基于马尔可夫链的软件可靠性评估技术研究

论文摘要

随着面向对象软件技术的应用与发展,面向对象软件可靠性评估作为可信软件的一重要研究内容,受到了国内外研究者的高度关注,它对于优化软件体系结构,改善软件开发过程,指导软件测试,提高软件可靠性有重要的意义。本文以面向对象软件的马尔可夫链使用模型为基础,研究了软件可靠性评估技术和方法,这些技术和方法不仅可以用于完成软件需求分析、设计阶段的可靠性评估,还可以用于完成软件测试阶段的可靠性评估。概括起来,本文的主要工作包括:1.针对现有的软件可靠性评估方法中未形成较完整的评估体系问题,构建了一个基于马尔可夫链使用模型的软件可靠性评估框架。指出该框架的作用,详细阐述该框架的构建过程和应用该框架进行软件可靠性评估的流程。2.针对目前使用模型存在状态空间过大、模型描述较为困难的问题,提出了一种由UML模型生成场景级和用例级马尔可夫链使用模型的方法。给出了使用模型的生成算法和扩展UML模型完备性验证算法。以ATM软件为实例,详细介绍了ATM软件由扩展UML模型生成马尔可夫链使用模型的方法和步骤。3.针对现有使用模型在生成过程中未给出转移概率确定方法的问题,提出了一种由层次分析法确定马尔可夫链使用模型中转移概率的方法。通过对层次分析法的研究,本文采用层次分析法确定使用模型的转移概率。最后,利用ATM实例验证了该转移概率确定方法的可行性。4.根据构建出的马尔可夫链使用模型,提出了一种完成软件可靠性早期评估的方法。该方法以马尔可夫链使用模型为基础,构建一种场景级可靠性早期评估模型。根据可靠性定义,提出面向对象软件可靠性早期预计算法,完成对软件的可靠性早期评估。以ATM为实例,完成对ATM软件的可靠性早期评估。5.通过对基本模型的研究,构建了一种基于离散时间的NHPP软件可靠性增长模型。本文从离散时间的角度出发,还考虑了故障排除率变化和排错过程中新故障的引入等因素,构建一种基于离散时间的NHPP软件可靠性增长模型。在三组公开发表的数据集上进行的拟合实验和预测实验表明,该模型具有良好的拟合效果和预测能力。本文对面向对象软件的可靠性评估技术和方法进行了较为深入的研究,这些技术和方法为软件可靠性评估系统的设计和实现提供了理论和决策支持,有利于更全面地评估和提高软件的可靠性、改善软件的质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 软件可靠性早期评估模型研究现状
• 1.2.2 软件可靠性增长模型研究现状
• 1.3 拟解决的关键问题
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本文的组织结构安排
• 第二章 相关理论知识介绍与分析
• 2.1 软件可靠性
• 2.1.1 软件可靠性定义
• 2.1.2 软件可靠性度量指标
• 2.2 统一建模语言UML
• 2.3 软件可靠性测试
• 2.3.1 软件可靠性测试与可靠性评估的关系
• 2.3.2 软件可靠性测试的过程
• 2.3.3 基于使用模型的可靠性测试方法
• 2.3.4 基于运行剖面的可靠性测试方法
• 2.3.5 两种可靠性测试方法比较
• 2.4 软件可靠性增长评估模型
• 2.4.1 软件可靠性增长模型的分类
• 2.4.2 软件可靠性增长模型的建模过程
• 2.4.3 NHPP 类软件可靠性增长模型
• 2.4.4 几种常见的可靠性增长模型
• 2.4.5 可靠性增长模型中的局限性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 构建基于马尔可夫链软件可靠性评估框架
• 3.1 框架的地位和作用
• 3.2 框架的构建
• 3.3 框架的运行流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 生成基于UML 的马尔可夫链使用模型
• 4.1 UML 的可靠性评估扩展
• 4.1.1 UML 图的选择
• 4.1.2 用例和场景的形式化描述
• 4.1.3 扩展用例和场景的形式化描述
• 4.2 确定马尔可夫链模型的转移概率
• 4.2.1 现有转移概率的确定方法
• 4.2.2 用层次分析法确定使用模型的转移概率
• 4.3 生成基于UML 的马尔可夫链使用模型
• 4.3.1 马尔可夫链使用模型的生成过程
• 4.3.2 马尔可夫链使用模型的生成算法
• 4.4 检验可靠性评估扩展的UML 模型
• 4.5 实例验证
• 4.5.1 ATM 软件的UML 模型
• 4.5.2 ATM 软件中用例和场景的形式化描述
• 4.5.3 构建ATM 的马尔可夫链使用模型
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于马尔可夫链使用模型完成软件可靠性早期评估
• 5.1 基于马尔可夫链使用模型的软件可靠性早期评估流程
• 5.2 预计场景的可靠性
• 5.3 构建面向对象软件可靠性早期评估模型
• 5.3.1 场景级软件可靠性早期评估模型
• 5.3.2 用例级软件可靠性早期评估模型
• 5.4 软件可靠性早期评估算法
• 5.5 实例验证
• 5.5.1 ATM 软件的早期评估模型
• 5.5.2 预计ATM 软件的可靠性值
• 5.6 本章小结
• 第六章 构建离散时间的NHPP 软件可靠性增长模型
• 6.1 模型构建的原因
• 6.2 模型构建的过程
• 6.2.1 构建基本离散时间模型
• 6.2.2 构建扩展离散时间模型
• 6.3 模型的参数估计和评价标准
• 6.3.1 模型参数估计方法
• 6.3.2 模型的评价准则
• 6.4 模型的对比验证与评价
• 6.4.1 对比模型的选择
• 6.4.2 模型的对比验证与评价
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢