網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性技術(shù)研究.pdf

1、作為一種新的軟件應(yīng)用模式，網(wǎng)構(gòu)軟件構(gòu)建和運行在開放、動態(tài)的計算機網(wǎng)絡(luò)上，將是軟件系統(tǒng)未來的一種重要發(fā)展方向，其可靠性研究受到了越來越多的重視。本文針對網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性，主要研究網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性模型理論和可靠性計算方法。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要是基于進程代數(shù)網(wǎng)構(gòu)軟件演算、基于馬爾可夫鏈的可靠性分析和可靠性分配計算。本文研究主要分為六部分。
　　第一，研究并系統(tǒng)地總結(jié)了網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性主要技術(shù)難題以及解決方案。分析并論述了網(wǎng)構(gòu)軟件的應(yīng)用背景、應(yīng)

2、用特點與網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性的概念以及研究現(xiàn)狀；對比分析了現(xiàn)有軟件與網(wǎng)構(gòu)軟件，系統(tǒng)地研究了網(wǎng)構(gòu)軟件在可靠性方面的主要技術(shù)難點與解決方法。大量研究表明，網(wǎng)構(gòu)軟件作為一種新的軟件模式，雖然在系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用上已取得了明顯的進展，但是在可靠性方面仍然存在一些技術(shù)難題，妨礙了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，例如：可靠性模型建立、可靠性計算、轉(zhuǎn)移概率計算、可靠性演化、可靠性分配計算等。本研究內(nèi)容為網(wǎng)構(gòu)軟件后續(xù)研究提供了理論依據(jù)，起到了重要參考作用。
　　第二，提

3、出了一種基于進程代數(shù)的網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性形式化方法。建立了體現(xiàn)網(wǎng)構(gòu)軟件運行特點的模型，提出了基于進程代數(shù)的表示與演算方法，由此來實現(xiàn)可靠性的演算。從代數(shù)的角度，實現(xiàn)了網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性表示和計算。首先，給出了網(wǎng)構(gòu)軟件以及可靠性的形式化定義，其體現(xiàn)了網(wǎng)構(gòu)軟件的動態(tài)性、適應(yīng)性，作為分析的基礎(chǔ)；其次，提出了網(wǎng)構(gòu)軟件的構(gòu)件可靠性組合運算，構(gòu)建了網(wǎng)構(gòu)軟件的代數(shù)系統(tǒng)；最后，提出了構(gòu)件可靠性的組合演算方法，解決了網(wǎng)構(gòu)軟件動態(tài)性、適應(yīng)性的可靠性演算問題。實驗顯

4、示，所提算法符合網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性規(guī)律。
　　第三，提出了一種網(wǎng)構(gòu)軟件構(gòu)件和系統(tǒng)可靠性的計算方法。以前面的研究內(nèi)容為基礎(chǔ)，針對網(wǎng)構(gòu)軟件的運行狀態(tài)及特點，基于馬爾可夫鏈和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論，提出了網(wǎng)構(gòu)軟件的可靠性模型以及計算方法，實現(xiàn)了網(wǎng)構(gòu)軟件構(gòu)件和系統(tǒng)可靠性的計算。首先，在體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上構(gòu)建馬爾可夫鏈和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，建立了可靠性計算模型；其次，提出了轉(zhuǎn)移概率計算方法，作為可靠性計算的基礎(chǔ)；考慮網(wǎng)絡(luò)訪問特點和網(wǎng)絡(luò)性能，根據(jù)泊松分布，提出了網(wǎng)構(gòu)

5、軟件構(gòu)件之間連接可靠性的計算方法，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下連接可靠性計算；最后，根據(jù)隨機和概率理論，利用轉(zhuǎn)移占用率來估計轉(zhuǎn)移概率，基于梯度法提出了轉(zhuǎn)移概率矩陣的計算方法。實驗顯示，所提算法能有效計算網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性。
　　第四，提出了一種網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性演化的計算方法。網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性演化是網(wǎng)構(gòu)軟件演化的重要特性，根據(jù)卷積理論和演化特性，給出了網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性演化定義，提出了可靠性演化方法和計算方法，從計算復(fù)雜性方面保障了效率，同時，通過引入可靠

6、性矢量，解決了傳統(tǒng)模型中構(gòu)件可靠性同時變化情況下系統(tǒng)可靠性的演化計算問題。實驗表明，提出的可靠性演化模型和計算方法能有效地進行可靠性演化分析和性能評估。
　　第五，提出了一種基于梯級懲罰的混合動態(tài)優(yōu)化算法，實現(xiàn)網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性分配。分析和研究了基于DTMC(Discrete Time Markov Chain)的可靠性分配方法，基于DTMC研究了可靠性計算函數(shù)生成，提出了可靠性函數(shù)生成方法，緩解了因為目前路徑爆炸阻礙可靠性計算的問題

7、。根據(jù)網(wǎng)構(gòu)軟件特點，設(shè)計了可靠性成本函數(shù)，為可靠性分配提供了理論依據(jù)。最后，設(shè)計了基于梯級懲罰的GA-PSO混合動態(tài)優(yōu)化算法，實現(xiàn)了可靠性有效分配。實驗表明，所提出的可靠性分配計算方法分配效果好，可以滿足可靠性分配要求，并能很好地控制軟件成本。
　　本文還根據(jù)現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，對網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性的發(fā)展狀況進行了展望。首先是網(wǎng)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移概率自動化提取的新方法，促進改善可靠性計算及時性，有效支持網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性分析。其次，考慮網(wǎng)絡(luò)