Transcript 以大型理論為基礎的C4ISR系統

以大型系統理論為基礎的
C4ISR系統
報告人：韓孟麒 博士
德明財經科技大學
資訊科技系 C4ISR研究中心
Introducing Takming C4ISR Research Center
C4ISR Research Center
Takming University of Science and Technology
Outline
• 前言
• 問題探討與技術背景
• 大型系統理論
– 小型、大型及超大型方法論
– 物件導向法
– 快速雛型法
• DoDAF架構規範
• 陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
C4ISR Research Center
Takming University of Science and Technology
什麼是 C4ISR 系統?
C4ISR
• 大部份的 C4ISR 系統 (the commands, control,
communications, computers, intelligence, surveillance and
reconnaissance systems) 是一種大型的系統( huge-grain
systems)
• C4ISR 系統整合了五種戰場物件( battlefield object )
–
–
–
–
–
軍武器系統(military people),
武器系統(weapon systems),
導航系統(navigation systems),
平台感應器(platform sensors), 及
通訊鏈路(communication links)
Military people
Weapon systems
Communication links
• C4ISR 系統架構(C4ISR system architecture)
– 描述(Description)
– 確認(Validation)
Navigation systems
C4ISR software
Platform sensors
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C4ISR 系統架構
Weapon systems
1
2
Antennas
DTS
NF
DTS
NF
DTS
NF
DTS
ZigBee/
Local area network
4
Status
information
Communication links
NF
3
Message
Message
Generic
C4ISR
station
Message
Message
I/O
Military people
Message
Platform navigation
Information
Sensor
information
1
2
3
4
Navigation systems
Platform sensors
C4ISR Research Center
Takming University of Science and Technology
Outline
• 前言
• 問題探討與技術背景
• 大型系統理論
– 小型、大型及超大型方法論
– 物件導向法
– 快速雛型法
• DoDAF架構規範
• 陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
C4ISR Research Center
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開放性問題
•
•
•
•
•
系統開發方法論
系統需求工程
系統開發及採構成本太高
系統開發的風險太高
系統品質要求太高
C4ISR Research Center
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技術背景
• C4ISR系統的需求環境是多變(Mutable)且不穩定的(Unstable)。
• 開發C4ISR系統最好的途徑，就是使用物件導向模式建造的技術
(Object-oriented Modeling Technology, OMT)。
• C4ISR系統是一種即時嵌入式系統(Real-time Embedded System)。
• C4ISR系統是一種大型且十分複雜的系統。
• C4ISR系統的開發(Development)、建置(Implementation)與進化
(Evolution)可以被正型化(Formalized)並可藉自動化工具(Automation
Tools)的使用而逐步實現。
• 快速雛型法的技術可以幫助設計者開發適用性強的C4ISR系統(Highly
Adaptive C4ISR Systems)。
• 以快速雛型法做C4ISR系統需求獲得時，C4ISR系統績效(Performance)
被評估後，新版的C4ISR系統需求就應運而生，因此其大量的文件資料
及程式的產生，要藉版本控制及構型管理(Version Control and
Configuration Management, VCCM)技術來解決。
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Outline
• 前言
• 問題探討與技術背景
• 大型系統理論
– 小型、大型及超大型方法論
– 物件導向法
– 快速雛型法
• DoDAF架構規範
• 陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
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大型系統理論的組成
• The huge-grain system theory is a system-of-systems (SoSs) theory
and includes the small-, large-, and huge-grain methods based on
– the object-oriented method for constructing a solid, well-formed and
hierarchical framework, and
– the prototyping method for verifying and validating user’s requirements
For constructing a
hierarchical framework
For verifying and validating
user’s requirements
For constructing small, large,
and huge-grain systems
Object-oriented method
Use Case
Diagram
Object
Diagram
Huge-grain
system theory
=
Class
Diagram
Deployment
Diagram
+
+
Prototyping method
Small-, large, and
huge-grain methods
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顆粒層級(Granularity hierarchy)
• Small-grain system
– can be considered as a largesize atomic object/part
Small-size
atomic
object/part
• Large-grain system
– can be considered as a hugesize atomic object/part
Large-size
atomic
object/part
• Huge-grain system
Huge-size
atomic
object/part
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物件導向法(Huge-grain Method)
• 開發一個C4ISR系統所要使用的物件導向技術包括了UML
的九個圖，這些圖並不是全部要用到。
• Definition (Object-oriented Method) An object-oriented
method is a method that uses a set of tools OOM = UsecaseC ∪ ObjectC ∪ ClassC ∪ SequenceC ∪ ActivityC ∪
StateC ∪ CollaborationC ∪ ComponentC ∪ DeploymentC
where
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Use-caseC is a set of use-case charts,
ObjectC is a set of object charts,
ClassC is a set of class charts,
SequenceC is a set of sequence charts,
ActivityC is a set of activity charts,
StateC is a set of state charts,
CollaborationC is a set of collaboration charts,
ComponentC is a set of component charts, and
DeploymentC is a set of deployment charts,
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雛型方法(Prototyping Method)
• Iterative prototyping life cycle
Initial Goals
Determine
Requirements
Requirements
Problems
Construct
Prototyping System
Prototype System
No
User Validation
Performance
Demonstrate
Prototype
Yes
Validated Requirements
Construct Production
System
Modularization+Objects
System
New Goals
Product Use
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• 前言
• 問題探討與技術背景
• 大型系統理論
– 小型、大型及超大型方法論
– 物件導向法
– 快速雛型法
• DoDAF架構規範
• 陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
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Methodologies of a huge-grain system
Therefore, our DoDAF product set, whose elements are selected, includes
the following products: AV-1, AV-2, OV-2, OV-3, OV-5, SV-1 and TV-1,
specified by the integrated architecture; OV-4, SV-4 and SV-5, extended by
the ABM; and OV-1 and OV-6, added by our research group.
Our method
(Takming C4ISR
research center)
ABM method
(Ring)
Integrated
architecture
(DoDAF)
AV-1, AV-2, OV-2, OV-3,
OV-5, SV-1, and TV-1
OV-4, SV-4,
and SV-5
AV-1, AV-2, OV-2, OV-3,
OV-5, SV-1, and TV-1
OV-4, SV-4,
and SV-5
OV-1 and OV-6
AV-1, AV-2, OV-2, OV-3,
OV-5, SV-1, and TV-1
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Outline
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前言
問題探討與技術背景
大型系統理論
DoDAF架構規範
陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
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–
相關設備採購
小型原子元件的認定
ADB-T雛型系統實作
ADB-T戰車運動軌跡模擬器系統
ADB-T產品系統實作
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陸軍數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
• 本研究以陸軍數位化戰車旅(Army Digital Brigade for Tanks,
ADB-T)的C4ISR系統為例，來驗證大型系統理論可以應用
於C4ISR系統中。
• 研究成果
– 以CAPS製作 ADB-T Data/State流程圖及PSDL碼
– 以ASP.NET製作 ADB-T 雛型系統
– 以CAPS製作 ADB-T 戰車運動軌跡模擬器Data/State流程圖及
PSDL碼
– 以ASP.NET製作 ADB-T戰車運動軌跡模擬器系統
– 以SA依循XABM模式製作ADB-T 14項DoDAF產品
– 以Xoops平台及PHP程式製作 ADB-T 產品系統
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Outline
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前言
問題探討與技術背景
大型系統理論
DoDAF架構規範
陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
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–
相關設備採購
小型原子元件的認定
ADB-T雛型系統實作
ADB-T戰車運動軌跡模擬器系統
ADB-T產品系統實作
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相關設備採購
•
遠距資料整合交換擷取器
–
•
手持式GPRS接收器
–
•
軟體含畫面即時顯示、命令下達、工作派遣、系統管理、...等功能，資料
庫可存儲即時及歷史資料。
地理資訊系統(GIS)
–
•
具有Mesh功能之遠距無線傳輸器一套兩個，傳輸有效半徑約600至700公
尺。
核心應用軟體及資料庫
–
•
建置於Linux作業系統環境下，以處理即時資料用。
遠距無線Zigbee傳輸器
–
•
含GPS衛星定位系統，與前端感應器資料銜接，可接收GPS衛星定位資料，
並做遠端派遣之應用。
即時資料處理軟體
–
•
此遠距資料整合交換擷取器為一閘道(Gateway)，做為C4ISR系統情資傳
輸用，可以接收、傳送、匯整及交換不同格式的遠端資料，並且含API界
面，可以與不同的應用系統結合。
含1/5,000台灣地圖一套，可供10人使用。
個人數位助理(PDA)
–
做為遠端派遣之接收器，內含地圖顯示及情資接收。
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相關設備採購
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相關設備採購
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Outline
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前言
問題探討與技術背景
大型系統理論
DoDAF架構規範
陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
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相關設備採購
小型原子元件的認定
ADB-T雛型系統實作
ADB-T戰車運動軌跡模擬器系統
ADB-T產品系統實作
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小型原子元件的認定
•
軍事人員
– 使用ADB-T系統的軍事人員為P = {旅長, 營長, 連長, 副連長, 車長}。
•
武器系統
– ADB-T系統所使用到的終端武器系統為W = {裝甲車, 迫擊砲}。
•
導航系統
– ADB-T系統所使用到的導航系統為N = {地理資訊系統, PDA, 37A,
小型無線電機}。
•
平台感應器
– ADB-T系統所使用到的平台感應器為S = {GPS衛星定位系統, 數位
攝影機, PDA}。
•
通訊鏈路
– ADB-T系統所使用到的通訊鏈路為C = {手持式GPRS接收器, WiFi,
GPRS(2.5G)&3G, 基地台, ISP供應者, WiMAX, Gateway, 37A, 小
型無線電機, 車內通話器頭盔, 遠距無線Zigbee傳輸器}。
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前言
問題探討與技術背景
大型系統理論
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陸數位化戰車旅C4ISR系統的建構與實作
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相關設備採購
小型原子元件的認定
ADB-T雛型系統實作
ADB-T戰車運動軌跡模擬器系統
ADB-T產品系統實作
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ADB-T雛型系統實作
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利用手持式GPRS接收器中的GPS衛星定位系統來定位每
部戰車的位置。
利用數位攝影機來觀察每部戰車的前景。
利用手持式PDA來傳送每部戰車所得知的情報資訊，及接
收上級傳來的作戰命令與情報資訊。
將戰車的位置、戰車的前景及戰車所得知的情報資訊，利
用手持式GPRS接收器經由基地台及ISP Provider傳送至遠
端的遠距資料整合交換擷取器。
利用遠距無線Zigbee傳輸器做為戰車間的通訊轉接器。
後端C2中心可以藉由即時資料處理軟體、C4ISR核心應用
軟體及資料庫來指揮前端戰車作戰。
後端C2中心有地理資訊系統的電子地圖，可以觀看前端戰
車的移動路徑。
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ADB-T雛型系統實作
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ADB-T雛型系統實作
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小型原子元件的認定
ADB-T雛型系統實作
ADB-T戰車運動軌跡模擬器系統
ADB-T產品系統實作
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小型原子元件的認定
ADB-T雛型系統實作
ADB-T戰車運動軌跡模擬器系統
ADB-T產品系統實作
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More information and articles on C4ISR at:
http://c4isr.takming.edu.tw
[email protected]
0919-297-147
韓孟麒 副教授
德明財經科技大學 資訊科技系
C4ISR研究中心 召集人
美國海軍研究院 電腦科學博士
C4ISR Research Center
Takming University of Science and Technology