[發明專利]一種基于時間擴展petri網的嵌入式軟件可靠性評估方法

在審

• 申請號: 201710042995.1
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106933737A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 殷永峰;張弛;劉利軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種基于時間擴展petri網的嵌入式軟件可靠性評估方法，其特征在于：包括以下幾個步驟，

步驟一：確定評估對象，繪制軟件體系結構的基于時間擴展的petri網模型；

確定軟件系統的功能組件名稱和變遷名稱，對于軟件系統中的功能組件的集合確定為petri網中的庫所，通過令牌在庫所中的轉移來描述軟件系統的運行，繪制軟件體系整體的petri網模型；

步驟二：構建軟件系統的可達狀態標識轉移圖；

Petri網模型通過令牌的運行來模擬整個軟件系統的運行，在某一時刻如果功能組件獲得令牌則處于運行狀態，通過令牌的轉移獲得整個系統的可達狀態標識，進而得到petri網的可達狀態標識轉移圖；

步驟三：獲得組件可靠度和變遷可靠度；

根據軟件測試數據和失效數據，確定各個組件的單獨的組件可靠度；

根據系統運行情況，對于Petri網模型中的瞬時變遷，根據運行情況，確定瞬時變遷概率，并滿足∑_jp_ij＝1，其中p_ij表示系統正常從狀態i運行到狀態j的轉移概率；對于時間變遷，一方面，如果具有延時方面的可靠性，根據系統運行情況，確定各個并行變遷T_i′的運行時間段[T_il′,T_iu′]，然后得到合并之后的并行變遷T′的期望運行時間段[max(T_1l′,T_2l′,…,T_nl′),max(T_1u′,T_2u′,…,T_nu′)]，n表示并行功能組件數，T′＝T₁′,T₂′,…T_i′,…,T_n′，根據系統對于延時的要求t′，得到變遷可靠度R_T′為：

R_T′＝t′/(max(T_1u,T_2u,…,T_nu)-max(T_1l,T_2l,…,T_nl))，

另一方面，如果具有時序方面的可靠性，根據時序公式得到合并后的并行變遷T′的時序邏輯公式，根據系統實際運行情況，計算得到變遷可靠度。

步驟四：構建狀態轉移矩陣；

根據步驟三獲得的各個組件可靠度和變遷可靠度，構建軟件系統的狀態轉移矩陣，假設軟件系統由n個可達狀態構成{M₁,…,M_n}，其中M₁為初始可達狀態，M_n為終止可達狀態；對現有狀態空間進行擴充，加入兩個吸收狀態S和吸收狀態F，其中吸收狀態S代表軟件正確完成并結束的概率，該吸收狀態S只能由最終可達狀態M_n轉移得到，吸收狀態F為軟件某一個可達狀態發生失效，由任意可達狀態獲得，擴充可達狀態空間，得到狀態轉移矩陣為M＝{S,F,M₁,…,M_n}；

步驟五：軟件系統可靠度計算；

根據步驟四得到的狀態轉移矩陣M，采用下述公式計算軟件系統可靠度R_s：

$R_s={(-1)}^{n+1}\frac{\left|E\right|}{\left|I-M\right|}\×R_n$

其中，I為單位矩陣，E為矩陣中刪除第n行和第1列后的矩陣，R_n為第n個可達狀態的可靠度；

步驟六：靈敏度計算；

假設組件可靠度為R_Si，而將第一步中建立petri網模型中其它所有組件可靠度和轉移概率參數視為常數，這時軟件系統可靠度函數就變為R_s＝f(R_i)，令組件可靠度R_i在閉區間[R_l,R_h]內變化，ΔR_i＝R_h-R_l，則軟件系統可靠度R_s的變化值為ΔR_s＝f(R_h)-f(R_l)；組件可靠度的靈敏度定義為：ΔR_s/ΔR_i；

分析狀態轉移概率靈敏度時，假設狀態i和狀態j間轉移概率為p_ij，而將petri網模型中其它所有組件可靠度和除p_ij之外的轉移概率參數視為常數，這時軟件系統可靠度函數就變為R_s＝f(p_ij)；令p_ij在閉區間[p_l,p_h]內變化，Δp_ij＝p_h-p_l；則軟件系統可靠度R_s的變化值為f(p_h)-f(p_l)；功能組件轉移概率的靈敏度定義為：ΔR_s/Δp_ij。

2.根據權利要求1所述的一種基于時間擴展petri網的嵌入式軟件可靠性評估方法，其特征在于：所述的變遷分為瞬時變遷和時間變遷；所述的petri網包括述選擇結構、并行結構、歸并結構、中斷結構和冗余結構。