基于随机Petri网的软件性能分析

论文摘要

随着软件规模的不断扩大,软件出现故障的概率随之增大。软件故障已成为软件系统不可靠的主要来源。软件可靠性模型对于软件可靠性估测起着核心的作用。目前所提出的模型大多有着一定的应用条件和适用范围,不能适应复杂多变的应用环境的要求,在客观上为软件可靠性模型的应用提出了新的问题。此外,大多数软件故障是间歇的、随机的,所以软件可靠性模型在形式上通常是一个随机过程,这就使得在分析软件可靠性时,时间比定义动态操作的逻辑特性还要关键。随机Petri网是性能评价领域里一种有力的系统建模和分析工具,它着眼于系统中可能发生的各种状态变化以及变化之间的关系,不仅有助于定性地理解被建模系统的动态行为,还可以定量地计算各种性能指标,为系统结构和参数的选择提供依据。为此,本文针对构件化软件提出了一种基于随机Petri网的软件可靠性分析方法,并详细地给出了完整的实现方案。它符合尽可能在软件开发的上游阶段对软件进行可靠性评估的思想。通过实例分析可以看出,用该分析方法建立起的可靠性模型可以很好的描述软件系统的动态变化过程;尽可能多的考虑了影响软件可靠性的因素;有利于降低软件可靠性描述与分析的复杂度,提高评价和预测可靠性的精确度;所获得的结果为分析系统运行一定时间后的可靠性情况提供了有利的手段,也可以直接用于指导后期的开发过程。文章首先讨论了随机Petri网、软件可靠性技术与软件体系结构的概念、特点及它们之间的关系;随后从软件体系结构、对故障的产生与传播的表述等方面入手给出了具体的可靠性建模方法,并介绍了相应的可靠性分析方法;接着,针对随机Petri网应用中经常会遇到的状态空间爆炸问题给出了三种解决策略;最后,对论文工作进行了全面的总结,并对今后的研究工作做出了展望。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 引言
• 1.1 课题的来源、提出背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究思路及内容
• 1.4 主要创新点
• 1.5 论文组织结构
• 第2章 随机Petri网概述
• 2.1 Petri网
• 2.1.1 Petri网的描述能力
• 2.1.2 Petri网的基本概念
• 2.1.3 Petri网的基本结构
• 2.2 随机Petri网
• 2.2.1 随机Petri网的基本概念
• 2.2.2 随机Petri网的主要类型
• 2.2.3 随机Petri网的特点及图形表示方法
• 2.2.4 随机Petri网的模型方法
• 2.2.5 随机Petri网的分解压缩技术
• 2.3 随机Petri网分析工具WebSPN
• 第3章 软件可靠性
• 3.1 软件可靠性
• 3.1.1 软件可靠性的定义及特点
• 3.1.2 软件可靠性主要的技术指标
• 3.2 软件可靠性模型
• 3.2.1 软件可靠性模型的分类
• 3.2.2 软件可靠性模型的评价标准
• 3.3 软件失效和软件缺陷的分类
• 3.4 软件容错技术
• 第4章 软件体系结构概念
• 4.1 构件
• 4.2 连接件
• 4.3 软件体系结构
• 第5章 基于随机Petri网的软件可靠性分析方法
• 5.1 基本思路
• 5.2 基于随机Petri网的软件可靠性建模
• 5.2.1 软件系统的分解
• 5.2.2 构件故障产生原因的表述
• 5.2.3 与故障事件相关的逻辑关系的表述
• 5.3 基于随机Petri网的可靠性分析
• 5.4 缓解状态空间爆炸的方法
• 5.4.1 随机Petri网模型基本结构的化简
• 5.4.2 具有同步变迁的模型的分解方法
• 5.4.3 获得瞬时状态的分解压缩方法
• 第6章 具体实例
• 6.1 实例描述
• 6.2 可靠性模型
• 6.2.1 软件系统的分解
• 1'>6.2.2 子系统S₁
• 2'>6.2.3 子系统S₂
• 3'>6.2.4 子系统S₃
• 6.3 分析结果
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 论文研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果