一种基于迁移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方法
【专利摘要】本发明一种基于迁移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方法，包括如下步骤，(1)通过分析软件结构，得到构件迁移概率矩阵，绘制构件动态迁移图，分析各构件的危害程度，并找出所有存在的迁移路径；(2)使用不少于最低测试用例的用例数量对软件进行测试，统计各构件的被执行次数、失效数和失效修复数，得到各构件执行概率；(3)根据构件间转移概率和各构件执行概率计算得到各构件占用率；(4)计算各构件失效率；(5)根据各构件危害程度计算得到各构件重要度；(6)根据状态转移概率矩阵P计算得到各迁移路径的出现概率；(7)评估各构件在各迁移路径中的可靠性；(8)评估各迁移路径的可靠性；(9)评估软件可靠性。
【专利说明】-种基于迁移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方 法
【技术领域】
[0001] 本发明属于软件工程领域，设及到软件评估方法，具体为一种基于迁移路径和改 进马氏链的构件软件可靠性评估方法。
【背景技术】
[0002] 大型实时软件系统在随着软件规模不断扩大和功能不断更新，软件结构也越来越 复杂，对其可靠性的要求也越来越高，故需要建立软件可靠性评价模型，对实时软件进行可 靠性评价。目前的大型实时软件系统由许多软件构件组成，而且每个构件的使用频率和关 键程度都不一样，因此需要从软件内部架构和软件构件的角度去评估软件可靠性。典型的 构件软件评估方法有=种；基于剖面的方法、基于状态的方法和基于路径的方法。基于剖面 的方法主要通过分析不同的软件输入数据集，计算不同剖面出现的概率和各构件间的转移 概率来评估软件可靠性；基于状态的方法假设软件系统的运行过程为各构件间的状态转移 过程，利用随机过程理论评估软件系统可靠性；基于路径的方法主要针对测试用例所经历 的路径，统计迁移路径上各构件的使用频率和失效率，计算迁移路径的可靠性，进而求得软 件系统可靠性。
[0003] 主要的基于路径的软件可靠性模型主要有W下几种；Shooman模型，该模型假设 构件的执行频率和失效概率已知，且构件失效相互独立，通过计算总的失效率计算软件可 靠性，但该模型假设条件太严格；Krishnamudhy and Mathur模型，该模型通过计算每次测 试运行时执行的构件序列的路径可靠性评估，然后将它们进行平均得到系统可靠性评估， 但该模型不能适应运行路径中有多个循环体构件的情况；Yacoub,化kic and Ammar模型采 用树遍历的算法对软件体系结构图的所有分支进行了遍历形成路径，但该模型的结束条件 不容易确定。也有研究者提出将非齐次泊松模型用于构件失效密度计算，再结合基于路径 的方法对软件进行可靠性评估，但在该模型中构件在各路径的执行时间却无法统计。
[0004] 现有的基于路径的软件可靠性建模方法中未考虑也没有使用马尔科夫链（W下 称马氏链）模型分析构件可靠性，其次也未突出软件体系结构和构件可靠性对软件系统可 靠性的影响，对各路径中各构件执行时间也未进行过理论估计，无法全面准确的进行分析， 直接影响软件可靠性分析的结果。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种评估的精确性高，评估全面，评价指 标和模型合理的，基于迁移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方法。
[0006] 本发明是通过W下技术方案来实现：
[0007] 本发明一种基于迁移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方法，包括如下步 骤，
[000引 （1)进行软件结构和功能性分析；通过分析软件结构，得到构件迁移概率矩阵，绘 制构件动态迁移图，分析各构件的危害程度，并找出所有存在的迁移路径；其中状态转移概 率矩阵P由构件间的转移概率Pu组成，P U指的是构件i到构件j的概率，矩阵的维数为软 件构件的总数；
[0009] (2)使用不少于最低测试用例的用例数量对软件进行测试，统计各构件的被执行 次数、失效数和失效修复数，得到各构件执行概率；在最低测试用例的数量下软件中所有构 件执行数不少于2次；失效构件在测试过程中将会被实时修复，并得到修复成功概率；
[0010] 做根据步骤（1)中得到的构件间转移概率和根据步骤似中得到的各构件执行 概率计算得到各构件占用率；
[0011] (4)计算各构件失效率；构件的失效率指的是构件从正常状态到异常状态的概 率，具体求解步骤如下：
[0012] 步骤4. 1 ;设构件有正常和异常两种状态，形成构件级马氏链，建立由gu组成的 状态转移概率矩阵G ;gu表示由状态i转移到状态j的概率，可由步骤（2)中的被执行次 数、失效数、失效修复数计算得到；
[001引步骤4.2;计算构件1^在1'个周期后的状态概率向量8<0;8^ = 6^6"，其中，初始 概率向量B? = [(ULG?表示矩阵G的T次方。根据平稳马氏链的性质，B?将会收敛至 固定值；
[0014] 步骤4. 3 ;计算构件k的失效率；T个周期后的失效率等于收敛后的状态概率向量 B?的第二个元素，即如"=茲"；
[0015] (5)根据步骤（1)中得到的各构件危害程度计算得到各构件重要度；
[0016] (6)根据步骤（1)中得到的状态转移概率矩阵P计算得到各迁移路径的出现概 率.
[0017] (7)评估各构件在各迁移路径中的可靠性；根据构件k在路径Ij.中的可 靠性模型得到各构件在各路径上的可靠性，形成可靠性评估值矩阵R;模型如下， 巧
【权利要求】
1. 一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方法，其特征在于，包括如 下步骤， (1) 进行软件结构和功能性分析；通过分析软件结构，得到构件迀移概率矩阵，绘制构 件动态迀移图，分析各构件的危害程度，并找出所有存在的迀移路径；其中状态转移概率矩 阵P由构件间的转移概率Pu组成，Pu指的是构件i到构件j的概率，矩阵的维数为软件构 件的总数； (2) 使用不少于最低测试用例的用例数量对软件进行测试，统计各构件的被执行次数、 失效数和失效修复数，得到各构件执行概率；在最低测试用例的数量下软件中所有构件执 行数不少于2次；失效构件在测试过程中将会被实时修复，并得到修复成功概率； (3) 根据步骤（1)中得到的构件间转移概率和根据步骤（2)中得到的各构件执行概率 计算得到各构件占用率； (4) 计算各构件失效率；构件的失效率指的是构件从正常状态到异常状态的概率，具 体求解步骤如下： 步骤4. 1 :设构件有正常和异常两种状态，形成构件级马氏链，建立由gi，j组成的状态 转移概率矩阵G;gu表示由状态i转移到状态j的概率，可由步骤（2)中的被执行次数、失 效数、失效修复数计算得到； 步骤4.2:计算构件1^在1'个周期后的状态概率向量8(1):8(1)=8 (°)6(1)，其中，初始概 率向量Bw= [01]，Gm表示矩阵G的T次方，根据平稳马氏链的性质，Bm将会收敛至固定 值； 步骤4. 3 :计算构件k的失效率；T个周期后的失效率等于收敛后的状态概率向量Bm 的第二个元素，即 (5) 根据步骤（1)中得到的各构件危害程度计算得到各构件重要度； (6) 根据步骤（1)中得到的状态转移概率矩阵P计算得到各迀移路径的出现概率； (7) 评估各构件在各迀移路径中的可靠性；根据构件k在路径Ij中的可靠性模型得到 各构件在各路径上的可靠性，形成可靠性评估值矩阵R;模型如下，
其中，Xk为构件k的失效率，yk为构件k的重要度，yk为构件k的占用率，取t=tkj，表示构件k在路径1」中运行的时间； (8) 评估各迀移路径的可靠性；根据步骤（7)中得到的可靠性评估值矩阵R，得到各迀 移路径的可靠性评估值；
值，对软件的可靠性进行评估；其中，〃为迀移路径Ij的可靠性评估值，由步骤（8)得到； 5为迀移路径L出现的概率，由步骤（6)得到。
2. 根据权利要求1所述的一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方 法，其特征在于，步骤（1)中，构件动态迀移图是以构件为点，以迀移路径为边的有向图。
3. 根据权利要求1所述的一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方 法，其特征在于，步骤（1)中，构件危害程度指的是构件对整个软件的关键程度，分为四个 等级：高、中、低、无危害四个等级； 当构件故障将引起软件崩溃，造成巨大损失的危害程度为高； 当构件故障将引起软件的主要功能失效，但不会导致软件崩溃的危害程度为中； 当构件故障将引起软件某功能失效，但不影响软件的主要功能的危害程度为低； 当构件故障不会影响软件的正常运行的危害程度为无。
4. 根据权利要求3所述的一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方 法，其特征在于，步骤（5)中，将构件危害程度的四个等级随机赋予递减的值，高、中、低和
5. 根据权利要求1所述的一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方 法，其特征在于，步骤（3)中，占用率指的是构件在任务中被执行的比例，构件k的占用率
，其中，h表示执行构件i的概率，pik表示由构件i执行到构件k的概率。
6. 根据权利要求1所述的一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方 法，其特征在于，步骤（6)中，迀移路径h出现的概率为：
l/p(cs,ct)辛0)，式中，p(cs,ct)为构件Cs迀移到构件ct的迀移概率，即pst，由状态转移概 率矩阵P得到。
7. 根据权利要求1所述的一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估方 法，其特征在于，步骤（7)中，构件k在路径Ij中运行的时间
中，Xw为路径L中构件k执行的次数，其值通过分析步骤⑴中的所有路径分析得到；Fu为路径L出现的概率，其值由步骤（6)得到。
8. 根据权利要求1所述的一种基于迀移路径和改进马氏链的构件软件可靠性评估 方法，其特征在于，路径可靠性评估值如下；路径^的可靠性评估值为，
CiG1』，其中，R(Ci，Ij)为可靠性评估值矩阵R中的元素，表示构件Ci在运行路径1』中的可 靠性评估值，由步骤（7)得到。
【文档编号】G06F11/36GK104503913SQ201410833962
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月27日 优先权日:2014年12月27日
【发明者】唐佩佳, 谢永杰, 徐欢, 张文明, 张华良, 赵岩, 焦姣 申请人:中国人民解放军63655部队