CN102609259A - 一种基础软件平台体系结构设计与评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基础软件平台体系结构设计与评价方法，所述方法包括如下步骤：(1)构建能力需求分析视图；(2)构建服务视图；(3)构建技术视图；(4)建立效用评价系统；(5)建立实施评价单元，对体系结构进行综合评价。本发明提供的基础软件平台体系结构设计与评价方法，适用于大规模基础软件平台在开发初期阶段进行顶层架构设计及其评价，对体系结构进行评价时，可将静态分析和动态分析有效结合。

Description

一种基础软件平台体系结构设计与评价方法

技术领域

本发明属于计算机信息处理技术领域，具体涉及一种基础软件平台体系结构设计与评价方法。

背景技术

在现有的基础软件领域，国内外没有针对性的体系结构设计与评价方法。在体系结构设计方面，典型的方法如Zachman、Togaf、DoD AF、Mod AF等，这些方法主要适用于大型应用系统。而基础软件处于基础和支撑地位，采用这些方法并不适用。

在体系结构评价方法方面，现有的以ATAM为代表的评价方法主要是针对体系结构开展静态分析，基于可执行模型的评价方法也主要用于系统测试，这些方法无法将静态分析和动态分析有效结合。另外，在现有的DoD CLIP项目中提出使用QAW和ATAM方法评估分析通用链接集成处理平台的体系结构，能够减少软件采购和研发的风险。其中QAW和ATAM主要采用论坛方式分析平台体系结构的需求和隐含内容，以定性评价为主，主要为前期的体系结构决策提供支持，缺乏对具体场景下质量属性指标的可度量化和体系结构实现情况的评估。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种基础软件平台体系结构设计与评价方法，适用于大规模基础软件平台在开发初期阶段进行顶层架构设计及其评价，对体系结构进行评价时，可将静态分析和动态分析有效结合。本发明提出的基础软件多视图体系结构框架设计方法，相对于DoD AF、TOGAF、Zachman、FEAF等方法，具有针对性强、适用于大型基础软件等基础设施类项目、适合网络化和服务化技术发展趋势的特点；还提出了基于场景的体系结构评价与验证方法，将基于ATAM的质量属性权衡比对和基于可执行模型的测试验证有机地集成在一起，定性评价与定量验证相结合。

为实现上述目的，本发明提供一种基础软件平台体系结构设计与评价方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

(1).构建能力需求分析视图；

(2).构建服务视图；

(3).构建技术视图；

(4).建立效用评价系统；

(5).建立实施评价单元，对体系结构进行综合评价。

本发明提供的优选技术方案中，所述能力需求分析视图，包括依次设置的网络支持模块、安全支持模块、综合管理模块、集成支持模块、数据共享模块、配套支撑模块和基础支撑模块。

本发明提供的第二优选技术方案中，所述服务视图包括：并列设置的映射模块和接口模块、以及与所述映射模块和接口模块分别连接的信息交换模块。

本发明提供的第三优选技术方案中，所述映射模块用于定义体系中各领域软件服务、服务子项及其与基础软件平台能力单元之间的映射关系；接口模块用于定位各服务域之间的接口关系；所述信息交换模块按照映射关系和接口关系确定各服务项在提供服务过程中体现的信息交换关系。

本发明提供的第四优选技术方案中，所述技术视图包括：并排设置的应用支撑单元、中间件单元、数据库单元、操作系统单元、网络软件单元、安全单元和综合管理单元。

本发明提供的第五优选技术方案中，所述效用评价系统包括并排设置的功能性评价单元、效率评价单元、安全性评价单元和可靠性评价单元。

本发明提供的第六优选技术方案中，所述功能性评价单元包括并列设置的功能适合性模块、标准符合性模块和互操作性模块。

本发明提供的第七优选技术方案中，所述效率评价单元设置有时间特性模块。

本发明提供的第八优选技术方案中，所述安全性评价单元包括并排设置的保密性模块和安全可靠性模块。

本发明提供的第九优选技术方案中，所述可靠性评价单元包括并排设置的容错性模块和易恢复性模块。

本发明提供的第十优选技术方案中，所述实施评价单元包括：场景描述表和与其连接的综合评价模块。

本发明提供的较优选技术方案中，所述场景描述表包括数据采集模块和与其连接的体系结构决策模块。

本发明提供的第二较优选技术方案中，所述数据采集模块采集所述基础软件平台体系结构在同一场景下的属性、环境、刺激和响应4个方面的信息并进行存储；所述体系结构决策模块列举针对该场景的体系结构决策，分析决策的敏感点、权衡点以及是否具有风险，并根据分析结果对体系结构决策是否支持场景做出推理。

本发明提供的第三较优选技术方案中，所述体系结构决策模块采用下述模型对所述基础软件平台体系结构进行评价：

F＝§(yi，wi)

其中，wi为第i项评价指标的权数；yi＝fi(xi)，为xi的效用函数评价值，fi为xi的效用函数；§为合成函数；yi的结果是基于分析结果计算得出每一个评价指标的量化值，或者是根据判断结果得到的量化值。

与现有技术比，本发明提供的一种基础软件平台体系结构设计与评价方法，在体系结构设计方法方面，提出了大基础软件多视图体系结构框架设计方法，相对于DoD AF、TOGAF、Zachman、FEAF等传统体系结构设计方法，本方法具有针对性强、适用于基础软件等基础设施类项目、适合网络化和服务化技术发展趋势等优点；本方法结合基础软件的地位与特点，重点考虑了三个方面的因素，对体系结构框架方法进行优化，一是考虑到基础软件在信息系统中处于基础和支撑地位，属于软件基础设施，从能力需求出发比从操作需求出发更适合其特点；二是考虑到网络化、服务化技术发展趋势，基础软件作为基础对新技术体制具有带动作用，在系统视图中强调了面向服务的设计思想；三是考虑到项目的顶层指导作用，需要在进度、项目衔接关系上进行统一筹划、整体推进，落实体系结构、标准轮廓等总体设计，增加项目视图。通过以上因素分析，项目确定了大型基础软件体系结构框架四视图方法。通过基础软件体系结构框架四视图方法，有力提高了大型基础软件总体设计的水平；在体系结构评价与验证方面，本方法提出了基于场景的体系结构评价与验证方法，在体系结构设计和集成联试两个关键节点对体系结构进行定性评价与定量验证，将基于ATAM的质量属性权衡比对和基于可执行模型的测试验证有机地集成在一起，综合不同阶段的评估数据，对体系结构做出全面、客观的评价，该方面采用定性和定量相结合、分阶段评价，具有评价方法更深入、体系结构调整更及时的特点，评价结果对软件体系结构调整、设计改进具有良好的促进作用。

附图说明

图1为能力需求分析视图的示意图。

图2为技术视图的示意图。

图3为效用评价系统的示意图。

具体实施方法

(1)基础软件四视图体系结构框架设计技术

即能力需求视图(CV)、系统与服务视图(SV)、技术视图(TV)以及项目视图(PV)，系统地描述基础软件体系的能力、构成、关系以及技术体制。

在需求能力视图(CV)中，针对应用对基础软件的需求，结合网络化、服务化等技术发展趋势，较系统地分析软件的能力构成。全面地体现了大型基础软件高可靠、高安全、可扩展、可互操作等主要能力特性。

在系统与服务视图(SV)研究中，分顶层结构、系统与服务结构、各服务域间的接口关系以及服务部署模型等多个部分开展研究，重点对基础软件各服务域之间的接口关系进行分析，确定了功能调用、服务调用、网络通信、数据访问、数据采集等共各类接口集。

在技术视图(TV)中，提出面向服务的基础软件的技术参考模型，归纳大型基础软件的技术体制，形成了标准轮廓，指导各软件的技术路线和接口设计。

在项目视图(PV)中，明确了项目的组织结构、项目进程安排、里程碑节点，以及任务之间的衔接关系，规范项目各承研单位之间的技术协调关系和进程安排。

(2)基于场景的体系结构评价与验证技术

在体系结构设计和集成联试两个关键节点对体系结构进行定性评价与定量验证，将基于ATAM的质量属性权衡比对和基于可执行模型的测试验证有机地集成在一起，综合不同阶段的评估数据，对体系结构做出全面、客观的评价。主要分以下三个步骤：

(A)构建基于场景的评价指标体系

评价指标体系的构建采用自顶向下的分析法，首先提出针对大型基础软件体系结构的评价总目标，然后将总目标按照质量属性分为不同子目标，逐步细分，直到将子目标的验证落实到具体的场景中，形成可以度量的指标，对场景指标进行精确描述，明确触发事件、产生环境、响应内容和度量方法，以及指标的优先级，同时综合各领域专家的意见，不断的调整完善该评价指标体系。

(B)基于ATAM的体系结构定性分析

基于ATAM的大型基础软件体系结构分析方法从评价指标体系中抽取场景中的属性、环境、触发事件、响应等描述，从体系结构框架产品包含的质量属性中分析与该场景相关的体系结构决策，分析是否具有支持该场景的敏感点、权衡点以及该决策是否具有风险等，并由专业人员根据指标优先级综合分析结果，对体系结构决策是否支持该场景做出定性推理。

(C)基于可执行模型的体系结构定量评估

体系结构动态行为和特征的验证评估是体系结构验证评估中的重要内容，基于可执行模型的体系结构验证方法是将体系结构各视图产品转换为可执行模型，建立集成演示系统，通过效用函数综合分析集成演示系统的执行过程和执行结果，验证体系结构的设计质量。

根据上述的构思，提供一种基础软件平台体系结构设计与评价方法，考虑当前国内基础软件平台(包括操作系统、数据库、中间件、网络支撑、安全支撑和综合管理支撑等)所面临亟待解决的顶层设计缺乏、总体架构不清晰、技术体系评价方法弱等现实问题，本文提出了以基础软件能力分析视图、服务分析视图、技术分析视图共三个方面进行基础软件平台体系结构设计的方法。同时，提出了基于指标体系的体系结构评价方法。

(1)基础软件平台体系结构设计方法：

能力需求视图设计方法：依据基础软件平台所属领域不断呈现出的新特点提出相应需求框架，利用结构化的描述方法重点设计要满足功能通用、集成度高、网络化支持能力强、灵活性好、安全可靠等方面的能力构成，其构成方式是基于所属业务领域在业务和管理两个层面对基础软件界定的任务与需求而产生，是体系结构设计中服务视图、技术视图，以及评价中评估指标体系建立的主要依据，也是各个领域业务系统设计开发、评估、集成的主要依据。

服务视图设计方法：通过设计大型基础软件平台核心软件的服务部署模型，以基础软件实体为服务元素，定义模型中各服务元素的组成要素、要素接口关系、服务支撑节点、支撑节点间连接关系以及具有可动态调整能力的部署结构。

技术视图设计方法：提出大型基础软件平台应遵循的统一技术体制，规范各部分的实现技术途径，重点针对关键基础软件中吸纳借鉴的核心技术和自主研发的关键技术进行归纳分析，形成大型基础软件平台技术体制框架。

(2)体系结构评价方法

体系结构的评价方法必须结合并符合大型基础软件平台所属业务领域的技术特征要求，也就是要在一定的上下文环境中才能对体系结构质量属性做出客观科学的评价。为此提出了基于场景的体系结构评价方法，该方法主要以大规模业务领域系统建设平台为想定场景，利用场景技术使评价目标具体化，同时构建基于场景的评价指标体系，通过场景分析明确场景与体系结构的关系，根据体系结构对场景的支持程度采用基于效用函数综合评价法予以评价，最终可为调整优化基础软件体系结构和修正基础软件设计开发提供技术。具体方法如下：

评价指标体系的建立，根据大型基础软件平台所属业务领域的技术特征要求，确定以功能性、效率、安全性、可移植性和可靠性5个质量属性及功能适合性、互操作性、容错性等子属性为评价指标的切入点，构建以树状结构为主要表现形式的评价指标体系建立方法，该树状结构可以反映指标之间的分类或从属关系，树状结构的根节点为目标层，可用作效用衡量，代表各属性的综合水平；质量属性作为效用树的二级节点；质量属性下的子属性成为分支层，它们使质量属性的评价目标更加明确和具体；可度量指标成为效用树的叶节点。

针对所建立的评价指标体系，采用基于效用函数综合评价法，针对体系结构对场景的支持做出综合评价。其基本思想是计算每一个评价指标的量化值，根据特定合成模型加权合成得到总评价值。

实施例：

第一步：构建能力需求分析视图

依托领域内基础软件特定的行业标准与已有技术条件，通过采用与之相适应的能力需求分析途径与方法，建立可以获得预想效果并能够完成领域内一系列主导任务要求的能力视图，是基础软件平台完成体系结构设计和成体系研制开发的基础。此处，以典型的、通用性较强的大型基础软件平台能力视图分析的过程和成果来描述采用能力需求视图设计方法进行体系结构设计所反映的核心思路。

构建能力需求分析视图主要通过一系列的能力定义包(CDP)来表述。CDP主要描述大型基础软件平台所提供的各项功能与非功能特性，描述应满足的一些关键性能参数，并说明这些能力所应遵循和基于的基本条件。同时，按照分层次、成体系对能力进行论述的原则，大型基础软件平台能力描述分三层，在第一层次上即大型基础软件平台的总体描述，在第二层上包括网络支持、安全支持、综合管理、集成支持、数据共享、配套支撑以及基础支撑等七类，第二层的七类能力向下在第三层中包括具体的CDP，各CDP在总体上符合大型基础软件平台在“高可靠、高安全、高性能、可扩展、可互操作”等方面的需求。大型基础软件平台能力视图的构成如图1所示。

第二步：构建服务视图

在能力需求分析视图构建的基础上，构建大型基础软件平台服务域是体系结设计中的重要环节。针对典型的大型基础软件平台，服务视图的建立主要完成三个任务：一是定义体系中各领域软件服务、服务子项及其与大型基础软件平台能力构成之间的映射关系；二是：准确定位各服务域之间接口关系；三是：按照映射关系和接口关系确定各服务项在提供服务过程中体现的主要信息交换关系。如表1所示为以上三个任务分析完成后形成服务视图的主要表现形式。

表1

第三步：构建技术视图

依据能力需求分析视图和服务视图的成果，构建可以指导大型基础软件平台设计、开发和集成的技术体制，可以使得设计开发人员可以从技术的层面达成一致的理解，在分析问题和解决问题中持有相同的技术术语，重点是为提高基础软件平台中各个不同的领域之间互连、互通和互操作能力，提供一个多层次的基础软件技术分类与参考方法。如图2所示是典型的大型基础软件平台在技术路线的分析视图。

第四步：建立评价指标体系

根据大型基础软件平台能力需求视图分析、服务视图分析和技术视图分析的结果，针对基础软件平台质量属性、各子属性及其对应评价指标项(评价指标项依托场景要素而设计)，构造如图3所示的效用树。

其中，依据效用树建立基于场景的大型基础软件平台体系结构评价指标体系，并根据指标重要程度确定场景要素优先级，对效用树每一个节点赋予权重值，此处以功能、标准符合性、效率和安全的部分指标为例，描述如表2所示的评价指标体系。

表2

第五步：建立评价指标体系

针对大型基础软件平台体系结构的分析评价，主要是从属性、环境、刺激、响应4个方面描述场景，然后列举针对该场景的体系结构决策，分析该决策的敏感点(对于获取某一特定质量属性非常重要的组件或决策)、权衡点(多个质量属性共同的敏感点)以及是否具有风险等，并根据分析结果对体系结构决策是否支持场景做出基本推理。如表3所示，表的上半部分是对分场景的精确描述，进一步阐述其质量属性要求，下半部分列举针对该分场景采取的体系结构决策，对体系结构决策是否支持该分场景做出推理。

表3

定义好场景描述表后，采用基于效用函数综合评价法进行评价，其模型可表示为：

F＝§(yi，wi)

其中，wi为第i项评价指标的权数；yi＝fi(xi)，为xi的效用函数评价值，fi为xi的效用函数；§为合成函数。yi的结果可以是基于分析结果计算得出每一个评价指标的量化值，也可以是根据专家判断结果得到的量化值，经过合成函数的计算得到子属性、质量属性的评价值，最终得到整个体系结构效用的评价值。对体系结构的综合评价可以得出体系结构对场景的支持能力，设计人员可以根据分析结果有针对性地修改体系结构设计，并指导大型基础软件平台研制与开发的整体优化。

需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (14)

1.一种基础软件平台体系结构设计与评价方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1).构建能力需求分析视图；

(2).构建服务视图；

(3).构建技术视图；

(4).建立效用评价系统；

(5).建立实施评价单元，对体系结构进行综合评价。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述能力需求分析视图，包括依次设置的网络支持模块、安全支持模块、综合管理模块、集成支持模块、数据共享模块、配套支撑模块和基础支撑模块。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务视图包括：并列设置的映射模块和接口模块、以及与所述映射模块和接口模块分别连接的信息交换模块。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述映射模块用于定义体系中各领域软件服务、服务子项及其与基础软件平台能力单元之间的映射关系；接口模块用于定位各服务域之间的接口关系；所述信息交换模块按照映射关系和接口关系确定各服务项在提供服务过程中体现的信息交换关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述技术视图包括：并排设置的应用支撑单元、中间件单元、数据库单元、操作系统单元、网络软件单元、安全单元和综合管理单元。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述效用评价系统包括并排设置的功能性评价单元、效率评价单元、安全性评价单元和可靠性评价单元。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述功能性评价单元包括并列设置的功能适合性模块、标准符合性模块和互操作性模块。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述效率评价单元设置有时间特性模块。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述安全性评价单元包括并排设置的保密性模块和安全可靠性模块。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可靠性评价单元包括并排设置的容错性模块和易恢复性模块。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实施评价单元包括：场景描述表和与其连接的综合评价模块。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述场景描述表包括数据采集模块和与其连接的体系结构决策模块。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述数据采集模块采集所述基础软件平台体系结构在同一场景下的属性、环境、刺激和响应4个方面的信息并进行存储；所述体系结构决策模块列举针对该场景的体系结构决策，分析决策的敏感点、权衡点以及是否具有风险，并根据分析结果对体系结构决策是否支持场景做出推理。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述体系结构决策模块采用下述模型对所述基础软件平台体系结构进行评价：

F＝§(yi，wi)

其中，wi为第i项评价指标的权数；yi＝fi(xi)，为xi的效用函数评价值，fi为xi的效用函数；§为合成函数；yi的结果是基于分析结果计算得出每一个评价指标的量化值，或者是根据判断结果得到的量化值。

Images