CN1794170A - 一种基于统一建模语言的电信领域建模工具及建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于统一建模语言的电信领域建模工具及建模方法属于计算机系统软件和应用软件领域。基于统一建模语言四层元数据结构构造了元建模和建模两级建模机制，元建模建立了电信领域的领域元模型，建模建立了电信领域内一个具体应用的模型，并且通过定制功能将模型中一个具体的构件与一个具体的设备联系起来，通过模型对设备进行呈现，通过模型对设备进行控制和管理。元模型包含了领域知识，它约束建模行为，保证建模阶段建立的模型是遵循领域约束的。采用定制的方式来对设备进行呈现和管理，提高了解决问题的抽象层次，使得开发人员可以把关注点放在问题逻辑本身而不是底层实现的细节，提高了软件开发的效率和正确率，缩短了开发的周期。

Description

一种基于统一建模语言的电信领域建模工具及建模方法

技术领域

本发明属于计算机系统软件和应用软件领域，特别涉及一种领域建模工具和基于模型的网络设备、网络性能、网络故障的呈现与管理方法。

背景技术

目前，流行的面向对象建模工具有Rational公司开发的Rational Rose。国内的有北大青鸟面向对象建模工具。这些建模工具基于一个共同的建模语言——统一建模语言。统一建模语言是对象管理组织发起的一个面向对象建模语言标准，目前已经成为了面向对象建模的事实标准。统一建模语言通过类、对象、关系等描述系统的静态结构信息，通过序列图、状态转换图等描述系统的动态行为。这种抽象化的对软件系统的描述方便了开发人员之间思想的交流，也为文档处理提供了方便。统一建模语言是一个非常成功的建模语言，为软件过程的标准化、提高软件开发的效率做出了巨大的贡献。但是在实际应用的过程中也遇到了一些问题。主要体现在两个方面，一、统一建模语言目前还仅仅是应用在软件过程中的分析、设计阶段，使用该建模语言建立的模型是不可执行的，实际编码的过程中还需要编程人员把用统一建模语言描述的系统翻译为用一个具体的编程语言比如：Java，C++描述的系统。让建模的结果——模型直接参与执行，使得模型不仅仅是分析、设计的工件、也是可执行的工件，从而简化开发过程、提高开发效率是一个重要的目标。但是，目前还没有实用的工具出现。主要的问题在于描述模型动作语义采用的动作语言不够完备，也过于复杂。

由于统一建模语言是一种抽象的语言，不包含具体领域的语义，所以按照统一建模语言建立的模型只能保证遵循统一建模语言的规范，而不能保证遵循领域语义和领域约束。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，将领域知识添加到建模语言中，使得统一建模语言可以适用于特定的领域；通过两阶段建模方法，使用应用定制工具，将网络设备和链路指定到不同的模型构件，实现对电信网络的管理。

将领域知识添加到建模语言中，保证建模人员建立的模型不但是遵循统一建模语言的，也是遵循领域知识的，将在软件开发的分析、设计阶段避免大的语义分歧的出现。统一建模语言作为一个建模语言的形式化是通过模型的分层来完成的。统一建模语言基于传统的四层元数据结构，最上面的是元对象设施层，它是定义建模语言的语言，它定义了统一建模语言的元模型。统一建模语言的元模型定义了统一建模语言的模型。统一建模语言的模型定义了信息层模型。

统一建模语言提供了两种标准的扩展机制：profile和基于元对象设施的扩展。基于元对象设施的扩展以其极大的灵活性和自由度适用于重型的扩展，该扩展使得统一建模语言可以适用于任何一个特定的领域。我们的思路是基于元对象设施对统一建模语言的元模型进行重型扩展，从而将领域知识添加进来。在我们的模型工具中，描述静态结构信息的模型经过定制，可以直接呈现，实现了静态信息的直接可执行。

本发明的基于统一建模语言的面向对象的领域建模工具，是两阶段建模的程序架构；具体包括：

①基于扩展统一建模语言元模型构造的元模型范式；包括用于建模实体的5个模型构件、建模视点的1个构件、建模属性的3个构件、建模关系的17个构件以及基于XML的元模型范式的存储结构；

②模型范式的存储结构；

③由图形用户接口、模型仓库管理工具、模型范式装载器、元模型解释器、约束验证工具、应用定制工具共六种工具构成的完整的建模环境。

基于元对象设施对统一建模语言的元模型进行扩展，产生了统一建模语言的相应元类的一系列子类，包括：Atom，Model，Set，Reference，FCO等5个建模实体的模型构件和Inheritance，Connection，Connector等3个建模关系的构件，Aspect建模视点的构件，FieldAttribute，EnumAttribute，BooleanAttribute等3个建模属性的构件以及Containment，FolderContainment，SourceToConnector，ConnectorToDestination，AssociationClass，SetMembership，ReferTo，BaseInheritance，DerivedInheritance，BaseImpInheritance，DerivedImpInheritance，BaseIntInheritance，DerivedIntInheritance，HasAspect，AspectMembership，HasConstraint，HasAttribute等共17种建模关系。这些子类共同构成了一个完整的元模型范式，可以支持基于统一建模语言类图的面向对象静态信息建模，基于Aspect和Set进行带有复杂内部结构的模型的视点的建模，基于Reference的模型元素跨层关系建模，基于FieldAttribute，EnumAttribute，BooleanAttribute的属性建模，基于Constraint的约束建模以及基于Containment，HasAspect，HasAttribute等共17种关系的关系建模。

基于领域建模工具的两阶段建模方法，首先建立领域元模型，生成领域语言，再基于该领域语言进行建模；所说的建立领域元模型是，基于元对象设施对统一建模语言进行扩展形成了元模型范式，元模型范式约束元建模过程；所说的基于该领域语言进行建模是，元建模建立的元模型解释后生成模型范式，模型范式是一种领域语言，它约束建模过程。这种架构实现了两阶段建模，如图1所示。

元模型范式中的实体、关系保存到XML文件中，下面是一个保存实体的XML结构片断：

＜atom name＝″Atom″metaref＝″1124″attributes＝″IsAbstract InRootFolder GeneralPreferences
  DisplayedName IsTypeShown Icon IsHotspotEnabled PortIcon NameWrapNum SubTypeIcon NamePosition
  IsNameEnebled InstanceIcon Decorator″＞
 ＜dispname＞Atom</dispname＞
   ＜attrdef name＝″InRootFolder″metaref＝″1233″valuetype＝″boolean″defvalue＝″false″＞

        ＜dispname＞In root folder？＜/dispname＞
   ＜/attrdef＞
   ＜regnode name＝″namePosition″value＝″8″/＞
   ＜regnode name＝″color″value＝″0x0″/＞
   ＜attrdef name＝″DisplayedName″metaref＝″1564″valuetype＝″string″defvalue＝″″＞

        ＜dispname＞Displayed name：＜/dispname＞

    ＜/attrdef＞

    ＜attrdef name＝″PortIcon″metaref＝″1359″valuetype＝″string″defvalue＝″″＞

        ＜dispname＞Port icon name：＜/dispname＞

    ＜/attrdef＞

    ＜regnode name＝″icon″value＝″atom.bmp″/＞

    ＜regnode name＝″decorator″value＝″Mga.Decorator.MetaDecorator″/＞
＜/atom＞

元模型包括四个视图：ClassDiagram视图，Visualization视图，Visualization视图，Attribute视图.每一个视图描述了系统的不同方面。见表1.

                  表1  领域建模开发规范中的视图及其构成

类视图	可见性视图	约束视图	属性试图
				Class Diagram	Visualization Diagram	Constraint Diagram	Attribute Diagram

元建模由建模人员和领域专家共同参与。类图包含领域内的概念、关系的形式化定义。可见性图中包含对于视点的建模，通过为元模型中的概念指定多个方面，使得建模时这个概念能够以多个指定的视点来呈现，并且提供了特定视点的访问控制。约束图中可以为特定的操作和约束建模，可以完整定义对模型的查询操作，还可以表达业务逻辑，包括动态触发规则，可以建模不变式、先验条件、后验条件。属性图中包括属性的建模以及为特定模型元素指定属性的过程。图2给出一个用于电信领域网络管理的元模型的例子，网络图中可以有多个主机，主机具有IP地址这个属性，属性可以设置默认值。

元模型的信息保存到数据库中，元模型是元模型解释器的输入。元建模建立的元模型经过元模型解释器的解释后，生成模型范式，模型范式是一种使用XML语言保存的领域语言。下面是一个模型范式例子，该模型范式对应上面的元模型：

＜？xml version＝″1.0″？＞
＜paradigm name＝″ccmodel″＞
   ＜folder name＝″RootFolder″metaref＝″1000″＞

      ＜attrdef name＝″IPAddress″metarsf＝″1019″valuetype＝″string″defvalue＝″10.80.168.162″＞

         ＜dispname＞＜/dispname＞

      ＜/attrdef＞

      ＜atom name＝″Host″metaref＝″1002″attributes＝″IPAddress″＞

         ＜dispname＞Host＜/dispname＞

            ＜regnode name＝″namePosition″value＝″4″＞＜/regnode＞

      ＜/atom＞

      <model name＝″NetDiagram″metaref＝″1006″＞

         ＜dispname＞NetDiagram＜/dispname＞

         ＜regnode name＝″namePosition″value＝″4″＞＜/regnode＞

         ＜role name＝″Host″metaref＝″1017″kind＝″Host″＞＜dispname＞Host＜/dispname＞＜/role＞

         ＜aspect name＝″Aspect″metaref＝″1012″＞

            ＜part metaref＝″1018″role＝″Host″primary＝″yes″linked＝″no″＞＜/part＞

         ＜/aspect＞

         ＜/model＞
  ＜/folder＞
＜/paradigm＞

这样就完成了领域建模的过程。察看元模型范式可以发现，元建模建立了领域中的概念NetDiagram，Host和属性IPAddress，并且Host具有该属性，该属性的默认值是10.80.168.162。元建模建立的概念、关系、约束共同构成了领域语言。

在建模阶段，建模人员使用元建模时建立的领域语言来建模。由于领域语言中包含领域知识，领域建模工具在建模阶段强制验证领域约束，保证了建立的模型遵循领域知识。一个在领域内可重用的领域元模型和针对领域内一个特定系统的模型共同构成了对系统的完整描述。

作为一个建模工具，领域建模工具包含一个完整的工具集，它们提供了绘图、导航、存储、多用户支持、一致性维护、约束的强制检查等功能。领域建模工具主要完成三大功能：元建模、建模、定制。元建模对领域知识进行抽象，建立领域元模型。领域知识包括领域概念、概念间关系、领域约束。建模建立遵循领域知识的模型。定制包括将数据源定制到模型和将模型定制到领域框架和组件。这些功能是通过一个松散耦合的工具集来完成的。

(元)模型仓库管理工具负责维护元建模和建模阶段生成的元模型和模型，完成模型管理和模型演化管理。模型的管理包括按照(元)建模语义将模型入库和从库中提取模型。模型演化管理包括元模型更新时，模型也要作相应的更新以遵循新的元模型。

约束验证工具负责对建模过程中的约束和一致性问题进行验证。一致性问题包括：对命名空间、访问控制、结构关系等进行检查。约束包括在元建模约束视图中建立的各种约束。约束验证工具负责进行一致性检查和约束验证。工程管理工具以工程的方式维护元模型和模型。元模型解释器解释元模型为模型范式，范式装载器负责将模型范式加载到建模环境中，建模要遵循该模型范式，通过这种方式，实现了模型遵循元模型。

模型范式装载器负责将(元)模型范式装载到建模环境，元模型解释器负责将元模型解释为模型范式，元模型范式是手写的一个范式，用来约束元建模行为。这样就形成了元模型范式约束元建模，元模型解释为模型范式，模型范式约束建模的完整的两阶段建模过程。

系统的功能结构图见图3。

定制管理工具负责将数据源定制到模型，数据源包括文件，数据库以及从端口实时采集的数据。具体包括四个方面的定制：1、数据采集方式的定制。对数据采集的方式进行设置，采集方式与网络情况以及具体网络设备有关，常用的采集方式有：Telnet，Com，Snmp，数据库以及Netflow等。2、规则定制。对数据采集的具体规则进行设置，这里需要对已经编辑完成的规则文件进行选择，规则文件用于指导采集的具体过程和采集数据的处理。3、转发定制。对采集的数据的转发方式进行定制，采集的数据可以有多种转发方式，如：保存到数据库中，保存到文件中或者封装到固定格式的数据包发送。4、特定参数定制。对数据采集的特定参数进行定制，每种采集方式都具有特定的参数，因而需要不同的定制。这种参数包括IP地址，口令，端口号等等。

一种基于统一建模语言的电信领域建模工具及建模方法在网络管理上的应用，具体的基于模型的网络管理方法是：首先，通过元建模生成电信网络管理领域的领域元模型，该领域元模型包含整个网管领域的领域知识，约束建模过程；然后，针对一个具体的网络使用元建模建立的领域语言建立模型；最后，通过使用应用定制工具，将网络设备和链路指定到不同的模型构件，将设备的特征信息指定为模型构件的属性，将设备的统计特征信息指定为模型构件的派生属性。通过指定代表设备的模型构件的IP地址，端口号，通信协议，通信方法。构造了一个完整的数据流通道。模型构件的属性信息会随着设备特征的改变实时地发生改变。对设备和链路的管理，定制后就成为了对模型元素的管理。

对电信网络设备的管理包括对路由器、交换机、串口设备和特殊设备的管理，这种管理基于不同的管理协议，已有的如：SNMP，telnet，串口协议以及一些特定厂商的特殊协议。对网络链路的管理包括流量、流向以及对点对点的时延、抖动、丢包率等性能指标的监控。本发明通过如前所述的定制工具的定制功能，可以指定一个模型元素同一个特定设备或链路的对应关系，这种指定包括指定模型元素代表的设备的IP地址、对设备数据进行采集和设置的协议，登陆设备的口令等。通过这种指定，形成了数据由设备和链路到模型的流动以及由模型到设备的流动。

这种基于定制的管理方式可以适应需求不断变化的情况。当运营商的设备发生变化时，只需要一个定制过程和少量的编码就能够满足新的需求。

基于定制功能，模型和设备以及链路联系起来，设备和链路的状态同模型的属性联系起来，网络状态和特征(一些统计量)同模型的派生属性联系起来。模型实时可以反映网络的资源和状态，同时也可以通过控制模型而控制网络的资源和对状态进行改变。模型成为网络设备及链路的虚拟代表物。

这种基于模型的网络设备、链路的管理方式会带来很多好处：1、大部分功能可以通过定制而不是编码来完成，从而提高了软件开发的效率和正确性。2、避免了开发人员直接面对端口去编程，提高了软件开发的抽象层次。

附图说明

图1是本发明的两阶段建模过程示意图。

图2是本发明的一个电信领域元模型简图。

图3是本发明的系统的功能结构图。

图4是本发明的一个简单的电信网络元模型图。

图5是本发明的一个简单的电信网络模型图

图6是本发明的路由器定制工具的一个界面图。

具体实施方式

实施例1基于模型的网络管理方式

首先，领域专家和建模人员对领域知识进行抽象，通过领域工具建立领域元模型。包括建立领域概念和领域关系以及领域约束，还包括模型元素呈现的图标，复杂模型元素内部结构的视图等等。图4给出一个具体的网络元模型。

图4给出的元模型说明，路由器(Router)可以包含端口，路由器通过端口和主机(Host)以及网络连接。这些网络领域知识将约束建模过程。建模如图5所示。

建模时，路由器和主机以及路由器和网络之间可以建立链路，当想要在主机和网络间建立链路时，领域模型工具的约束验证器将进行验证，保证这种不符合领域元模型的建模行为不会发生。从而强制保证了建立的模型遵循领域知识。

模型建立起来之后，通过领域建模工具的定制工具将一个模型和一个具体的设备或链路对应起来。图6给出一个指定路由器模型元素到到一个具体的采集到的设备信息的映射过程片断。

这个过程包括指定一个模型元素代表的设备的IP地址、数据采集的端口号、使用的协议，采集到的数据的格式等等。通过这种指定，实际设备的信息会被实时地采集上来，呈现在相应的模型上。

实施例2基于该领域建模工具的需求分析和设计

该领域建模工具也可以作为基于UML的CASE工具用在软件开发过程中的需求分析和设计阶段，由于领域语言可以通过元建模来建立，因而该工具可以应用于任何领域而不限定于电信领域。领域语言建立后，接下来的工作同一般的UML建模工具一样。可以进行基于UML类图的系统静态信息建模。

Claims (3)

1、一种基于统一建模语言的电信领域建模工具，其特征在于，该面向对象的领域建模工具是两阶段建模的程序架构；具体包括：

①基于扩展统一建模语言元模型构造的元模型范式，包括用于建模实体的5个模型构件、建模视点的1个构件、建模属性的3个构件、建模关系的17个构件；

②模型范式的存储结构；

③由图形用户接口、模型仓库管理工具、模型范式装载器、元模型解释器、约束验证工具、应用定制工具共六种工具构成的完整的建模环境。

2、基于权利要求1中的领域建模工具的两阶段建模方法，其特征在于，首先建立领域元模型，生成领域语言，再基于该领域语言进行建模；所说的建立领域元模型是，基于元对象设施对统一建模语言进行扩展形成了元模型范式，元模型范式约束元建模过程；所说的基于该领域语言进行建模是，元建模建立的元模型解释后生成模型范式，模型范式是一种领域语言，它约束建模过程。

3、基于权利要求1和权利要求2中的建模工具及建模方法的电信网络管理方式，其特征在于，所说的网络管理方法：首先，通过元建模生成电信网络管理领域的领域元模型，该领域元模型包含整个网管领域的领域知识，约束建模过程；然后，针对一个具体的网络使用元建模建立的领域语言建立模型；最后，通过使用应用定制工具，将网络设备和链路指定到不同的模型构件，将设备的特征信息指定为模型构件的属性，将设备的统计特征信息指定为模型构件的派生属性，通过指定代表设备的模型构件的IP地址，端口号，通信协议，通信方法，构造了一个完整的数据流通道，模型构件的属性信息会随着设备特征的改变实时地发生改变；对设备和链路的管理，定制后就成为了对模型元素的管理。

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