基于模型的系统工程有效方法

第1章介绍：框定问题1

1.1架构的美学和科学维度1

1.2基于模型的系统工程3

1.3现代高技术系统的演进4

1.4架构的巴别塔6

1.5开放架构的真正意义8

1.6架构的分类10

1.7良好架构的基本原则13

1.8架构在工程项目中的作用14

1.9总结16

练习16

参考文献17

第2章应用于系统架构的面向对象方法19

2.1面向对象架构的动机19

2.2面向对象的基本原则20

2.3使用统一建模语言(UML)的架构建模22

2.3.1结构建模22

2.3.2行为建模28

2.3.3实现建模39

2.4使用UML扩展的系统建模语言（SysML）41

2.4.1SysML概述41

2.4.2需求建模42

2.4.3结构建模的增强44

2.4.4行为建模的增强48

2.4.5实现建模的增强49

2.5结论性思路50

练习51

参考文献52

第3章MBSAP方法论概述53

3.1基本原则53

3.2扩展传统的系统工程56

3.3基本方法58

3.4视角和特征视图64

3.5架构开发的基础66

3.5.1信息收集66

3.5.2利益相关方66

3.5.3符合客户策略和强制要求68

3.6建模与仿真的作用68

3.7架构启动研讨会70

3.8可选的方法71

3.9工具的困境75

3.10总结77

练习77

学生项目78

参考文献78

目录基于模型的系统工程有效方法第4章从运行视角分析需求80

4.1从需求到架构80

4.1.1需求来源和类别80

4.1.2需求数据库82

4.2**个案例问题：EX“监视者”84

4.3第二个案例问题：智能微电网86

4.4需求建模88

4.5架构风格91

4.6结构特征视图92

4.6.1定义域92

4.6.2EX功能划分93

4.6.3域规范97

4.6.4用户角色97

4.7行为特征视图98

4.7.1定义用例98

4.7.2EX用例100

4.7.3场景和活动图102

4.7.4EX场景案例102

4.8数据特征视图106

4.8.1概念数据模型106

4.8.2EX概念数据模型109

4.9服务特征视图111

4.10背景特征视图114

4.11智能微电网OV115

4.11.1智能微电网功能区划115

4.11.2智能微电网用例和场景117

4.11.3智能微电网概念数据模型120

4.12可执行架构121

4.13总结121

练习122

学生项目123

参考文献123

第5章从逻辑/功能的视角进行设计124

5.1设计基础124

5.2设计模式125

5.3结构特征视图：EX结构分解128

5.4行为特征视图：EX行为135

5.5数据特征视图：EX逻辑数据模型141

5.6服务特征视图143

5.6.1EX服务分类144

5.6.2分层架构146

5.6.3流程/决策实时节点和系统148

5.6.4实时系统156

5.7背景特征视图158

5.8性能和时序159

5.9智能微电网逻辑/功能视角163

5.9.1智能微电网结构分解163

5.9.2智能微电网行为170

5.9.3智能微电网逻辑数据模型171

5.10接口建模和控制172

5.11数据驱动架构和事件驱动架构172

5.12可执行架构173

5.13总结174

练习175

学生项目176

参考文献176

第6章物理视角的实现177

6.1一般考虑177

6.1.1从功能设计到物理设计177

6.1.2权衡研究179

6.2设计特征视图181

6.2.1块实例中的物理细节181

6.2.2物理接口182

6.2.3节点和系统基础设施183

6.2.4EX计算基础设施184

6.3任务组件的集成187

6.3.1系统集成的挑战188

6.3.2集成框架189

6.3.3实时域与非实时域或弱实时域的接口192

6.3.4可视化和人机界面193

6.4标准特征视图194

6.5数据特征视图：物理数据模型197

6.5.1物理数据模型的内容197

6.5.2EX物理数据模型198

6.6服务特征视图199

6.7背景特征视图199

6.8聚焦视角200

6.9可执行物理架构201

6.10系统演进的规划202

6.11总结203

练习204

学生项目204

参考文献204

第7章实现面向服务架构的复杂组织体集成206

7.1面向服务架构（SOA）的重要性206

7.2基本的SOA定义207

7.2.1基本概念207

7.2.2公共的SOA特性210

7.2.3SOA特征和原则211

7.3SOA策略212

7.3.1首要挑战213

7.3.2基本的SOA策略214

7.3.3SOA收益和成功测度215

7.3.4服务划分指南216

7.3.5面向变化的设计216

7.4SOA实现217

7.4.1SOA结构217

7.4.2SOA要素220

7.5万维网的演进223

7.6Web服务框架（WSF）和第二代Web服务（WS*）224

7.7服务建模226

7.7.1基本原则227

7.7.2描述建模服务227

7.7.3SOA建模语言概述227

7.7.4简单的服务建模229

7.7.5复杂的服务建模230

7.8智能微电网服务234

7.9总结235

练习236

学生项目236

参考文献237

第8章将架构扩展到实时域238

8.1实时系统的本质特征238

8.2时间特征240

8.3事件、线程和并发241

8.4EX案例中的实时性242

8.5实时需求244

8.6实时系统建模：UML扩展的实时和嵌入式系统建模与分析（MARTE）

246

8.7可调度性249

8.8EX雷达基本时序分析252

8.9实现实时系统254

8.9.1实时硬件和软件关注254

8.9.2实时操作系统（RTOS）255

8.9.3实时中间件258

8.9.4安全关键硬件260

8.9.5实时服务260

8.9.6集成模块化电子设备260

8.9.7实时系统的安全性261

8.9.8实时原型系统262

8.10总结262

练习263

学生项目263

参考文献263

第9章开发网络维度266

9.1网络的作用和种类266

9.2网络参考模型及相关网络设备267

9.3端口和协议273

9.4无线网络274

9.5虚拟局域网（VLAN）275

9.6网络管理275

9.7服务质量（QoS）276

9.8移动自组网络（MANET）277

9.9网络的未来279

9.10总结279

练习280

学生项目280

参考文献280

第10章赛博安全信息保护282

10.1赛博安全挑战282

10.2基本概念284

10.2.1网络攻击要素284

10.2.2威胁方的类别286

10.2.3基本安全概念286

10.2.4强韧赛博安全要素287

10.2.5赛博安全领域288

10.2.6赛博安全基础290

10.3赛博安全风险管理291

10.4赛博安全指南和资源294

10.5安全架构和设计296

10.5.1安全架构和设计流程296

10.5.2分层防御架构299

10.6安全系统实现303

10.6.1边界安全303

10.6.2可信计算平台（TCP）306

10.6.3保护质量（QoP）307

10.6.4加密和证书307

10.6.5访问控制310

10.6.6虚拟专用网（VPN）311

10.6.7分离内核311

10.6.8多级安全级别312

10.6.9瞬变电磁脉冲发射监视技术（TEMPEST）313

10.6.10系统和组件信任评估313

10.7SOA、Web和云安全315

10.8安全架构建模318

10.8.1MBSAP方法论中的安全性318

10.8.2安全性相关的聚焦视角320

10.9安全软件开发320

10.9.1安全软件开发生命周期（SSLDC）320

10.9.2安全测试322

10.10智能微电网的赛博安全322

10.11总结325

练习325

学生项目326

参考文献326

第11章使用原型系统、验证与确认方法评估和增强系统架构330

11.1架构和系统评估330

11.2 MBSAP中的原型系统开发331

11.2.1物理原型系统331

11.2.2虚拟原型系统和可执行架构334

11.2.3测试装置和控制338

11.3验证与确认339

11.3.1验证和确认方法339

11.3.2验证340

11.3.3确认341

11.4原型系统的其他作用343

11.5Petri网344

11.6智能微电网仿真344

11.7EX流程仿真349

11.8总结353

练习354

学生项目354

参考文献354

第12章使用参考架构和框架356

12.1参考架构的本质特征和应用356

12.1.1参考架构术语356

12.1.2参考架构用途357

12.1.3参考架构层次结构358

12.2参考架构流程361

12.3构建参考架构363

12.4EX参考架构的分类365

12.5参考架构的扩展和库368

12.6架构框架369

12.7产品线的关注373

12.8总结374

练习375

学生项目375

参考文献375

第13章构建复杂组织体架构378

13.1复杂组织体架构378

13.2SoS的本质特征379

13.2.1公共的SoS特征380

13.2.2SoS挑战382

13.2.3适应性和涌现性行为384

13.3复杂组织体架构方法论385

13.4体系工程（SoSE）390

13.5互操作性393

13.6复杂组织体的建模与仿真396

13.7鲁棒的网络连接397

13.8动态的复杂组织体398

13.9总结398

练习399

学生项目399

参考文献399

第14章运用先进的概念401

14.1先进的概念和趋势401

14.2虚拟化401

14.3集群404

14.4分布式计算405

14.5智能代理（Agent）407

14.6代理（Proxy）408

14.7先进算法409

14.8架构的机械问题411

14.9提高性能和可扩展性413

14.10总结414

练习414

学生项目414

参考文献415

第15章确保架构测度和质量的治理416

15.1确保架构的质量416

15.2定义测度和质量属性418

15.2.1功能需求的测度418

15.2.2非功能的质量属性需求420

15.3建立有效的治理423

15.3.1一般的架构治理426

15.3.2面向服务架构的治理428

15.4总结431

练习431

学生项目432

参考文献432

附录A面向对象设计（OOD）及统一建模语言（UML）的快速参考434

A.1概述434

A.2UML的基础435

A.3类图/对象图443

A.4用例451

A.5协同454

A.6控制流455

A.7对象约束语言（OCL）456

A.8UML行为模型457

A.9物理图466

A.10实时系统的语义471

附录B统一建模语言（UML）扩展的系统建模语言（SysML）的快速参考472

B.1概述472

B.2结构477

B.3值特性482

B.4行为483

B.5活动484

B.6需求488

B.7参数489

B.8图之间的关系491

附录C系统架构案例：EX机载多传感器平台493

C.1简介493

C.2模型组织493

C.3需求494

C.4运行视角制品496

C.4.1结构特征视图497

C.4.2行为特征视图510

C.4.3数据特征视图518

C.4.4背景特征视图521

C.5逻辑/功能视角制品523

C.5.1结构特征视图523

C.5.2行为特征视图538

C.5.3数据特征视图545

C.6物理视角制品548

C.6.1设计特征视图548

C.6.2标准特征视图550

C.6.3物理数据模型550

附件1： EX架构概述与总结信息551

附件2：EX架构的集成词典560

附录DUML扩展的实时嵌入式系统建模与分析（MARTE）的概述566

D.1简介566

D.2基本概念567

D.3非功能特性（NFP）建模568

D.4时间建模570

D.5通用资源建模（GRM）573

D.6分配建模（Alloc）576

D.7通用组件模型（GCM）577

D.8高层应用建模(HLAM)578

D.9详细资源建模（DRM）580

D.10软件资源建模（SRM）580

D.11硬件资源建模（HRM）582

D.12通用定量分析建模（GQAM）583

D.13可调度性分析建模（SAM）586

D.14性能分析建模（PAM）589

D.15MARTE缩写词列表592

附录E信息技术（IT）核心标准和来源列表594

附录F纵深防御（DiD）的定义596

F.1周边安保层596

F.2网络安保层597

F.3终端安保层598

F.4应用安保层599

F.5数据安保层600

F.6其他的纵深防御概念601

附录G常见的赛博攻击方法603

附录HIEEE计算机协会安保设计中心（CSD）的10大安保缺陷列表609

附录I软件测试方法和工具611

I.1功能测试611

I.2非功能测试611

附录J开放系统互连（OSI）层次和协议614

附录K美国国防部（DoD）计划的面向服务架构（SOA）的策略要求619

附录L缩略语620

参考文献633