基於模型的系統工程有效方法

《基於模型的系統工程有效方法》是2020年北京航空航天大學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：基於模型的系統工程有效方法
• 出版時間：2020年9月1日
• 出版社：北京航空航天大學出版社
• ISBN：9787512433182

內容簡介

本書聚焦系統工程的複雜性，以基於模型的系統工程（MBSE）轉型為主線，揭示面向對象設計、系統建模語言、建模和仿真等套用於系統架構設計的基本原理，提出了一個經驗證的、具有廣泛適用性的方法——基於模型的系統架構流程（MBSAP）。以航空航天和能源領域的典型系統開發為案例，貫通系統工程生命周期的各個活動以及運行-邏輯/功能-物理的各個層級，闡述基於數字原型系統的開發、系統架構集成以及驗證和確認等內容，並進而將該方法擴展到面向服務的架構（SOA）、實時嵌入式系統、賽博安全、網路化複雜組織體以及架構治理等方面。

本書適合於系統工程師、架構師等從業者以及希望系統性掌握MBSE方法的各類人員。另外，本書中介紹了大量的全球MBSE新研究成果和最佳工程實踐經驗，值得讀者進一步了解，並可作為擴展研究和深化套用的指導。

圖書目錄

第1章介紹：框定問題1

1.1架構的美學和科學維度1

1.2基於模型的系統工程3

1.3現代高技術系統的演進4

1.4架構的巴別塔6

1.5開放架構的真正意義8

1.6架構的分類10

1.7良好架構的基本原則13

1.8架構在工程項目中的作用14

1.9總結16

練習16

參考文獻17

第2章套用於系統架構的面向對象方法19

2.1面向對象架構的動機19

2.2面向對象的基本原則20

2.3使用統一建模語言(UML)的架構建模22

2.3.1結構建模22

2.3.2行為建模28

2.3.3實現建模39

2.4使用UML擴展的系統建模語言（SysML）41

2.4.1SysML概述41

2.4.2需求建模42

2.4.3結構建模的增強44

2.4.4行為建模的增強48

2.4.5實現建模的增強49

2.5結論性思路50

練習51

參考文獻52

第3章MBSAP方法論概述53

3.1基本原則53

3.2擴展傳統的系統工程56

3.3基本方法58

3.4視角和特徵視圖64

3.5架構開發的基礎66

3.5.1信息收集66

3.5.2利益相關方66

3.5.3符合客戶策略和強制要求68

3.6建模與仿真的作用68

3.7架構啟動研討會70

3.8可選的方法71

3.9工具的困境75

3.10總結77

練習77

學生項目78

參考文獻78

目錄基於模型的系統工程有效方法第4章從運行視角分析需求80

4.1從需求到架構80

4.1.1需求來源和類別80

4.1.2需求資料庫82

4.2第一個案例問題：EX“監視者”84

4.3第二個案例問題：智慧型微電網86

4.4需求建模88

4.5架構風格91

4.6結構特徵視圖92

4.6.1定義域92

4.6.2EX功能劃分93

4.6.3域規範97

4.6.4用戶角色97

4.7行為特徵視圖98

4.7.1定義用例98

4.7.2EX用例100

4.7.3場景和活動圖102

4.7.4EX場景案例102

4.8數據特徵視圖106

4.8.1概念數據模型106

4.8.2EX概念數據模型109

4.9服務特徵視圖111

4.10背景特徵視圖114

4.11智慧型微電網OV115

4.11.1智慧型微電網功能區劃115

4.11.2智慧型微電網用例和場景117

4.11.3智慧型微電網概念數據模型120

4.12可執行架構121

4.13總結121

練習122

學生項目123

參考文獻123

第5章從邏輯/功能的視角進行設計124

5.1設計基礎124

5.2設計模式125

5.3結構特徵視圖：EX結構分解128

5.4行為特徵視圖：EX行為135

5.5數據特徵視圖：EX邏輯數據模型141

5.6服務特徵視圖143

5.6.1EX服務分類144

5.6.2分層架構146

5.6.3流程/決策實時節點和系統148

5.6.4實時系統156

5.7背景特徵視圖158

5.8性能和時序159

5.9智慧型微電網邏輯/功能視角163

5.9.1智慧型微電網結構分解163

5.9.2智慧型微電網行為170

5.9.3智慧型微電網邏輯數據模型171

5.10接口建模和控制172

5.11數據驅動架構和事件驅動架構172

5.12可執行架構173

5.13總結174

練習175

學生項目176

參考文獻176

第6章物理視角的實現177

6.1一般考慮177

6.1.1從功能設計到物理設計177

6.1.2權衡研究179

6.2設計特徵視圖181

6.2.1塊實例中的物理細節181

6.2.2物理接口182

6.2.3節點和系統基礎設施183

6.2.4EX計算基礎設施184

6.3任務組件的集成187

6.3.1系統集成的挑戰188

6.3.2集成框架189

6.3.3實時域與非實時域或弱實時域的接口192

6.3.4可視化和人機界面193

6.4標準特徵視圖194

6.5數據特徵視圖：物理數據模型197

6.5.1物理數據模型的內容197

6.5.2EX物理數據模型198

6.6服務特徵視圖199

6.7背景特徵視圖199

6.8聚焦視角200

6.9可執行物理架構201

6.10系統演進的規劃202

6.11總結203

練習204

學生項目204

參考文獻204

第7章實現面向服務架構的複雜組織體集成206

7.1面向服務架構（SOA）的重要性206

7.2基本的SOA定義207

7.2.1基本概念207

7.2.2公共的SOA特性210

7.2.3SOA特徵和原則211

7.3SOA策略212

7.3.1首要挑戰213

7.3.2基本的SOA策略214

7.3.3SOA收益和成功測度215

7.3.4服務劃分指南216

7.3.5面向變化的設計216

7.4SOA實現217

7.4.1SOA結構217

7.4.2SOA要素220

7.5全球資訊網的演進223

7.6Web服務框架（WSF）和第二代Web服務（WS*）224

7.7服務建模226

7.7.1基本原則227

7.7.2描述建模服務227

7.7.3SOA建模語言概述227

7.7.4簡單的服務建模229

7.7.5複雜的服務建模230

7.8智慧型微電網服務234

7.9總結235

練習236

學生項目236

參考文獻237

第8章將架構擴展到實時域238

8.1實時系統的本質特徵238

8.2時間特徵240

8.3事件、執行緒和並發241

8.4EX案例中的實時性242

8.5實時需求244

8.6實時系統建模：UML擴展的實時和嵌入式系統建模與分析（MARTE）

246

8.7可調度性249

8.8EX雷達基本時序分析252

8.9實現實時系統254

8.9.1實時硬體和軟體關注254

8.9.2實時作業系統（RTOS）255

8.9.3實時中間件258

8.9.4安全關鍵硬體260

8.9.5實時服務260

8.9.6集成模組化電子設備260

8.9.7實時系統的安全性261

8.9.8實時原型系統262

8.10總結262

練習263

學生項目263

參考文獻263

第9章開發網路維度266

9.1網路的作用和種類266

9.2網路參考模型及相關網路設備267

9.3連線埠和協定273

9.4無線網路274

9.5虛擬區域網路（VLAN）275

9.6網路管理275

9.7服務質量（QoS）276

9.8移動自組網路（MANET）277

9.9網路的未來279

9.10總結279

練習280

學生項目280

參考文獻280

第10章賽博安全信息保護282

10.1賽博安全挑戰282

10.2基本概念284

10.2.1網路攻擊要素284

10.2.2威脅方的類別286

10.2.3基本安全概念286

10.2.4強韌賽博安全要素287

10.2.5賽博安全領域288

10.2.6賽博安全基礎290

10.3賽博安全風險管理291

10.4賽博安全指南和資源294

10.5安全架構和設計296

10.5.1安全架構和設計流程296

10.5.2分層防禦架構299

10.6安全系統實現303

10.6.1邊界安全303

10.6.2可信計算平台（TCP）306

10.6.3保護質量（QoP）307

10.6.4加密和證書307

10.6.5訪問控制310

10.6.6虛擬專用網（VPN）311

10.6.7分離核心311

10.6.8多級安全級別312

10.6.9瞬變電磁脈衝發射監視技術（TEMPEST）313

10.6.10系統和組件信任評估313

10.7SOA、Web和雲安全315

10.8安全架構建模318

10.8.1MBSAP方法論中的安全性318

10.8.2安全性相關的聚焦視角320

10.9安全軟體開發320

10.9.1安全軟體開發生命周期（SSLDC）320

10.9.2安全測試322

10.10智慧型微電網的賽博安全322

10.11總結325

練習325

學生項目326

參考文獻326

第11章使用原型系統、驗證與確認方法評估和增強系統架構330

11.1架構和系統評估330

11.2 MBSAP中的原型系統開發331

11.2.1物理原型系統331

11.2.2虛擬原型系統和可執行架構334

11.2.3測試裝置和控制338

11.3驗證與確認339

11.3.1驗證和確認方法339

11.3.2驗證340

11.3.3確認341

11.4原型系統的其他作用343

11.5Petri網344

11.6智慧型微電網仿真344

11.7EX流程仿真349

11.8總結353

練習354

學生項目354

參考文獻354

第12章使用參考架構和框架356

12.1參考架構的本質特徵和套用356

12.1.1參考架構術語356

12.1.2參考架構用途357

12.1.3參考架構層次結構358

12.2參考架構流程361

12.3構建參考架構363

12.4EX參考架構的分類365

12.5參考架構的擴展和庫368

12.6架構框架369

12.7產品線的關注373

12.8總結374

練習375

學生項目375

參考文獻375

第13章構建複雜組織體架構378

13.1複雜組織體架構378

13.2SoS的本質特徵379

13.2.1公共的SoS特徵380

13.2.2SoS挑戰382

13.2.3適應性和湧現性行為384

13.3複雜組織體架構方法論385

13.4體系工程（SoSE）390

13.5互操作性393

13.6複雜組織體的建模與仿真396

13.7魯棒的網路連線397

13.8動態的複雜組織體398

13.9總結398

練習399

學生項目399

參考文獻399

第14章運用先進的概念401

14.1先進的概念和趨勢401

14.2虛擬化401

14.3集群404

14.4分散式計算405

14.5智慧型代理（Agent）407

14.6代理（Proxy）408

14.7先進算法409

14.8架構的機械問題411

14.9提高性能和可擴展性413

14.10總結414

練習414

學生項目414

參考文獻415

第15章確保架構測度和質量的治理416

15.1確保架構的質量416

15.2定義測度和質量屬性418

15.2.1功能需求的測度418

15.2.2非功能的質量屬性需求420

15.3建立有效的治理423

15.3.1一般的架構治理426

15.3.2面向服務架構的治理428

15.4總結431

練習431

學生項目432

參考文獻432

附錄A面向對象設計（OOD）及統一建模語言（UML）的快速參考434

A.1概述434

A.2UML的基礎435

A.3類圖/對象圖443

A.4用例451

A.5協同454

A.6控制流455

A.7對象約束語言（OCL）456

A.8UML行為模型457

A.9物理圖466

A.10實時系統的語義471

附錄B統一建模語言（UML）擴展的系統建模語言（SysML）的快速參考472

B.1概述472

B.2結構477

B.3值特性482

B.4行為483

B.5活動484

B.6需求488

B.7參數489

B.8圖之間的關係491

附錄C系統架構案例：EX機載多感測器平台493

C.1簡介493

C.2模型組織493

C.3需求494

C.4運行視角製品496

C.4.1結構特徵視圖497

C.4.2行為特徵視圖510

C.4.3數據特徵視圖518

C.4.4背景特徵視圖521

C.5邏輯/功能視角製品523

C.5.1結構特徵視圖523

C.5.2行為特徵視圖538

C.5.3數據特徵視圖545

C.6物理視角製品548

C.6.1設計特徵視圖548

C.6.2標準特徵視圖550

C.6.3物理數據模型550

附屬檔案1： EX架構概述與總結信息551

附屬檔案2：EX架構的集成詞典560

附錄DUML擴展的實時嵌入式系統建模與分析（MARTE）的概述566

D.1簡介566

D.2基本概念567

D.3非功能特性（NFP）建模568

D.4時間建模570

D.5通用資源建模（GRM）573

D.6分配建模（Alloc）576

D.7通用組件模型（GCM）577

D.8高層套用建模(HLAM)578

D.9詳細資源建模（DRM）580

D.10軟體資源建模（SRM）580

D.11硬體資源建模（HRM）582

D.12通用定量分析建模（GQAM）583

D.13可調度性分析建模（SAM）586

D.14性能分析建模（PAM）589

D.15MARTE縮寫詞列表592

附錄E信息技術（IT）核心標準和來源列表594

附錄F縱深防禦（DiD）的定義596

F.1周邊安保層596

F.2網路安保層597

F.3終端安保層598

F.4套用安保層599

F.5數據安保層600

F.6其他的縱深防禦概念601

附錄G常見的賽博攻擊方法603

附錄HIEEE計算機協會安保設計中心（CSD）的10大安保缺陷列表609

附錄I軟體測試方法和工具611

I.1功能測試611

I.2非功能測試611

附錄J開放系統互連（OSI）層次和協定614

附錄K美國國防部（DoD）計畫的面向服務架構（SOA）的策略要求619

附錄L縮略語620

參考文獻633