一種基于遷移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于遷移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方法，包括如下步驟，(1)通過分析軟件結(jié)構(gòu)，得到構(gòu)件遷移概率矩陣，繪制構(gòu)件動態(tài)遷移圖，分析各構(gòu)件的危害程度，并找出所有存在的遷移路徑；(2)使用不少于最低測試用例的用例數(shù)量對軟件進(jìn)行測試，統(tǒng)計各構(gòu)件的被執(zhí)行次數(shù)、失效數(shù)和失效修復(fù)數(shù)，得到各構(gòu)件執(zhí)行概率；(3)根據(jù)構(gòu)件間轉(zhuǎn)移概率和各構(gòu)件執(zhí)行概率計算得到各構(gòu)件占用率；(4)計算各構(gòu)件失效率；(5)根據(jù)各構(gòu)件危害程度計算得到各構(gòu)件重要度；(6)根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣P計算得到各遷移路徑的出現(xiàn)概率；(7)評估各構(gòu)件在各遷移路徑中的可靠性；(8)評估各遷移路徑的可靠性；(9)評估軟件可靠性。
【專利說明】-種基于遷移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于軟件工程領(lǐng)域，設(shè)及到軟件評估方法，具體為一種基于遷移路徑和改 進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 大型實時軟件系統(tǒng)在隨著軟件規(guī)模不斷擴(kuò)大和功能不斷更新，軟件結(jié)構(gòu)也越來越 復(fù)雜，對其可靠性的要求也越來越高，故需要建立軟件可靠性評價模型，對實時軟件進(jìn)行可 靠性評價。目前的大型實時軟件系統(tǒng)由許多軟件構(gòu)件組成，而且每個構(gòu)件的使用頻率和關(guān) 鍵程度都不一樣，因此需要從軟件內(nèi)部架構(gòu)和軟件構(gòu)件的角度去評估軟件可靠性。典型的 構(gòu)件軟件評估方法有=種；基于剖面的方法、基于狀態(tài)的方法和基于路徑的方法?；谄拭?的方法主要通過分析不同的軟件輸入數(shù)據(jù)集，計算不同剖面出現(xiàn)的概率和各構(gòu)件間的轉(zhuǎn)移 概率來評估軟件可靠性；基于狀態(tài)的方法假設(shè)軟件系統(tǒng)的運行過程為各構(gòu)件間的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 過程，利用隨機(jī)過程理論評估軟件系統(tǒng)可靠性；基于路徑的方法主要針對測試用例所經(jīng)歷 的路徑，統(tǒng)計遷移路徑上各構(gòu)件的使用頻率和失效率，計算遷移路徑的可靠性，進(jìn)而求得軟 件系統(tǒng)可靠性。
[0003] 主要的基于路徑的軟件可靠性模型主要有W下幾種；Shooman模型，該模型假設(shè) 構(gòu)件的執(zhí)行頻率和失效概率已知，且構(gòu)件失效相互獨立，通過計算總的失效率計算軟件可 靠性，但該模型假設(shè)條件太嚴(yán)格；Krishnamudhy and Mathur模型，該模型通過計算每次測 試運行時執(zhí)行的構(gòu)件序列的路徑可靠性評估，然后將它們進(jìn)行平均得到系統(tǒng)可靠性評估， 但該模型不能適應(yīng)運行路徑中有多個循環(huán)體構(gòu)件的情況；Yacoub,化kic and Ammar模型采 用樹遍歷的算法對軟件體系結(jié)構(gòu)圖的所有分支進(jìn)行了遍歷形成路徑，但該模型的結(jié)束條件 不容易確定。也有研究者提出將非齊次泊松模型用于構(gòu)件失效密度計算，再結(jié)合基于路徑 的方法對軟件進(jìn)行可靠性評估，但在該模型中構(gòu)件在各路徑的執(zhí)行時間卻無法統(tǒng)計。
[0004] 現(xiàn)有的基于路徑的軟件可靠性建模方法中未考慮也沒有使用馬爾科夫鏈（W下 稱馬氏鏈）模型分析構(gòu)件可靠性，其次也未突出軟件體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)件可靠性對軟件系統(tǒng)可 靠性的影響，對各路徑中各構(gòu)件執(zhí)行時間也未進(jìn)行過理論估計，無法全面準(zhǔn)確的進(jìn)行分析， 直接影響軟件可靠性分析的結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種評估的精確性高，評估全面，評價指 標(biāo)和模型合理的，基于遷移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方法。
[0006] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] 本發(fā)明一種基于遷移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方法，包括如下步 驟，
[000引 （1)進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)和功能性分析；通過分析軟件結(jié)構(gòu)，得到構(gòu)件遷移概率矩陣，繪 制構(gòu)件動態(tài)遷移圖，分析各構(gòu)件的危害程度，并找出所有存在的遷移路徑；其中狀態(tài)轉(zhuǎn)移概 率矩陣P由構(gòu)件間的轉(zhuǎn)移概率Pu組成，P U指的是構(gòu)件i到構(gòu)件j的概率，矩陣的維數(shù)為軟 件構(gòu)件的總數(shù)；
[0009] (2)使用不少于最低測試用例的用例數(shù)量對軟件進(jìn)行測試，統(tǒng)計各構(gòu)件的被執(zhí)行 次數(shù)、失效數(shù)和失效修復(fù)數(shù)，得到各構(gòu)件執(zhí)行概率；在最低測試用例的數(shù)量下軟件中所有構(gòu) 件執(zhí)行數(shù)不少于2次；失效構(gòu)件在測試過程中將會被實時修復(fù)，并得到修復(fù)成功概率；
[0010] 做根據(jù)步驟（1)中得到的構(gòu)件間轉(zhuǎn)移概率和根據(jù)步驟似中得到的各構(gòu)件執(zhí)行 概率計算得到各構(gòu)件占用率；
[0011] (4)計算各構(gòu)件失效率；構(gòu)件的失效率指的是構(gòu)件從正常狀態(tài)到異常狀態(tài)的概 率，具體求解步驟如下：
[0012] 步驟4. 1 ;設(shè)構(gòu)件有正常和異常兩種狀態(tài)，形成構(gòu)件級馬氏鏈，建立由gu組成的 狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣G ;gu表示由狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的概率，可由步驟（2)中的被執(zhí)行次 數(shù)、失效數(shù)、失效修復(fù)數(shù)計算得到；
[001引步驟4.2;計算構(gòu)件1^在1'個周期后的狀態(tài)概率向量8<0;8^ = 6^6"，其中，初始 概率向量B? = [(ULG?表示矩陣G的T次方。根據(jù)平穩(wěn)馬氏鏈的性質(zhì)，B?將會收斂至 固定值；
[0014] 步驟4. 3 ;計算構(gòu)件k的失效率；T個周期后的失效率等于收斂后的狀態(tài)概率向量 B?的第二個元素，即如"=茲"；
[0015] (5)根據(jù)步驟（1)中得到的各構(gòu)件危害程度計算得到各構(gòu)件重要度；
[0016] (6)根據(jù)步驟（1)中得到的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣P計算得到各遷移路徑的出現(xiàn)概 率.
[0017] (7)評估各構(gòu)件在各遷移路徑中的可靠性；根據(jù)構(gòu)件k在路徑Ij.中的可 靠性模型得到各構(gòu)件在各路徑上的可靠性，形成可靠性評估值矩陣R;模型如下， 巧

【權(quán)利要求】
1. 一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方法，其特征在于，包括如 下步驟， (1) 進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)和功能性分析；通過分析軟件結(jié)構(gòu)，得到構(gòu)件迀移概率矩陣，繪制構(gòu) 件動態(tài)迀移圖，分析各構(gòu)件的危害程度，并找出所有存在的迀移路徑；其中狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩 陣P由構(gòu)件間的轉(zhuǎn)移概率Pu組成，Pu指的是構(gòu)件i到構(gòu)件j的概率，矩陣的維數(shù)為軟件構(gòu) 件的總數(shù)； (2) 使用不少于最低測試用例的用例數(shù)量對軟件進(jìn)行測試，統(tǒng)計各構(gòu)件的被執(zhí)行次數(shù)、 失效數(shù)和失效修復(fù)數(shù)，得到各構(gòu)件執(zhí)行概率；在最低測試用例的數(shù)量下軟件中所有構(gòu)件執(zhí) 行數(shù)不少于2次；失效構(gòu)件在測試過程中將會被實時修復(fù)，并得到修復(fù)成功概率； (3) 根據(jù)步驟（1)中得到的構(gòu)件間轉(zhuǎn)移概率和根據(jù)步驟（2)中得到的各構(gòu)件執(zhí)行概率 計算得到各構(gòu)件占用率； (4) 計算各構(gòu)件失效率；構(gòu)件的失效率指的是構(gòu)件從正常狀態(tài)到異常狀態(tài)的概率，具 體求解步驟如下： 步驟4. 1 :設(shè)構(gòu)件有正常和異常兩種狀態(tài)，形成構(gòu)件級馬氏鏈，建立由gi，j組成的狀態(tài) 轉(zhuǎn)移概率矩陣G;gu表示由狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的概率，可由步驟（2)中的被執(zhí)行次數(shù)、失 效數(shù)、失效修復(fù)數(shù)計算得到； 步驟4.2:計算構(gòu)件1^在1'個周期后的狀態(tài)概率向量8(1):8(1)=8 (°)6(1)，其中，初始概 率向量Bw= [01]，Gm表示矩陣G的T次方，根據(jù)平穩(wěn)馬氏鏈的性質(zhì)，Bm將會收斂至固定 值； 步驟4. 3 :計算構(gòu)件k的失效率；T個周期后的失效率等于收斂后的狀態(tài)概率向量Bm 的第二個元素，即 (5) 根據(jù)步驟（1)中得到的各構(gòu)件危害程度計算得到各構(gòu)件重要度； (6) 根據(jù)步驟（1)中得到的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣P計算得到各迀移路徑的出現(xiàn)概率； (7) 評估各構(gòu)件在各迀移路徑中的可靠性；根據(jù)構(gòu)件k在路徑Ij中的可靠性模型得到 各構(gòu)件在各路徑上的可靠性，形成可靠性評估值矩陣R;模型如下，
其中，Xk為構(gòu)件k的失效率，yk為構(gòu)件k的重要度，yk為構(gòu)件k的占用率，取t=tkj，表示構(gòu)件k在路徑1」中運行的時間； (8) 評估各迀移路徑的可靠性；根據(jù)步驟（7)中得到的可靠性評估值矩陣R，得到各迀 移路徑的可靠性評估值；
值，對軟件的可靠性進(jìn)行評估；其中，〃為迀移路徑Ij的可靠性評估值，由步驟（8)得到； 5為迀移路徑L出現(xiàn)的概率，由步驟（6)得到。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方 法，其特征在于，步驟（1)中，構(gòu)件動態(tài)迀移圖是以構(gòu)件為點，以迀移路徑為邊的有向圖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方 法，其特征在于，步驟（1)中，構(gòu)件危害程度指的是構(gòu)件對整個軟件的關(guān)鍵程度，分為四個 等級：高、中、低、無危害四個等級； 當(dāng)構(gòu)件故障將引起軟件崩潰，造成巨大損失的危害程度為高； 當(dāng)構(gòu)件故障將引起軟件的主要功能失效，但不會導(dǎo)致軟件崩潰的危害程度為中； 當(dāng)構(gòu)件故障將引起軟件某功能失效，但不影響軟件的主要功能的危害程度為低； 當(dāng)構(gòu)件故障不會影響軟件的正常運行的危害程度為無。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方 法，其特征在于，步驟（5)中，將構(gòu)件危害程度的四個等級隨機(jī)賦予遞減的值，高、中、低和
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方 法，其特征在于，步驟（3)中，占用率指的是構(gòu)件在任務(wù)中被執(zhí)行的比例，構(gòu)件k的占用率
，其中，h表示執(zhí)行構(gòu)件i的概率，pik表示由構(gòu)件i執(zhí)行到構(gòu)件k的概率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方 法，其特征在于，步驟（6)中，迀移路徑h出現(xiàn)的概率為：
l/p(cs,ct)辛0)，式中，p(cs,ct)為構(gòu)件Cs迀移到構(gòu)件ct的迀移概率，即pst，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移概 率矩陣P得到。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估方 法，其特征在于，步驟（7)中，構(gòu)件k在路徑Ij中運行的時間
中，Xw為路徑L中構(gòu)件k執(zhí)行的次數(shù)，其值通過分析步驟⑴中的所有路徑分析得到；Fu為路徑L出現(xiàn)的概率，其值由步驟（6)得到。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迀移路徑和改進(jìn)馬氏鏈的構(gòu)件軟件可靠性評估 方法，其特征在于，路徑可靠性評估值如下；路徑^的可靠性評估值為，
CiG1』，其中，R(Ci，Ij)為可靠性評估值矩陣R中的元素，表示構(gòu)件Ci在運行路徑1』中的可 靠性評估值，由步驟（7)得到。
【文檔編號】G06F11/36GK104503913SQ201410833962
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月27日
【發(fā)明者】唐佩佳, 謝永杰, 徐歡, 張文明, 張華良, 趙巖, 焦姣 申請人:中國人民解放軍63655部隊