系统视角。产品/模型，是视角内的内容，一个或多个产品/模型组合成一个视角，如标准视角包含标准配置文件、标准预测模型。

在美军的体系结构框架中，视角/视图是框架描述的切入点，产品/模型是框架描述的主要内容。由于篇幅限制，本文主要以C4ISR 2.0、DoDAF 2.0和UAF 1.2版本为研究对象，分析美军体系结构框架视角与产品的演变。

2.1 C4ISR体系结构框架

C4ISR体系结构框架定义了全景视图、作战视图、系统视图和技术视图，其中除全景视图之外的三个视图之间相互的关系如图2所示。

1. 作战视图与系统视图：作战视图向系统视图传递作战所需的装备、人员、信息需求，系统视图向作战视图反馈节点、活动有关的系统要素。

2. 系统视图与技术视图：系统视图向技术视图传递系统的功能、关系、信息交互、平台特性、威胁和约束所需的特定能力；技术视图向系统视图传递系统涉及的能力技术标准和准则。

3. 作战视图与技术视图：作战视图向技术视图传递作战技术、能力要求；技术视图向作战视图传递基础技术和新技术能力。

4个视图共包含26个产品，其中7个核心产品、19个支持产品。作战视图包含9个产品，描述任务和行动、作战要素、作战人员间的相互关系以及完成或支援军事作战所需的信息流。系统视图包含13个产品，确定系统特征，并为比较系统性能与作战要求提供基础。技术视图包括2个产品，确定系统实现的具体准则、标准；最终实现一个互操作的系统。

2.2 DoDAF体系结构框架

DoDAF定义了全景、能力、数据和信息、作战、计划、服务、标准和系统等8个视角。其中，能力、作战、服务和系统4个视角之间具有分层关系，项目/计划视角从管理上支撑体系结构框架，全景、数据和信息、标准视角分别从背景、模型和标准的角度描述整个体系结构框架。如图3所示。

8个视角共包含52个模型，其中，能力、作战、服务、系统4个分层视角共包含42个模型。能力视角包含7个模型，除描述能力本身的外，还描述能力与作战、服务之间的关系；作战视角包含9个模型，主要描述作战概念、活动、规则、状态和流程；服务视角和系统视角各包含13个模型，二者包含的模型名称和描述角度基本一致，都描述背景、功能、度量、演进、状态、规则等，以及自身组成及相互之间的作用和支撑关系。项目视角包含3个模型，从组成、时间线及其与能力之间的映射关系描述能力、作战、服务和系统。

2.3 UAF体系结构框架

UAF构建了架构管理、概要和纵览、战略、业务、服务、人员、资源、安全、项目、标准、实际资源等11个视角，并给出了视角间的相互关系，如图4所示。其中，水平视角的上下关系表示存在支撑关系、左右关系表示相关关系；垂直视角是体系结构跨层的支撑。

UAF构建的11个视角相互支撑，其中，架构管理、概要和纵览、标准视角描述和服务整个框架；安全和服务视角跨业务和“人事+资源”两个层次，并服务于资源和业务；战略、业务、人事+资源、实际资源、项目等5个视角具有分层关系，上下间相互支撑。

UAF的11个视角分别从动机、分类、结构、相关性、处理、状态、顺序、信息、参数、约束、路线图和可追溯等12个方面描述，视角为行、方面为列，形成合计79个网格，如图5所示，表达视角和领域规范之间关系。各视角的主要描述如下：

1. 架构管理视角确定开发适当架构所需的元数据和视角；

2. 战略视角主要是描述能力分类、组成、依赖性和演进过程；

3. 业务视角描述需求、行为、结构和交换的组织逻辑结构；

4. 服务视角是支持业务所需服务的描述；

5. 人事视角定义和探索组织资源的分类、关系、演变过程；

6. 资源视角描述实现解决方案所需的组织、软件、部件、能力和自然资源的架构；

7. 安全视角定义软硬件、政策、环境等安全资产和领域的层次结构；

8. 项目视角描述项目如何形成能力及其过程中的节点和要素关系；

9. 标准视角描述所需遵循和依赖的一组规则；

10. 实际资源视角描述预期或现实的实际资源配置。

体系结构框架视角与产品的演变

经过30年的发展，美国国防部牵头组织制定的体系结构框架，经历C4ISR、DoDAF、UAF三个阶段。从C4ISR发展到DoDAF，架构需求从聚焦作战拓展到支撑国防部改革和决策，覆盖范围从指挥、控制、通信、侦察等拓展到需求、预算、项目管理等领域；再面向多国联合作战需求，将体系结构框架发展到多架构融合的UAF阶段。

3.1 C4ISR向DoDAF过渡

美国国防部体系结构框架从C4ISR向DoDAF发展，由4个视图变成了8个视角，增加的分别是服务、数据和信息、能力、计划视角，视图/视角演变关系见图2；产品/模型增加了26个，主要是能力、计划和服务视角中增加了新的模型，增加或调整关系见表1。

在2008年《国防部体系结构框架产品开发问卷分析报告和新产品备忘录》中，汲取英国国防部体系结构框架和北约体系结构框架的能力、计划和服务视角的划分，增加了能力、计划视角及模型产品，并从现有的系统视角抽出面向服务的视角。为了体现以数据为中心的思想，将原来系统视图和作战视图的数据模式部分合并到数据和信息视角中。

DoDAF视角模型对C4ISR视图产品中的OV-5作战活动模型、SV-5作战活动与系统功能追溯矩阵进行分解细化，移位OV-7逻辑数据模型、SV-11物理模式到数据和信息视角，并新增能力和计划视角的所有模型。

此外，DoDAF从C4ISR视图系统视角拆分为服务和系统视角，两个视角的模型除在SV-3/SvcV-3服务与系统矩阵、SV-5/SvcV-5作战与服务-系统的矩阵关系时有所不同外，基本上是一一对应关系；这是为了适应从系统到服务的交互模式变化，后续将以服务方式交互信息、支撑作战。

3.2 UAF向DoDAF的映射

UAF由UPDM发展而来，UPDM的实质是在不同框架间建立统一的元模型，并提供一致的、标准化的方法来描述DoDAF和MODAF；发展到UAF1.2版，标准又增加了UAF企业体系结构指南，用来指导使用UAF建立企业（或组织）体系结构的步骤。

由于UAF融合了DoDAF、MODAF、NAF、DNDAF体系结构框架，表达方式变成了矩阵网格，行表示视角、列表示视角的方面。相比DoDAF增加了架构管理和安全视角，减少了数据与信息视角；增加了动机方面，把信息和数据视角变成方面。详细见图7。

UAF的网格与DoDAF模型不是明确的一对一关系，也不是所有的网格都要表示，UAF标准的附件1给出了UAF标准与其他各体系结构框架的模型、元素和类等层面的详细映射关系。

体系结构框架的演化和发展趋势

美军体系结构框架的发展经历了三个主要阶段，框架视角越来越全面、模型越来越抽象，并且逐渐向国际标准靠拢，呈现出开放式、层次化、服务化等趋势。

4.1 体系结构框架的演化分析

美军体系结构框架的适用面越来越广，开发的思想、方法也在逐步变化，视图/视角数量逐步增加，模型/产品逐步细化完善。

4.1.1框架领域从具体领域到全面宏观

随着体系结构框架的发展，适用领域和使用范围呈现从具体到全面、从系统到宏观的趋势，体现在如下两个方面：

（1）框架覆盖的组织机构越来越广

C4ISR为了解决不同作战领域的系统互操作和集成问题，是在若干作战机构范围；DoDAF为了解决国防部层面的决策支持和管理问题，是在整个国防部及其所管辖范围；UAF为了解决不同体系结构框架的建模和互通互操作问题，是在不同国家和北约组织范围。

（2）框架适用的领域范围越来越宽

C4ISR解决的是指挥、控制、通信、计算、情报、监视和侦察等信息系统的集成，是在装备、系统层面；DoDAF解决的除作战领域外，还囊括了能力生成、规划计划、采办、预算、项目管理、系统工程等领域，上升到战略层面，也覆盖具体执行层面；UAF力图解决美国、英国、加拿大、北约体系结构框架的集成表达，是不同国家作战体系的联通。

4.1.2视角模型从局部聚焦到全面清晰

随着体系结构框架需求的不断扩充，视图和模型的数量也在不断增加，并且视图与模型的逻辑越来越清晰，体现在如下两个方面：

（1）框架视图/视角越来越完善

C4ISR视图聚焦作战与系统的交联，并使用技术视图和全景视图支撑描述。DoDAF视角顶层定位上升到能力，并新增计划、数据和信息、标准视角（原技术视图）支撑，且在作战和系统视角之间增加服务视角，体现了互联互通的思想从系统到服务转变的思想。UAF融合不同框架，与ISO14010国际标准接轨，增加了架构管理、安全、实际资源等视角，并将组织从规划到执行自顶向下、反复迭代的思想融入其中。

（2）框架产品/模型越来越清晰

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C4ISR四个视图共计26个产品，其中，作战视图9个产品，系统视图13个产品，两个视图合计22个产品，详细描述了作战和系统视角及其相互关系。DoDAF八个视角共计52个模型，其中，能力视角7个模型，服务视角13个模型，作战和系统视角模型数量与C4ISR一致，详细描述了能力、作战、服务、系统之间的关系，计划视角站在组织机构、项目、时间基线等的角度描述从能力到系统的状态。UAF共计88个网格，主要增加在架构管理、安全视角中的模型，并从动机、分类、结构、相关性、处理、状态、顺序、信息、参数、约束、路线图、可追溯性等12个方面分别描述11个视角，单个视角下的模型关系逻辑更加清晰。

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4.1.3框架方法向民用和开放组织靠拢

在体系结构框架升级演变过程中，不断吸纳国际先进组织思想，使用本体抽象的方法论和严谨一致的建模语言，以适应体系结构框架自身升级和融合的需要。

C4ISR整合了陆军、海军、空军、海军陆战队、国防情报局、国防信息系统局等部门的系统标准化元素、参考模型和体系结构等要素，形成以核心体系结构数据模型（Core Architecture Data Model， CADM）为核心模型的框架描述和数据组织方法。DoDAF 2.0版引入国际国防企业体系结构规范（International Defense Enterprise Architecture Specification， IDEAS）的DM2（Department of Defence Meta-Model， DM2）元模型，术语方面向ISO15074、14439以及42010/IEEE1471靠拢，如“视图”改为“视角”。UAF框架标准由OMG组织牵头，重用统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）和系统建模语言（System Modeling Language， SysML）形成统一体系结构框架建模语言（Unified Architecture Framework Modeling Language， UAFML）建模语言，贯彻系统工程（System of Systems， SoS）、业务流程建模标识（Business Process Modeling Notation， BPMN）的设计原则，并引入ISO42010、42020中的框架描述和迭代完善思想，形成以领域元模型、建模语言为标准主体，以追溯性、典型问题、框架指南为标准附录的系列文件。

4.2 体系结构框架的发展展望

从C4ISR发展到UAF，体系结构框架逐渐顺应服务化、抽象化的趋势，在视角、模型、表达等方面逐渐完善、全面，但也存在信息量庞大、抽象层次高、理解和使用复杂等情况。随着信息管理技术的开放式、智能化发展，体系结构框架必定全面融入国际化标准组织，并与民用体系结构框架共同发展，将出现以下发展趋势。

（1）体系结构框架的视角越来越全面，且能够适当分层分类。

体系结构框架是向不断全面和完善的方向发展，需要向不同层次、不同分工的利益攸关者提供不同视角，所需的视角也越来越多样，整体上不断完善。视角数量越多越全面，但也带来理解和定位复杂的问题，需要将视角纵向按照决策-执行分层，或横向按照分工或专业分组。

（2）体系结构框架的模型逐渐严谨、细致，且可以灵活组合、即插即用。

体系结构框架是为了形成一个对复杂组织体规范的、统一的成果集，指导其设计、运行或发展。越是形式化、规范化、模型化的成果，越容易转换成复杂系统或组织体的输入；随着大系统的开放式、松散耦合理念的发展应用，体系结构模型也应基于严谨的建模语言设计，体现模块化、服务化、标准化等特征。

（3）体系结构框架的元素概念越来越抽象，粒度越来越细致。

UAF从融合不同体系结构框架出发，已经定义了一套在不同架构间映射的元模型和概念。将来的体系结构框架方法有趋向统一的趋势，这不仅是在不同体系结构间做映射能够解决的，必将使框架元素原子化、框架概念抽象化，以满足各类组织或系统描述的需求。

（4）体系结构框架应配套智能工具，降低理解和实施的门槛。

如前所述的发展趋势，视角和模型都是越来越多，视角和模型的关系越严谨，模型越来越松散；而对应的底层元素和概念却是越来越抽象、越来越细致。从范围、数量和深度上都有增加，所以非常必要配套辅助框架理解和实施的软硬件工具，甚至还可以开发辅助识别的智能算法和模型，以降低人为理解和识别体系架构的门槛。

结束语

体系结构从不同角度给出对组织或系统的全面描述，体系结构设计方法吸纳服务化、模块化和系统工程等思想，逐渐成为复杂组织的管理者改革，或复杂系统研发者设计的工具。我军结合国情和管理模式，吸收其他体系结构框架的经验，剪裁、制定了两版信息系统体系结构设计指南，可在项目论证、系统研制建设中参照使用。

体系结构设计方法需要团队的认知、沟通、表达有高度的一致性，才能形成体系化、层次化的领域框架成果；并且需要抽象化、系统化思维的人才，和配套描述和管理模型的工具，才能形成规范化、可复用的成果集。我国、我军在体系结构相关人才的培养、配套工具的研发、体系框架的设计与实施验证等方面，还有很长的路要走。