[發明專利]基于組件結構網絡的軟件可靠性評估方法

有效

• 申請號: 202010548099.4
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111782510B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 宋明秋;李旭
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種基于組件結構網絡的軟件可靠性評估方法，采用軟件可靠性評估模型包括網絡節點、網絡邊和網絡圖案；所述的網絡節點包含組件發生錯誤的風險強度，錯誤輸出的概率和組件的容錯能力三種屬性；所述的網絡邊包含兩個組件之間的調用方向和調用概率兩種屬性；所述的網絡圖案包含順序結構、分支結構和并列結構；其特征在于，

(1)定義軟件結構網絡

在一個包含N個組件的軟件中，組件的連接結構網絡被定義為:

G＝{V,E} (1)

公式(1)中V表示軟件中的組件集合，E表示由兩個組件之間的調用關系形成的邊的集合；為了進一步描述組件的特點，V被定義為：

V＝{R,P,T} (2)

公式(2)中R表示組件發生錯誤的風險強度，P表示組件發生錯誤輸出的概率，T表示組件的容錯能力；

另外，公式(1)中，E表示兩個組件之間的調用關系，被定義為：

E＝{e_ij＝(v_i,v_j,ρ_ij)|v_i,v_j∈V,i≠j,0≤ρ_ij≤1} (3)

公式(3)中(v_i,v_j)是網絡G中一個有向節點對，表示組件i調用組件j，方向由v_i指向v_j；ρ_ij表示組件i執行的時候調用組件j的概率；因為組件雙向依賴會帶來編譯錯誤，因此所有組件調用關系都是單向的、不存在雙向調用，即不同時存在e_ij和e_ji兩條邊；

(2)網絡基本圖案

將基本網絡結構中的循環結構轉化為順序結構，最終提取出三種基本網絡圖案；

順序結構：在順序結構中，組件單元被依次執行；下一個單元的執行必須以上一個單元執行成功為前提，當上一個單元成功被執行，則下一個單元一定被執行；

分支結構：在分支結構中，依據組件單元的輸出結果決定下一個執行單元；分支結果必須覆蓋所有可能的情況，否則程序不合法；

并列結構：在并列結構中，當前組件單元的執行需要同時依賴多個組件共同完成，每個并列分支共享當前組件的輸出并同步進行；只有當所有的并列分支都執行完畢時，并列執行過程才能結束，并進入下一個執行單元；

(3)組件錯誤傳播

定義1：錯誤量Er：表示能導致組件發生故障的消息的能力大小；

順序結構的錯誤傳播：在順序結構中，組件消息傳遞順序被唯一確定，所以負責接收消息的組件被唯一確定；此時，消息傳播概率ρ＝1；若組件i將錯誤量為Er的錯誤消息直接傳遞給組件j，則組件j接收到的錯誤量Er_in表示為等式(4)；

Er_in＝Er×ρ,ρ＝1 (4)

分支結構的錯誤傳播：在分支結構中，組件消息向下游傳遞的路徑不確定，所以負責接收消息的組件不能被唯一確定；此時，每個分支的消息傳播概率記為ρ₁,ρ₂,ρ₃,…,ρ_n并且滿足ρ₁+ρ₂+ρ₃+…+ρ_n＝1；若組件i將錯誤量為Er的錯誤消息傳遞給組件j，則組件j接收到的錯誤量Er_in表示為等式(5)；

并列結構的錯誤傳播：并列結構中，組件消息同時傳遞給所有直接調用組件，所以接收消息的組件集合被唯一確定；此時，每個并列消息傳播概率記為ρ₁,ρ₂,ρ₃,…,ρ_n，并且滿足ρ₁＝ρ₂＝ρ₃＝…＝ρ_n＝1；若組件i將錯誤量為Er的錯誤消息傳遞給組件j，則組件j接收到的錯誤量Er_in表示為等式(6)；

Er_in＝Er (6)

循環結構轉化為順序結構情況下的錯誤傳播：循環結構中，組件消息傳遞可劃分為兩個順序傳遞過程；假設組件i循環調用n次組件j，此時消息傳遞過程可劃分為1)組件i將初始消息傳遞給組件j；2)組件j將消息依次傳遞給n-1個組件j；因此，將循環結構轉變為順序結構后，其消息傳播規律仍能得到表達；

綜上，組件i將錯誤量為Er的錯誤消息直接傳遞給組件j，則組件j接收到的錯誤量Er_in表示為等式(7)；

Er_in＝Er×ρ_ij (7)

假設每個組件都具有容錯能力，因此，當組件接收到錯誤消息，錯誤消息能被其屏蔽、恢復、或者緩解；錯誤消息經組件i傳遞給組件j后，組件j輸出消息的錯誤量由等式(8)給出；

Er_out＝φ(max{0,Er_in-T_j})×R_j+(1-φ(max(0,Er_in-T_j)))×R_j×P_j (8)

其中是錯誤量傳遞指示函數，

Er_in表示組件收到的錯誤量，T_j表示組件j的容錯能力，R_j表示組件j發生錯誤的風險強度，P_j表示組件j發生錯誤輸出的概率；

(4)軟件結構可靠性評價方法

根據所述的基于組件結構網絡的軟件可靠性評估模型中，定義軟件結構可靠性評價指標，其內容如下：

定義2：入口節點(startNode)：節點只有出度沒有入度；

定義3：出口節點(endNode)：節點只有入度沒有出度；

定義4：入口節點v_i可達集合KSet：

其中endNodes表示網絡中的出口節點集合，pathv_i…v_j表示一條從節點v_i到v_j的執行路徑；

多個組件共同協作完成一項功能，因此在組件結構中存在一個入口節點可達多個出口節點；假設，當軟件功能受阻時，組件網絡結構中入口節點到出口節點的可達性受阻；本發明用入口節點的可達集合的剩余量評估功能可靠性FR；

其中KSet表示功能完備的狀態下入口節點的可達出口節點集合，KSet·表示網絡受到攻擊后入口節點的可達出口節點集合；

軟件對外提供多種功能服務，因此本發明用平均功能可靠性刻畫軟件結構的整體可靠性Re；