4.3.1 武器装备体系结构关系模型

武器装备体系是由众多装备系统按照一定的结构形式构成的具有特定作战能力的功能整体。在武器装备体系中，每种装备系统都具有特定的寿命周期。随着不同装备系统寿命周期阶段的过渡，不断会有新的装备系统加入装备体系，老的装备系统退出装备体系。因此，武器装备体系中的装备系统构成种类、数量、结构形式等状态都在不断地演化。

武器装备体系由多个平台、武器和系统通过网络链接组合形成一个有机整体。目前，对于武器装备体系而言，普遍认为成员以及成员之间的关系（连接件）共同组成了武器装备体系结构。成员是实现体系功能或服务的实体，连接件是实现体系中不同成员之间交互的接口转换实体，实现不同成员之间接口的转换。由于武器装备体系的各个成员具有物理位置的分布性，因此从体系结构层面上看，可以将组成武器装备体系的成员看成组成其体系结构的节点，在本章中如果不特别说明，节点即为组成武器装备体系结构的成员节点。

从武器装备体系整体上看，节点C由两部分组成，分别为节点的接口规约和内部规约。接口规约可以分为两类，一类是服务接口（provided/service/public interface）P，它是节点C提供功能（服务）的接口，另一类是请求接口（required/entry interface）E，它是节点C需要其他节点为其提供功能（服务）的接口。接口由多个不同的端口（port）组成。节点功能是节点接口规约和节点内部规约的总和，它表现为请求接口规约与内部规约到服务接口规约的关系总和。节点内部功能关系如图4.3所示。

根据图4.3所示的节点功能，可以有如下定义4.1。

定义4.1（节点功能）：设P是节点C的服务接口集（记为C·P），E是C的请求接口集（记为C·E），则节点C的功能SC表象为从E到P的二元关系：SC⊆E×P。

节点C的服务接口集与请求接口集统称为接口集C·I。例如，在图4.3中，SC={（a，s），（b，s），（b，q），（d，q），（e，t）}是P到E的一个关系。显然存在关系服务端口s与请求端口a形成的有序偶（a，s）就是端口a到s的功能关联关系。

节点的功能描述了服务接口与请求接口之间存在功能语义关联，并没有刻画接口成员——端口之间的功能时序或逻辑的协议关系。例如，请求端口a和b必须同时满足才能导致服务端口s，请求端口b和d其中一个满足就可以导致服务端口q，这两者的协议关系是完全不同的。服务端口与请求端口之间的协议关系，可以由不同的协议关系项来表示。体系中必然存在只有服务端口而没有请求端口的节点，同样也存在只有请求端口而没有服务端口的节点。由此可以得出定义4.2。

定义4.2（功能协议关系）：节点服务端口与请求端口之间的协议关系由它们的功能协议关系项来确定，功能协议关系项是下列关系中的一种：

（1）产生关系：节点C的服务端口p不需要任何请求端口就可以提供或引发，记为0τ→p，称为τ关系；

（2）结束关系：节点C的请求端口a都不会引发或提供任何服务端口，记为σa→0，称为σ关系；

（3）对应关系：节点C满足请求端口a才可以引发或提供服务端口p，记为aθ0→p，称为θ关系；

（4）选择关系：节点C需要满足请求端口a和b的其中之一或全部，才能引发或提供服务端口p，记为a⊔b→p，称为⊔关系；

（5）互斥关系：节点C在请求端口a和b之间，端口a被导入则端口b不能被导入，或者端口b被导入则端口a不能被导入，才能引发或提供服务成员p，记为a⊕b→p，称为⊕关系；

（6）并发关系：节点C需要请求端口a和b都得到满足，才能引发或提供服务端口p，记为a⊓b→p，称为⊓关系；

（7）顺序关系：节点C只有请求端口a被导入并处理完成以后，端口b才能被导入并进行处理，而引发或提供服务端口p，记为a∞b→p，称为∞关系。

定义4.2中0表示空端口。从定义4.2上看，不同功能协议关系项具有强弱之分，显然（θ≈∞≈⊓）＞（⊔≈⊕）。

在图4.3中的端口e和t之间存在对应关系，a、b与s之间，b、d与q之间可能存在选择关系、并发关系、互斥关系或顺序关系。

根据定义4.1和定义4.2，可得节点功能协议关系项具有以下运算性质：

（1）(a⊔b)⊔c=a⊔b⊔c=a⊔(b⊔c);

（2）(a⊓b)⊓c=a⊓b⊓c=a⊓(b⊓c);

（3）(a⊕b)⊕c=a⊕b⊕c=a⊕(b⊕c);

（4）(a⊔b)⊓c=(a⊓c)⊔(b⊓c);

（5）(a⊕b)⊓c=(a⊓c)⊕(b⊓c);

（6）(a⊕b)⊔c=(a⊔c)⊕(b⊔c);

（7）(a⊕b)∞c=(a∞c)⊕(b∞c).

节点功能协议关系项的运算性质表现了节点的请求端口和服务端口时序逻辑性质。在复杂武器装备体系中，可以通过较简单功能协议关系，采用上述的运算性质，从而揭示复杂的节点请求端口和服务端口的关系，或者节点之间复杂的请求端口和服务端口的关系可以通过较简单的功能协议关系，为构建武器装备体系相关功能关系矩阵奠定技术基础。

在武器装备体系结构中，节点与节点通过接口（连接件）实现功能（服务）的交互，具有功能交互的节点之间就发生功能关联，因此有如下定义4.3。

定义4.3（节点之间的功能关联关系）：存在节点C₁和C₂，如果满足：

①s₁∈C₁·P;②e₂∈C₂·E;③s₁=e₂;

则称节点C₁到C₂具有直接功能关联关系；节点之间的功能关联关系如图4.4所示。

存在节点C₁、C₂和C₃，如果满足：

① s₁∈C₁·P,②e₃∈C₃·E;

② q₂∈C₂·P,d₂∈C₂·E;

③ s₁=d₂,q₂=e₃;

④ d₂和q₂之间存在对应关系、选择关系、并发关系、互斥关系或/和顺序关系；

则称节点C₁到C₃具有间接功能关联关系，如图4.4所示。

节点之间的直接功能关联关系和间接功能关联关系统称为节点之间的功能关联关系，记为SR。

由定义4.3可知，当一个节点向外提供的功能成为另一个节点请求输入的功能时，这两个节点具有直接功能关联，如图4.4中节点C₁和C₂具有直接功能关联关系，节点C₁和C₃具有间接功能关联关系。节点之间的功能关联关系具有方向性，则图4.4中有SR₁=＜C₁，C₂＞，SR₂=＜C₂，C₃＞。为了方便，将SR₁记为，同时称节点C₁为SR₁的射出节点，C₂为SR₁的射入节点，C₁和C₂简称为节点，C₁为C₂的前驱，C₂为C₁的后继，为弧，它是C₁的射出弧，也是C₂的射入弧。

体系结构被认为是组成体系的节点以及节点与节点之间交互作用关系（连接件）的高层抽象[8,9]。连接件承载节点之间的功能接口关系，因此可以采用节点之间功能关联关系SR表示连接件。体系结构的功能关联关系如图4.5所示。

根据节点功能定义和节点之间功能关联关系定义，对于图4.5中的C₃，如果有a₃⊓b₃→s₃，则节点之间功能关联关系SR₁、SR₂和SR₃就有SR₁⊓SR₃→SR₂。因此节点之间功能关联关系的时序逻辑性可以通过功能协议关系项来表示。

在武器装备体系结构中，并非所有的节点功能都对体系整体功能产生作用，如图4.5中（d₃，u₃）∈SC₃，但是它对该体系并没有产生作用。因此有如下定义。

定义4.4（体系结构功能关联关系）：体系结构功能关联关系SS是体系结构中产生作用的节点功能SC和节点之间功能关联关系SR的总和。

由于节点功能表象为节点内部服务端口和请求端口之间的关联关系，而节点之间功能关联关系是节点之间通过端口产生的关系，因此具有以下定理。

定理4.1：在节点C中如果（a，b）∈SC，则（a，b）∈SS的充要条件是∀SR₁=＜C₁，C₂＞，∀SR₂=＜C₂，C₃＞∈SR，使a∈C₂·E，b∈C₂·P，a∈SR₁，b∈SR₂。

证明：

① 充分性。如果a∈C₂·E，b∈C₂·P，并且（a，b）∈SC，由于a∈SR₁并且SR₁=＜C₁，C₂＞，根据定义4.3，SR₁必然是通过a射入节点C₂，同样b∈SR₂，SR₂=＜C₂，C₃＞，SR₁必然是通过b射出节点C₂，因此，根据定义4.4，（a，b）必然对体系产生作用。得证。

② 必要性。如果（a，b）∈SC，并且（a，b）∈SS，那么必然存在SR_i，使a∈SR_i，并且SR_i∈SS，同时存在SR_j，使b∈SR_j，并且SR_j∈SS，又因为（a，b）∈SC，则必然有a∈C_i·E，b∈C_i·P，因此SR_i≠SR_j，同时必然SR_i通过a射入节点C_i，S_j通过b射出节点C_i。得证。

在武器装备体系结构中，节点可以通过节点功能和节点之间功能关联关系传播它的影响进而影响到整个体系结构，为了说明节点对体系结构的影响，给出了节点之间功能关联可达性定义。

定义4.5（节点之间功能关联可达性）：节点C_i到C_j是功能关联可达的，则在节点C_i和C_j之间，∃SR_i=＜C_i，C_i+1＞，SR_i+1=＜C_i+1，C_i+2＞，…，SR_n=＜C_n，C_n+₁＞∈SS，并且∃SC_i+1=（a_i+1，b_i+1），SC_i+2=（a_i+2，b_i+2），…，SC_n=（a_n，b_n）∈SS，i＞0，使得：

① (a_i+1∈SR_i∧b_i+1∈SR_i+1∧a_i+1∈C_i+1·E∧b_i+1∈C_i+1·P);

② (a_i+2∈SR_i+1∧b_i+2∈SR_i+2∧a_i+2∈C_i+2·E∧b_i+2∈C_i+2·P);

③ ……;

④ (a_n∈SR_n-1∧b_n∈SR_n∧a_n∈C_n·E∧b_n∈C_n·P).

节点之间功能关联可达性说明一个节点是否能够通过体系结构功能关联关系影响到另一个节点，存在直接功能关联的两个节点是功能关联可达。但是不存在功能关联的两个节点之间也有可能是功能关联可达的，图4.5中C₁到C₂、C₄到C₂和C₄到C₅是功能关联可达，C₁到C₅是功能关联不可达。因此，如果两个节点之间不存在直接功能关联关系，但存在功能关联可达性，则认为这两个节点之间存在间接功能关联关系，同时认为功能关联可达的两个节点是相关的，否则是无关的。如果不特别说明，在本章中，节点之间功能关联关系指节点之间直接功能关联关系，节点之间间接功能关联关系指不具有直接功能关联关系而功能关联可达的关系。根据体系结构功能关联关系定义，可以给出如下的推论。

推论4.1：在体系结构功能关联关系模型中，节点之间功能关联关系具有传递性。