非齐次泊松过程类软件可靠性增长模型的研究与应用

论文摘要

随着计算机技术的发展,软件产品已经渗透到人类生活的各个领域,在各种复杂的设备和系统中都有计算机在执行系统控制、状态监测等关键任务。因此,如何对软件质量进行有效的控制成为了人们越来越关注的问题。软件可靠性指标是软件质量属性中最重要的内容之一,它定量地描述了软件在开发和使用过程中出现的失效。准确地评估软件系统的可靠性、预测软件可靠性随测试过程的变化情况能为软件发布和测试资源的分配提供依据,使软件既能按计划准时发布,又能满足用户的可靠性需求,降低软件的总成本。非齐次泊松过程类软件可靠性增长模型是软件可靠性模型中非常重要的一类,已经成为软件可靠性工程实践中非常成功的工具,是目前评价软件可靠性最适用、最简单的模型。如何提高非齐次泊松过程类软件可靠性增长模型的评估和预测精度是当前软件可靠性工程研究的热点之一。本文围绕软件可靠性测试与评价技术在以下两个方面做了重点研究:1)提出了一个故障排除时间随故障发生时间变化的非齐次泊松过程模型。本文首先假设完美调试是可接受的（基于完全回归测试）,但是即时的故障排除不可接受。然后从软件测试的实际情况出发,研究了故障排除时间随故障发生时间的变化规律。随着测试的进行,越晚被发现的软件故障,被定位和修改的难度越大,排除需要的时间就越长,则故障修复率应该是测试时间的减函数。本文在研究此规律的基础上提出了一种基于该变化规律的ID-NHPP排错延迟模型,并用测试数据对该模型进行了验证。结果表明该模型具有更强的描述和预测能力。2)应用上述理论研究,构建了一个嵌入式软件可靠性测试与评估工具（ESRTE）。ESRTE是一个集成化的可靠性测试系统,集成了软件可靠性使用模型的建模、可靠性测试用例自动生成与管理、测试进程的执行和跟踪、以及可靠性评价和预测等功能。针对传统的软件测评工具功能单一、自动化程度不高等缺陷,ESRTE努力提供一个完整、自动化的可靠性测评环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 软件可靠性研究的发展及现状
• 1.2.2 软件可靠性研究面临的主要问题
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 软件可靠性测评相关理论研究
• 2.1 软件可靠性的基本概念
• 2.1.1 软件故障及其特征
• 2.1.2 软件可靠性定义
• 2.1.3 软件可靠性的度量
• 2.1.4 软件可靠性工程
• 2.2 软件可靠性测试
• 2.2.1 软件测试
• 2.2.2 软件可靠性测试
• 2.2.3 两种主要的软件可靠性测试方法
• 2.3 软件可靠性评估
• 2.3.1 基于软件可靠性建模的评估过程
• 2.3.2 可靠性建模的一般过程
• 2.3.3 软件可靠性模型
• 2.3.4 软件可靠性模型的分类
• 2.4 小结
• 第三章 非齐次泊松过程类软件可靠性增长模型及其改进
• 3.1 非齐次泊松过程的定义
• 3.2 含故障排除率的NHPP 可靠性模型框架
• 3.3 G-O 模型
• 3.4 Daniel R. Jeske 的 D-NHPP 模型
• 3.5 一种改进的ID-NHPP 模型
• 3.5.1 改进的ID-NHPP 模型的推导
• 3.5.2 参数估计和模型比较
• 3.6 小结
• 第四章 嵌入式系统软件测试
• 4.1 嵌入式系统的定义
• 4.2 嵌入式系统的特点
• 4.3 嵌入式软件的开发
• 4.4 嵌入式软件的测试
• 4.4.1 嵌入式软件测试的困难
• 4.4.2 嵌入式软件测试的策略
• 4.5 嵌入式软件的可靠性测试
• 4.6 小结
• 第五章 嵌入式软件可靠性测试与评估工具
• 5.1 目前主流的嵌入式软件可靠性工具
• 5.2 ESRTE 系统框架结构
• 5.3 ESRTE 系统的主流程
• 5.4 马尔可夫使用模型编辑模块
• 5.4.1 主要数据结构
• 5.4.2 试运行图
• 5.5 测试用例生成模块
• 5.5.1 测试用例生成算法
• 5.5.2 XML 测试用例生成向导
• 5.6 测试用例驱动模块
• 5.6.1 测试用例程序生成器
• 5.6.2 测试网关
• 5.6.3 测试结果比较器
• 5.7 测试代理
• 5.8 可靠性评估模块
• 5.9 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 成果与创新
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻硕期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录1 实时控制系统实效数据（单位:秒）
• 附录2 AT&T的T系统数据（单位:小时）