[發(fā)明專利]一種低需求操作模式下的軟件可靠性定量評估方法

在審

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• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107480069A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 吳一純;周俊燚;謝珊;繆惠芳;鄭劍香;朱宗倫
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36
• 代理公司: 廈門市精誠新創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司35218
• 代理人: 何家富

技術領域

本發(fā)明屬于軟件可靠性分析領域，具體是一種低需求操作模式下的軟件可靠性定量評估方法。

背景技術

軟件可靠性分析包括定性分析和定量評估，定性分析的目的是識別軟件設計中存在的薄弱環(huán)節(jié)，以便有針對性地進行改進；定量分析的目的是評定軟件無故障完成規(guī)定功能的能力。由于軟件的特殊性，其失效模式不易識別成為定性分析的難點，因此目前軟件可靠性分析以定量評估為主。

現(xiàn)有的軟件可靠性定量評估方法主要有：軟件可靠性增長模型、貝葉斯信度網(wǎng)、黑盒測試、白盒測試、基于平均失效前時間的度量方法和基于缺陷密度的度量方法。上述方法大多針對高需求或連續(xù)操作模式的軟件進行測試，在這種操作模式下軟件持續(xù)運行響應，不間斷地執(zhí)行軟件功能，例如控制系統(tǒng)軟件，其可靠性通過軟件發(fā)生失效的平均頻率來衡量。

而對于低需求操作模式的軟件，系統(tǒng)大多數(shù)時間內(nèi)處于鈍態(tài)，僅當特定狀態(tài)發(fā)生時，軟件才會執(zhí)行設定功能，例如保護系統(tǒng)軟件，這類軟件常與安全功能相關，特定環(huán)境下執(zhí)行特定功能決定了黑盒測試等隨機測試過程已不適用。其可靠性已不能用發(fā)生失效的平均頻率來衡量，而是通過需求發(fā)生時無法執(zhí)行規(guī)定功能的概率來衡量。因此，衡量可靠性的指標不一樣導致上述可靠性定量評估方法不能完全滿足低需求操作模式的軟件可靠性定量評估。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述問題而提供一種低需求操作模式下的軟件可靠性定量評估方法。具體技術方案如下：

一種低需求操作模式下的軟件可靠性定量評估方法，包括以下步驟：

S1、通過引入風險分析的測試剖面，用于幫助說明軟件運行場景及限制測試邊界，全面模擬軟件的實際操作場景，并結(jié)合運行場景的相對頻率構(gòu)造完整準確的運行剖面；

S2、根據(jù)軟件運行剖面，進行蒙特卡羅采樣并生成樣本文件，樣本文件可用于生成測試用例，其數(shù)量由可靠性目標決定；

S3、根據(jù)樣本文件利用仿真模型生成用于軟件測試的測試用例；

S4、采用貝葉斯推斷，定量評估低需求操作模式下的軟件需求失效概率PFD_avg。進一步地，步驟S4的具體過程如下：

S41、令隨機變量Y代表測試之前未知的事件概率，將其先驗分布假設為β分布，表示為β(a,b)，隨機變量Y的概率密度函數(shù)為

其中0≤y≤1且a、b均為大于0的整數(shù)，歸一化常數(shù)B(a，b)是β函數(shù)；

S42、β(a,b)隨機變量Y的均值為

S43、根據(jù)貝葉斯理論，在給定觀測值X時，Y的后驗概率密度函數(shù)為

其中，g(x|y)為觀察值X條件下Y的似然函數(shù)，用于刻畫產(chǎn)生數(shù)據(jù)x的過程，f(y|x)為隨機變量Y在n次測試后的觀測值X下的后驗概率密度函數(shù)，對f(y|x)進行計算，得到

S44、計算得到Y(jié)的后驗分布為β(x+a,n-x+b)和后驗分布均值為

其中x為被觀測到的故障次數(shù)，n為測試總次數(shù)，a和b是Y先驗分布的參數(shù)；

S45、通過貝葉斯方法可以生成系統(tǒng)故障概率上限y_u，并通過置信水平θ描述上限y_u的可信程度，表示為

Pr{Y≤y_u|x}＝θ；

S46、令a＝b＝1，即在測試之前軟件需求失效概率為1/2，以及x＝0，即要求測試過程沒有觀測到故障，可以將后驗累積分布函數(shù)

簡化為

F(y_u|0)＝1-(1-y_u)ⁿ⁺¹＝θ，

解上述等式得y_u＝1-(1-θ)^1/(n+1)

S47、在進行n次無故障測試后，軟件需求失效概率PFD_avg的后驗分布為β(1,n+1)，得到待測軟件的軟件需求失效概率PFD_avg的均值為1/n+1。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明針對低需求操作模式軟件特點，引入風險分析方法構(gòu)建測試剖面并描述軟件運行場景，根據(jù)運行場景相對頻率采樣生成測試用例，使得生成的測試用例適用于低需求操作模式軟件。通過對待測軟件進行無故障測試后，進行貝葉斯推斷以達到定量評估低需求操作模式軟件的可靠性目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的軟件可靠性定量評估流程圖；

圖2為本發(fā)明的實施例的壓水堆核電站一回路模型；