CN115758731B - 一种先进航空电子体系架构建模工具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于系统工程与仿真验证技术领域，尤其涉及一种先进航空电子体系架构建模工具，包括：系统架构可视化建模模块、领域数据库模块、智能化匹配与推荐模块、以及配置管理模块；通过定义多层结构化设计模板，实现体系化的航空电子架构的实例化配置，承接现有基于模型体系架构建模设计阶段的体系能力、任务活动、功能服务分析输出，完成体系架构建模分析需求向体系架构实现的转变，支撑未来开放式航电体系架构分层详细设计与开发实现。
Description
技术领域
本发明属于系统工程与仿真验证技术领域，尤其涉及一种先进航空电子体系架构建模工具。
背景技术
目前已经建设了一些系统设计工具，初步开始在异构多平台航电系统架构的研究中应用。但当前的架构建模工具不能实现分层架构的建模方式，缺少将航电顶层架构模型传递到开放式体系化航电分层架构模型的工具。所以需要建设先进航空电子体架构建模工具以解决该问题。
发明内容
本发明提供了先进航空电子体系参考架构建模工具设计框架，采用多视角分析、便捷化建模等理念，通过定义多层结构化设计模板，实现体系化的航空电子架构的实例化配置，承接现有基于模型体系架构建模设计阶段的体系能力、任务活动、功能服务分析输出，完成体系架构建模分析需求向体系架构实现的转变，支撑未来开放式航电体系架构分层详细设计与开发实现。
本发明的技术方案：
一种先进航空电子体系架构建模工具，所述建模工具包括：系统架构可视化建模模块、领域数据库模块、智能化匹配与推荐模块、以及配置管理模块；
所述系统架构可视化建模模块用于实现先进航空电子体系架构应用层、服务层、网络层、接入层及资源层的图形化建模，以及人与人、人与系统关系的建模；所述系统架构可视化建模模块包含：应用层可视化建模模块、服务层可视化建模模块、网络层可视化建模模块、接入层可视化建模模块、资源层可视化建模模块、人因可视化建模模块；
所述领域数据库模块用于实现对应用层、服务层、网络层、接入层、资源层和人因视角模型资产的存储、查询、修改、管理和调取；
所述智能化匹配与推荐模块用于构建映射匹配规则，实现应用APP、服务组件、网络配置、接入方式、资源类型和人与系统关系的建模信息的自动匹配与智能化推荐；
所述配置管理模块用于为先进航空电子体系架构建模提供数据输入，为用户提供建模体系架构模型元素的关联关系查看分析。
进一步的，所述应用层可视化建模模块用于：提供基于输入的任务活动的APP分解与定义视图建模；提供输入的任务活动与应用APP映射分析视图建模；提供应用APP组织结构视图建模；提供基于任务活动交互信息以及人机交互的应用APP输入输出接口设计建模；提供应用APP及操作人员的交互关系视图建模；提供应用APP运行逻辑时序关系描述视图建模；提供基于现有应用APP创建新应用APP的可视化编辑功能；提供应用APP在作战节点的配置关系可视化建模。
进一步的，所述服务层可视化建模模块用于：提供基于应用APP与服务项的服务组件分解与定义视图建模；提供应用APP与服务组件映射分析视图建模；提供服务项与服务组件映射分析视图建模；提供服务组件的输入输出接口及数据设计建模；提供基于原子服务对服务组件进行图形化组配建模；提供对服务组件的配置描述、封装，支持组件修改、更新；提供服务组件运行逻辑时序关系描述视图建模；提供基于服务组件的资源类型推荐；提供服务组件与资源映射分析视图建模；提供对服务组件的设计约束检查，包括服务接口匹配、服务描述属性检查。
进一步的，所述网络层可视化建模模块用于：提供基于服务组件接口数据的网络数据信息设计视图建模，包括数据源、目的、带宽要求、速率要求、数据包大小、传输类型、传输速率；提供网络拓扑设计视图建模；提供网络链路或机载总线任意节点间传输信息分析视图建模；提供网络节点属性定义视图建模；提供基于网络数据信息约束的网络链路选型配置视图建模；提供基于数据信息约束的机载总线选型配置视图建模；提供数据链描述参数库；提供机载总线描述参数库；提供平台网络节点任务配置功能；提供机载总线配置文件导入和导出功能；提供数据链配置文件导入和导出功能。
进一步的，所述接入层可视化建模模块用于：提供基于网络链路约束与资源列表的接入方式描述视图建模；提供接入方式功能逻辑设计视图；提供资源接入列表维护，包括接入类型、接入方式、接入状态；提供通信接入列表维护，包括认证方式、适配方式；提供资源接入协议选项；提供资源接入适配性状态选项；提供资源占用状态选项。
进一步的，所述资源层可视化建模模块用于：提供资源分析与定义视图建模；提供传感器、武器、处理平台机载资源结构化建模；提供资源与接入总线或网络方式映射分析视图建模；提供服务组件与处理资源映射视图建模；提供系统功能与处理资源映射视图建模；提供典型单平台资源配置选项；提供典型同一能力的不同资源选项。
进一步的，所述人因可视化建模模块用于：提供参与人员的角色组成关系视图建模；提供不同角色的人员对系统设计的时间安排以及数量要求；提供不同角色人员与作战活动的映射关系视图建模；提供不同角色人员与应用APP的映射关系视图建模；提供不同角色人员与系统的映射关系视图建模。
进一步的，所述领域数据库模块用于：提供先进航空电子体系架构设计所需的应用视角、服务视角、网络视角、接入视角、资源视角、人因视角元模型；提供用户应用APP、服务组件、网络类型、接入方式、资源项、人因项的结构化描述；提供对先进航空电子系统应用APP、服务组件、网络类型、接入方式、资源间关联关系、人与系统关系定义；具备图形化管理工具，支持对数据库的管理，包括账户管理、模型库管理，支持对数据库的查询、修改和备份；数据库存储容量具备按需扩容的功能；数据库能够按照类别、关键词进行查询与检索；数据库具备系统维护功能，通过备份与恢复能够进行数据的安全管理。
进一步的，智能化匹配与推荐模块用于：提供基于任务活动的应用APP推荐功能；提供基于服务项的服务组件推荐功能；提供数据链协议匹配推荐功能；提供机载总线协议匹配推荐功能；提供机载资源接入协议匹配推荐功能；提供平台资源选择匹配功能；提供系统参与人员匹配推荐功能。
进一步的，配置管理模块用于：提供所构建体系参考模型的动态仿真功能：具备体系架构模型输入解析功能、建模数据管理功能和架构配置文件标准化格式输出功能；输入解析模块以及输出模块；建模数据管理功能。
本发明的有益效果为：该工具以目标航电系统的能力目录为输入，为目标航电系统方案设计提供任务软件功能应用与服务化拆分、应用与服务组件功能需求、应用与服务组件接口描述、机载总线选型配置、数据链选型配置、资源选型配置、资源接入协议配置等文件，在设计过程中实现领域知识的积累和复用，能更高效的支撑目标航电系统的设计与优化研究。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种先进航空电子体系架构建模工具的外部交联示意图；
图2为本发明实施例提供的一种先进航空电子体系架构建模工具的框架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：
先进航空电子体系参考架构建模工具以现有体系架构建模设计阶段的体系能力、任务活动、功能服务分析结果为输入，完成体系架构建模分析需求向基于体系化航空电子体系架构框架的体系架构实现的转变，同时为航空电子体系架构集成验收提供顶层配置基础，其与现有设计工具之间的交互关系如图1所示。
该工具框架以航空电子系统五层框架及各层设计规范为输入，围绕航空电子系统建设与运用的过程，对应用层、服务层、网络层、接入层、资源层各视角进行结构化描述，分析各视角之间的关系、关注内容及体系设计要素，借鉴现有体系结构框架的研究成果，建立各视角的模型集，搭建各模型的可视化建模方式，明确各视角、模型之间的关系，为先进航空电子体系架构图形化配置提供设计输入，具体如图2所示。
(1)系统架构可视化建模模块
系统架构可视化建模模块主要实现先进航空电子体系架构应用层、服务层、网络层、接入层及资源层的图形化建模，以及系统架构设计过程中人与人、人与系统关系的建模分析。通过定义先进航空电子系统架构设计所需的应用APP、服务组件、网络类型、接入方式、资源类型、人因关系元模型，开发支持应用层、服务层、网络层、接入层、资源层、人因视角图形化设计的建模工具，并对先进航空电子系统架构设计中产生的数据及其映射关系进行存储。
系统架构可视化建模模块主要框架为：
1)应用层可视化建模模块主要包括任务活动与应用APP映射分析AppV-1视角、应用APP分解与定义AppV-2视角、应用APP与操作人员交互关系AppV-3视角、应用APP与作战节点配置关系AppV-4视角、应用APP运行逻辑时序关系AppV-5视角、应用APP输入输出接口AppV-6、应用APP运行状态图AppV-7，具体见表1所示。
应用层可视化建模模块主要功能为：
a)提供基于输入的任务活动的APP分解与定义视图建模；
b)提供输入的任务活动与应用APP映射分析视图建模；
c)提供应用APP组织结构视图建模；
d)提供基于任务活动交互信息以及人机交互的应用APP输入输出接口设计建模；
e)提供应用APP及操作人员的交互关系视图建模；
f)提供应用APP运行逻辑时序关系描述视图建模；
g)提供基于现有应用APP创建新应用APP的可视化编辑功能；
h)提供应用APP在作战节点的配置关系可视化建模。
表1应用视角模型组成及描述方法说明表
2)服务层可视化建模模块主要包括服务组件与服务项映射关系SvcV-1视角、服务组件与应用APP映射关系SvcV-2视角、服务组件分解与定义SvcV-3视角、服务组件输入输出接口SvcV-4视角、服务组件图形化组配SvcV-5视角、服务组件运行逻辑时序关系描述SvcV-6，具体见表2所示。
服务层可视化建模模块主要功能为：
a)提供基于应用APP与服务项的服务组件分解与定义视图建模；
b)提供应用APP与服务组件映射分析视图建模；
c)提供服务项与服务组件映射分析视图建模；
d)提供服务组件的输入输出接口及数据设计建模；
e)提供基于原子服务对服务组件进行图形化组配建模；
f)提供对服务组件的配置描述、封装，支持组件修改、更新；
g)提供服务组件运行逻辑时序关系描述视图建模；
h)提供基于服务组件的资源类型推荐；
i)提供服务组件与资源映射分析视图建模；
j)提供对服务组件的设计约束检查，包括服务接口匹配、服务描述属性检查。
表2服务视角模型组成及描述方法说明表
3)网络层可视化建模模块主要包括网络数据信息设计Net-1视角、网络拓扑设计Net-2视角、网络链路节点间传输信息分析Net-3视角、数据链选型配置Net-4视角、机载总线选型配置Net-5视角、数据链描述参数库Net-6视角、机载总线描述参数库Net-7视角、平台网络节点任务配置Net-8视角，具体见表3所示。
网络层可视化建模模块主要功能为：
a)提供基于服务组件接口数据的网络数据信息设计视图建模，包括数据源、目的、带宽要求、速率要求、数据包大小、传输类型、传输速率等属性；
b)提供网络拓扑设计视图建模；
c)提供网络链路或机载总线任意节点间传输信息分析视图建模；
d)提供网络节点属性定义视图建模，包括节点类型、角色等属性；
e)提供基于网络数据信息约束的网络链路选型配置视图建模；
f)提供基于数据信息约束的机载总线选型配置视图建模；
g)提供TTNT、TCDL、U/V、MADL等数据链描述参数库；
h)提供FC、AFDX、1553B、429等机载总线描述参数库；
i)提供平台网络节点任务配置功能；
j)提供机载总线配置文件导入和导出功能；
k)提供数据链配置文件导入和导出功能。
表3网络视角模型组成及描述方法说明表
4)接入层可视化建模模块主要包括接入方式描述Swi-1视角、接入方式功能逻辑设计Swi-2视角、资源接入列表维护Swi-3视角、通信接入列表维护Swi-4视角，具体见表4所示。
接入层可视化建模模块主要功能为：
a)提供基于网络链路约束与资源列表的接入方式描述视图建模；
b)提供接入方式功能逻辑设计视图；
c)提供资源接入列表维护，包括接入类型、接入方式、接入状态等；
d)提供通信接入列表维护，包括认证方式、适配方式等；
e)提供资源接入协议选项；
f)提供资源接入适配性状态选项；
g)提供资源占用状态选项。
表4接入视角模型组成及描述方法说明表
5)资源层可视化建模模块主要包括资源与系统功能映射关系RscV-1视角、资源与机载总线或网络链路映射关系RscV-2视角、资源与服务组件映射关系RscV-3视角、资源与应用APP映射关系RscV-4视角、资源分析与定义RscV-5视角、典型单平台资源配置RscV-6视角、典型同一能力的不同资源配置RscV-7视角、资源运行逻辑时序关系描述RscV-8视角、资源输入输出接口RscV-9视角、资源运行状态图RscV-10视角，具体见表5所示。
资源层可视化建模模块主要功能为：
a)提供资源分析与定义视图建模；
b)提供传感器、武器、处理平台机载资源结构化建模；
c)提供资源与接入总线或网络方式映射分析视图建模；
d)提供服务组件与处理资源映射视图建模；
e)提供系统功能与处理资源映射视图建模；
f)提供典型单平台资源配置选项；
g)提供典型同一能力的不同资源选项。
表5资源视角模型组成及描述方法说明表
6)人因可视化建模模块主要包括角色组成关系Pr-1视角、各角色设计时间安排及数量要求Pr-2视角、角色与作战活动映射关系Pr-3视角、角色与应用APP映射关系Pr-4视角、角色与系统映射关系Pr-5视角，具体见表6所示。
人因可视化建模模块主要功能为：
a)提供参与人员的角色组成关系视图建模；
b)提供不同角色的人员对系统设计的时间安排以及数量要求；
c)提供不同角色人员与作战活动的映射关系视图建模；
d)提供不同角色人员与应用APP的映射关系视图建模；
e)提供不同角色人员与系统的映射关系视图建模。
表6人因视角模型组成及描述方法说明表
(2)领域数据库
领域数据库主要实现具备对应用层、服务层、网络层、接入层、资源层和人因视角模型资产(包括各层元模型和组件模型、接口)的存储、查询、修改、管理和调取，并能够接入到架构配置工具，支持系统架构可视化配置工具的协同设计。同时为方便对领域数据库进行维护，领域数据库应当采用图形化管理工具，支持对数据库的管理。
a)支持引用先进航空电子体系架构设计所需的应用视角、服务视角、网络视角、接入视角、资源视角、人因视角元模型；
b)提供用户应用APP、服务组件、网络类型、接入方式、资源项、人因项的结构化描述；
c)提供对先进航空电子系统应用APP、服务组件、网络类型、接入方式、资源间关联关系、人与系统关系定义；
d)领域数据库具备图形化管理工具，支持对数据库的管理，包括账户管理、模型库管理，支持对数据库的查询、修改和备份；
e)数据库存储容量具备按需扩容的功能；
f)数据库能够按照类别、关键词等方式进行查询与检索；
g)数据库具备系统维护功能，通过备份与恢复能够进行数据的安全管理。
(3)智能化匹配与推荐模块
智能化匹配与推荐模块通过构建1套映射匹配规则，实现基于建模输入信息提供参考架构应用APP、服务组件、网络配置、接入方式、资源类型和人与系统关系等建模信息自动匹配与智能化推荐，为用户架构建模仿真提供知识基础支撑。
a)提供基于任务活动的应用APP推荐功能；
b)提供基于服务项的服务组件推荐功能；
c)提供数据链协议匹配推荐功能；
d)提供机载总线协议匹配推荐功能；
e)提供机载资源接入协议匹配推荐功能；
f)提供平台资源选择匹配功能；
g)提供系统参与人员匹配推荐功能。
(4)配置管理模块
配置管理工具对先进航空电子系统需求架构建模所形成的任务项、服务项、作战编成等数据解析，为先进航空电子体系参考架构建模提供数据输入；同时，为用户提供所建模体系架构模型元素的关联关系查看分析，并提供IDL格式、XML格式、文档格式配置结果输出。
1)提供所构建体系参考模型的动态仿真功能：
2)具备体系架构模型输入解析功能、建模数据管理功能和架构配置文件标准化格式输出功能；
3)输入解析模块以及输出模块；
4)建模数据管理功能。
本发明提供了先进航空电子体系参考架构建模工具设计框架，该框架采用多视角分析、便捷化建模等理念，通过定义应用层、服务层、网络层、接入层和资源层元模型，提供先进航空电子体系架构框架的设计模型，支撑体系化航电系统架构设计过程，支撑多平台航电系统体系架构、先进航电系统服务平台、系统架构评估与优化等技术的研究，支撑多种预研、型号项目的立项论证及方案论证。
本发明的有益效果为：该工具以目标航电系统的能力目录为输入，为目标航电系统方案设计提供任务软件功能应用与服务化拆分、应用与服务组件功能需求、应用与服务组件接口描述、机载总线选型配置、数据链选型配置、资源选型配置、资源接入协议配置等文件，在设计过程中实现领域知识的积累和复用，能更高效的支撑目标航电系统的设计与优化研究。
Claims (4)
1.一种先进航空电子体系架构建模系统，其特征在于，所述建模系统包括：系统架构可视化建模模块、领域数据库模块、智能化匹配与推荐模块、以及配置管理模块；
所述系统架构可视化建模模块用于实现先进航空电子体系架构应用层、服务层、网络层、接入层及资源层的图形化建模，以及人与人、人与系统关系的建模；所述系统架构可视化建模模块包含：应用层可视化建模模块、服务层可视化建模模块、网络层可视化建模模块、接入层可视化建模模块、资源层可视化建模模块、人因可视化建模模块；
所述领域数据库模块用于实现对应用层、服务层、网络层、接入层、资源层和人因视角模型资产的存储、查询、修改、管理和调取；
所述智能化匹配与推荐模块用于构建映射匹配规则，实现应用APP、服务组件、网络配置、接入方式、资源类型和人与系统关系的建模信息的自动匹配与智能化推荐；
所述配置管理模块用于为先进航空电子体系架构建模提供数据输入，为用户提供建模体系架构模型元素的关联关系查看分析；
所述应用层可视化建模模块用于：提供基于输入的任务活动的APP分解与定义视图建模；提供输入的任务活动与应用APP映射分析视图建模；提供应用APP组织结构视图建模；提供基于任务活动交互信息以及人机交互的应用APP输入输出接口设计建模；提供应用APP及操作人员的交互关系视图建模；提供应用APP运行逻辑时序关系描述视图建模；提供基于现有应用APP创建新应用APP的可视化编辑功能；提供应用APP在作战节点的配置关系可视化建模；
所述服务层可视化建模模块用于：提供基于应用APP与服务项的服务组件分解与定义视图建模；提供应用APP与服务组件映射分析视图建模；提供服务项与服务组件映射分析视图建模；提供服务组件的输入输出接口及数据设计建模；提供基于原子服务对服务组件进行图形化组配建模；提供对服务组件的配置描述、封装，支持组件修改、更新；提供服务组件运行逻辑时序关系描述视图建模；提供基于服务组件的资源类型推荐；提供服务组件与资源映射分析视图建模；提供对服务组件的设计约束检查，包括服务接口匹配、服务描述属性检查；
所述网络层可视化建模模块用于：提供基于服务组件接口数据的网络数据信息设计视图建模，包括数据源、目的、带宽要求、速率要求、数据包大小、传输类型、传输速率；提供网络拓扑设计视图建模；提供网络链路或机载总线任意节点间传输信息分析视图建模；提供网络节点属性定义视图建模；提供基于网络数据信息约束的网络链路选型配置视图建模；提供基于数据信息约束的机载总线选型配置视图建模；提供数据链描述参数库；提供机载总线描述参数库；提供平台网络节点任务配置功能；提供机载总线配置文件导入和导出功能；提供数据链配置文件导入和导出功能；
所述接入层可视化建模模块用于：提供基于网络链路约束与资源列表的接入方式描述视图建模；提供接入方式功能逻辑设计视图；提供资源接入列表维护，包括接入类型、接入方式、接入状态；提供通信接入列表维护，包括认证方式、适配方式；提供资源接入协议选项；提供资源接入适配性状态选项；提供资源占用状态选项；
所述资源层可视化建模模块用于：提供资源分析与定义视图建模；提供传感器、武器、处理平台机载资源结构化建模；提供资源与接入总线或网络方式映射分析视图建模；提供服务组件与处理资源映射视图建模；提供系统功能与处理资源映射视图建模；提供典型单平台资源配置选项；提供典型同一能力的不同资源选项；
所述人因可视化建模模块用于：提供参与人员的角色组成关系视图建模；提供不同角色的人员对系统设计的时间安排以及数量要求；提供不同角色人员与作战活动的映射关系视图建模；提供不同角色人员与应用APP的映射关系视图建模；提供不同角色人员与系统的映射关系视图建模。
2.根据权利要求1所述的一种先进航空电子体系架构建模系统，其特征在于，所述领域数据库模块用于：提供先进航空电子体系架构设计所需的应用视角、服务视角、网络视角、接入视角、资源视角、人因视角元模型；提供用户应用APP、服务组件、网络类型、接入方式、资源项、人因项的结构化描述；提供对先进航空电子系统应用APP、服务组件、网络类型、接入方式、资源间关联关系、人与系统关系定义；具备图形化管理工具，支持对数据库的管理，包括账户管理、模型库管理，支持对数据库的查询、修改和备份；数据库存储容量具备按需扩容的功能；数据库能够按照类别、关键词进行查询与检索；数据库具备系统维护功能，通过备份与恢复能够进行数据的安全管理。
3.根据权利要求1所述的一种先进航空电子体系架构建模系统，其特征在于，智能化匹配与推荐模块用于：提供基于任务活动的应用APP推荐功能；提供基于服务项的服务组件推荐功能；提供数据链协议匹配推荐功能；提供机载总线协议匹配推荐功能；提供机载资源接入协议匹配推荐功能；提供平台资源选择匹配功能；提供系统参与人员匹配推荐功能。
4.根据权利要求1所述的一种先进航空电子体系架构建模系统，其特征在于，配置管理模块用于：提供所构建体系参考模型的动态仿真功能：具备体系架构模型输入解析功能、建模数据管理功能和架构配置文件标准化格式输出功能；输入解析模块以及输出模块；建模数据管理功能。
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