[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于時(shí)間擴(kuò)展petri網(wǎng)的嵌入式軟件可靠性評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710042995.1
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106933737A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷永峰;張弛;劉利軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F11/36
• 分類(lèi)號(hào): G06F11/36
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專(zhuān)利事務(wù)所11121
• 代理人: 姜榮麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軟件可靠性技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種嵌入式軟件可靠性評(píng)估方法，具體涉及一種基于時(shí)間擴(kuò)展petri網(wǎng)的嵌入式軟件可靠性評(píng)估方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、航天、工業(yè)控制、交通、金融等各項(xiàng)領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的系統(tǒng)越來(lái)越多地受到計(jì)算機(jī)的控制，而其控制軟件的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，軟件失效帶來(lái)的危害也日趨嚴(yán)重。而軟件可靠性是軟件質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，提高軟件的可靠性已成為軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用的迫切要求。

傳統(tǒng)的軟件可靠性評(píng)估模型主要應(yīng)用于軟件測(cè)試、驗(yàn)證或運(yùn)行階段，將軟件看作一個(gè)整體，僅僅考慮軟件的輸入和輸出，而不考慮軟件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，即黑盒測(cè)試方法。黑盒測(cè)試通過(guò)用戶(hù)的操作剖面隨機(jī)生成測(cè)試用例并執(zhí)行，獲得軟件的失效信息，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，在檢測(cè)出錯(cuò)誤后立即修復(fù)，從而得到用于評(píng)估的可靠性增長(zhǎng)模型。目前基于黑盒的軟件可靠性評(píng)估技術(shù)已經(jīng)比較成熟。但由于這些模型大都是基于失效數(shù)據(jù)的，需要在軟件測(cè)試階段進(jìn)行，無(wú)法對(duì)軟件設(shè)計(jì)階段的錯(cuò)誤進(jìn)行預(yù)防；同時(shí)必須通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間基于運(yùn)行剖面的測(cè)試才可以得到足夠多有意義的失效數(shù)據(jù)，勢(shì)必會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力。

基于體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)是現(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)的重要途徑，也是軟件工程的要求。軟件的體系結(jié)構(gòu)與軟件本身的質(zhì)量和性能息息相關(guān)。實(shí)踐表明，越早的發(fā)現(xiàn)軟件中存在的錯(cuò)誤，所花費(fèi)的開(kāi)銷(xiāo)就會(huì)越小。軟件的可靠性與組成軟件的構(gòu)件的可靠性和構(gòu)件結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此利用軟件體系結(jié)構(gòu)對(duì)軟件的可靠性進(jìn)行分析和評(píng)估是一種很有價(jià)值的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是對(duì)現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)的可靠性評(píng)估模型的不足進(jìn)行分析并擴(kuò)展，在發(fā)揮petri網(wǎng)具有良好的擴(kuò)展性并且對(duì)異步和并行具有良好的描述性的基礎(chǔ)上，對(duì)變遷考慮時(shí)間特性，引入可靠度參數(shù)，建立了基于時(shí)間擴(kuò)展petri網(wǎng)的嵌入式軟件可靠性評(píng)估方法。

本發(fā)明將變遷劃分為時(shí)間變遷和瞬時(shí)變遷，對(duì)于時(shí)間變遷，引入時(shí)間相關(guān)的可靠度，包括延時(shí)可靠度和時(shí)序可靠度。延時(shí)可靠度主要描述軟件系統(tǒng)反應(yīng)延時(shí)高于軟件系統(tǒng)要求而發(fā)生失效的概率。時(shí)序可靠度描述軟件系統(tǒng)由于運(yùn)行順序錯(cuò)誤發(fā)生失效的概率，由此給出基于時(shí)間擴(kuò)展petri網(wǎng)的軟件體系結(jié)構(gòu)建模方法。

本發(fā)明的一種基于時(shí)間擴(kuò)展petri網(wǎng)的嵌入式軟件可靠性評(píng)估方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一：確定評(píng)估對(duì)象，繪制軟件體系結(jié)構(gòu)的基于時(shí)間擴(kuò)展的petri網(wǎng)模型；

通過(guò)閱讀軟件相關(guān)文檔和代碼，熟悉整個(gè)工作流程，確定軟件系統(tǒng)的功能組件名稱(chēng)和變遷名稱(chēng)，對(duì)于軟件系統(tǒng)中的功能組件的集合確定為petri網(wǎng)中的庫(kù)所，通過(guò)令牌在庫(kù)所中的轉(zhuǎn)移來(lái)描述軟件系統(tǒng)的運(yùn)行，繪制軟件體系整體的petri網(wǎng)模型。

步驟二：構(gòu)建軟件系統(tǒng)的可達(dá)狀態(tài)標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)移圖；

Petri網(wǎng)模型通過(guò)令牌的運(yùn)行來(lái)模擬整個(gè)軟件系統(tǒng)的運(yùn)行，在某一時(shí)刻如果功能組件獲得令牌則處于運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)令牌的轉(zhuǎn)移可以獲得整個(gè)系統(tǒng)的可達(dá)狀態(tài)標(biāo)識(shí)，進(jìn)而得到petri網(wǎng)的可達(dá)狀態(tài)標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)移圖。

步驟三：獲得組件可靠度和變遷可靠度；

根據(jù)軟件測(cè)試數(shù)據(jù)和失效數(shù)據(jù)，確定各個(gè)組件的單獨(dú)的組件可靠度；根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，對(duì)于Petri網(wǎng)模型中的瞬時(shí)變遷，根據(jù)運(yùn)行情況，確定瞬時(shí)變遷概率，并滿(mǎn)足∑_jp_ij＝1，其中p_ij表示系統(tǒng)正常從狀態(tài)i運(yùn)行到狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移概率；對(duì)于時(shí)間變遷，一方面，如果具有延時(shí)方面的可靠性，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，確定各個(gè)并行變遷T_i′的運(yùn)行時(shí)間段[T_il′，T_iu′]，然后得到合并之后的并行變遷T′的期望運(yùn)行時(shí)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(shù)，T′＝T₁′,T₂′,…T_i′,…,T_n′，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)于延時(shí)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))，