题目：面向效能评估的系统体系结构仿真与优化技术研究

以综合电子信息系统为代表的复杂系统往往具有结构庞大、交互关系复杂、网络化、软硬件高度集成等特征，给这些系统的设计、开发、综合集成和维护等带来众多挑战。为了有效地开展复杂系统的建设，体系结构设计成为复杂系统生命周期必不可少的一环。体系结构设计处于系统生命周期的早期，体系结构体现了用户的需求，系统设计和实现人员对系统进行详细设计和实现时都将以体系结构为依据。体系结构设计一旦确定，不易更改，或更改的成本巨大，对系统的整个生命周期具有深远的影响。因此，系统体系结构在很大程度上决定了系统建成后具有的特征、功能、性能和效能，系统体系结构设计的优劣往往能够最终决定一个系统建设的成败。

由于系统体系结构的重要性，开展针对系统体系结构的评估，可以预先估计系统的设计能否满足用户的预期或关注点，包括逻辑合理性、行为正确性以及性能和效能。然而，上述列举的几个关注点较难通过对体系结构模型的静态分析获得，尤其是性能和效能的度量，需要对体系结构进行动态分析。动态分析主要是利用动态仿真对体系结构模型的逻辑、行为以及时空关系或性能等方面进行检查分析。依据体系结构评估系统的不同特性，所需要构造的动态仿真模型是不一样的，如Petri网可以验证体系结构模型的逻辑一致性和行为正确性，但很难有效验证系统的性能特性。当前基于体系结构的验证和评估研究主要关注体系结构描述中的部分关键模型的逻辑和行为问题，而较少关注基于体系结构的系统性能度量和效能度量。

效能是综合电子信息系统建设时关注的重点，反映了系统在规定条件下完成规定任务的能力。为了能够在体系结构层次开展系统的效能评估，并从众多潜在的体系结构设计方案中快速选择满足效能需求的方案，本文开展了面向效能评估的系统体系结构仿真和优化研究，主要研究内容包括：

1、面向效能评估的系统体系结构建模研究

合适的体系结构建模方法能够为效能评估提供全面支持，是有效开展基于体系结构的效能评估的基础。通过深入分析DoDAF 2.0中支持仿真和效能评估的模型和模型要素，确定了面向效能评估的体系结构仿真和优化研究需要用到的DoDAF模型，并提出这些模型的元模型，为开展体系结构模型到仿真模型的转换和体系结构的优化研究奠定基础。

2、扩展的离散事件系统仿真规范ExDEVS及其支撑环境

只有将系统体系结构模型转换为可执行的仿真模型，并通过仿真模型运行产生的数据才能支持系统效能评估和体系结构的优化。本文提出了一种扩展的离散事件系统仿真规范ExDEVS以满足在体系结构层次对复杂系统仿真的需求，包括ExDEVS的模型描述规范和仿真算法。并在此基础上，设计和开发了一个支持ExDEVS的建模和仿真环境，建立了开展体系结构到仿真模型的转换和体系结构优化研究的基础。

3、系统体系结构模型到仿真模型的转换

以模型驱动架构中的模型转换理论为基础，研究了基于DoDAF的体系结构模型到ExDEVS仿真模型的转换框架。该框架的核心是体系结构模型到ExDEVS仿真模型的映射规则，也是本文研究的重点和难点之一。在研究本文关注的DoDAF中的各模型分别到ExDEVS仿真模型的映射规则的基础上，提出了将DoDAF中的各模型转换为一个综合的ExDEVS模型的方法。

4、面向效能的系统体系结构优化

在上述研究的基础上，提出了面向效能的体系结构优化方法框架，并研究了支持该框架的主要关键技术，包括改进的系统实体结构及其对ExDEVS仿真模型方案集的表示方法、改进的系统实体结构的剪裁方法、仿真模型方案到ExDEVS仿真模型的转换、基于系统实体结构的优化方法搜索空间的确定、体系结构模型到改进的系统实体结构的转换、目标函数的确定和采用的优化方法等。

为了验证本文提出的方法的可行性和有效性，开展了典型应用实验研究。本文提出的研究方法将系统的体系结构建模、系统仿真、效能评估和优化理论有机地结合起来，为系统的早期效能评估和体系结构设计方案的选择和优化提供支持。基于本文的研究成果，可以预先估计拟建设的以综合电子信息系统为代表的复杂系统的效能，对系统体系结构设计进行客观、量化的评价，尽早发现体系结构设计中的存在的效能缺陷，尽可能避免在系统开发后期因修正设计缺陷而带来的开发成本和风险的增加；当系统有众多可选的体系结构设计方案时，可以快速地选择出满足效能需求的设计方案。