高可信軟件可靠性和防危性測試與評價理論研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)的日益成熟，硬件成本的迅速降低，各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強大的計算機系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到航空航天、交通運輸、核電能源和醫(yī)療衛(wèi)生等安全關(guān)鍵領(lǐng)域。一旦這些系統(tǒng)失效，將造成人類生命財產(chǎn)的重大損失或者環(huán)境的嚴重破壞，系統(tǒng)可信性日益成為被關(guān)注的焦點。鑒于這類系統(tǒng)應(yīng)用的特殊性，其配置的軟件必須具備很高的可信性，因而被稱之為高可信軟件。但事實上，與硬件可靠性快速提升相比，軟件發(fā)展相對滯后，已成為制約系統(tǒng)可信性水平進一步提高的瓶頸。軟件測試在系統(tǒng)可

2、信性工程中扮演著重要的角色：一方面，軟件測試可以定位并排除錯誤，切實地提高軟件的可信性水平；另一方面，通過軟件測試，可以獲得對軟件當(dāng)前可信性水平的評估與驗證。如何通過軟件測試的方式有效地增強軟件的可信性水平并對軟件當(dāng)前可信性水平作出客觀的評估，是相關(guān)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點問題。 本文詳細地剖析了可信性概念的起源與內(nèi)涵，對可信性基本屬性之間的區(qū)別與聯(lián)系作了細致的研究，并對導(dǎo)致系統(tǒng)可信性降低的因素——缺陷、錯誤及失效之間的關(guān)系以及

3、高可信保障技術(shù)作了梳理和歸納。 由于不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)浖尚判躁P(guān)注的側(cè)重不同，本文主要基于安全關(guān)鍵領(lǐng)域針對可靠性和防危性的測試與評價方法作了系統(tǒng)而深入的研究，所作出的主要貢獻如下： 1.由于所需測試用例量大、測試持續(xù)期長，導(dǎo)致軟件的一些高可靠性指標(biāo)的驗證成為不可能。為了在不降低可靠性驗證測試結(jié)果可信性的前提下減少測試用例量、縮短驗證測試持續(xù)期，本文提出了一種先驗知識動態(tài)整合的貝葉斯統(tǒng)計推斷驗證測試方法；并分離散執(zhí)行軟件和連

4、續(xù)執(zhí)行軟件兩種情況予以詳細闡述。數(shù)值仿真證明，該方法在不降低驗證測試結(jié)果可信性水平的前提下，能有效地減少測試用例量、縮短驗證測試持續(xù)期。 2.為切實確保高可信軟件獲得規(guī)定的可靠性指標(biāo)，本文提出了一種基于軟件體系結(jié)構(gòu)的高可信軟件可靠性測評框架。該測評框架的基本思想是建立軟件可靠性模型，把系統(tǒng)可靠性設(shè)計指標(biāo)優(yōu)化分配到各個軟件模塊，從模塊級對軟件的可靠性進行跟蹤和控制，然后再在系統(tǒng)級進一步對軟件的可靠性指標(biāo)進行確認和驗證。同時，基于最

5、大熵原則，本文著重解決了如何在缺少失效數(shù)據(jù)的情況下進行軟件系統(tǒng)級可靠性測評的問題。 3.安全關(guān)鍵事故是小概率事件，基于運行剖面產(chǎn)生測試用例的統(tǒng)計測試方法不能有效地發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這種事件的軟件缺陷，從而達不到快速降低安全事故風(fēng)險的軟件防危性增長測試的目的。針對這種現(xiàn)狀，本文提出了基于關(guān)聯(lián)風(fēng)險剖面的軟件防危性增長測試方法；并著重闡述了所依據(jù)的重要性取樣統(tǒng)計學(xué)原理，和建立軟件關(guān)聯(lián)風(fēng)險剖面的程序，以及基于關(guān)聯(lián)風(fēng)險剖面產(chǎn)生測試用例的方法；最后給

6、出了軟件防危性增長測試停止標(biāo)準。 4.由于軟件防危關(guān)注的是導(dǎo)致安全關(guān)鍵事故的失效，其失效率非常低。如果采用基于運行剖面的方法進行驗證測試，是不可能實現(xiàn)的。針對安全關(guān)鍵軟件防危性驗證測試的這種現(xiàn)狀，本文建立了一種基于加速剖面的軟件防危性驗證測試方法?；诒疚奶峁┑姆椒ǎ蟮脺y試加速因子，能夠顯著性地減少測試用例量。 目前，國內(nèi)外研究機構(gòu)對可信性計算展開了廣泛的研究，而高可信軟件的測試驗證研究是其中十分重要的研究領(lǐng)域。本文對