考虑测试与运行差别的NHPP类软件可靠性增长模型研究

摘要

随着软件产品与计算机一起渗透到各类军用、民用设备中，软件的质量问题也引起了人们越来越广泛的关注。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开发和使用过程中出现的失效。软件可靠性增长模型是评估和预测软件可靠性的主要方法。非齐次泊松过程（non-homogeneous Poisson process，简称NHPP）类软件可靠性增长模型是软件可靠性增长模型中非常重要的一类，也是目前研究最多、应用较广的一类模型，这类模型一般假设软件的测试环境与软件的运行环境相同，即用软件在测试条件下获得的失效数据能够预测软件在运行时的可靠性。实际上软件的测试剖面和运行剖面是不同的，即测试可靠性和运行可靠性是有区别的。为了提高软件可靠性评估和预测的精度，本文从研究软件运行剖面和测试剖面的差异入手，研究剖面的差异对软件可靠性评估的影响。
　　本文首先根据测试可靠性和运行可靠性的概念，重点讨论了软件测试剖面和运行剖面的差别，应用实测数据验证得到软件测试阶段测试覆盖率与运行阶段测试覆盖率，从而以测试覆盖率量化说明了测试剖面与运行剖面的差别。在此基础上给出了考虑测试剖面与运行剖面差别的几种运行阶段失效率的形式，然后根据失效率递减的和先增后减的变化趋势，从理论上分析了测试可靠性与运行可靠性的差别，研究这两种可靠度对软件发布时间的影响。
　　绝大多数软件可靠性增长模型都假设软件故障服从同一种分布。在实际情况中，软件故障经常受各种因素的影响，例如运行环境、测试方法和资源分配等，从而软件故障不可能服从同一分布，这就是移动点问题。移动点技术的实质就是根据软件的失效趋势，对失效数据进行分段拟合。在测试剖面与运行剖面差别的基础上，量化分析了软件测试阶段和运行阶段的故障检测率，建立了考虑测试剖面与运行剖面差别的基于移动点技术的软件可靠性增长模型TO-SRGM。
　　软件的测试剖面是在软件运行剖面的基础上建立的，因而软件的测试剖面与运行剖面又是存在联系的。环境因子可以将测试阶段与运行阶段联系起来。本文概括总结了文献中提出的影响软件发展各个阶段的环境因素，重点分析了测试与运行阶段随时间变化的环境因子。在NHPP类软件可靠性增长模型框架基础上，在移动点技术基础上，建立了从测试阶段到运行阶段考虑变化环境因子的基于移动点技术的软件可靠性增长模型框架。通过分析环境因子的具体形式和运行阶段故障检测率变化的形式以及故障排除效率，在统一的框架基础上，分别建立了基于环境因子与移动点技术的软件可靠性增长模型 TEO-SRGM、PTEO-SRGM。软件的测试阶段也存在移动点，将环境因子扩展到软件的测试阶段，建立了测试阶段基于移动点和环境因子的软件可靠性增长模型CE-SRGM。
　　绝大多数的软件可靠性增长模型都假设故障之间是独立的，实际上，在软件的测试过程中，故障之间的相关性是普遍存在的。由于软件的测试剖面与运行剖面存在着差别，在软件的运行阶段，绝大多数相关性故障已经被排除，故障检测率体现了故障本身具有的下降的趋势。因此，这两个阶段故障检测率是不同的。本文首先对软件故障相关性用有向图进行了形式化的分析，然后分析了随时间变化的相关故障出现率，最后建立了既考虑故障相关性，又考虑测试剖面与运行剖面差别的软件可靠性增长模型。

目录

考虑测试与运行差别的NHPP类软件可靠性增长模型研究

RESEARCH ON NHPP SOFTWARE RELIABILITY GROWTH MODELS CONSIDERING TESTING AND OPERATIONAL DIFFERENCE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 软件可靠性的基本数学描述

1.3 软件可靠性增长模型的概念与分类

1.3.1 软件可靠性增长模型的概念

1.3.2 软件可靠性增长模型分类

1.4 NHPP类软件可靠性增长模型的现状与进展

1.4.1 NHPP过程

1.4.2 NHPP类软件可靠性增长模型的研究进展

1.4.3 考虑环境差别的NHPP类软件可靠性增长模型研究进展

1.5 当前研究工作存在的问题

1.6 本文的研究内容和结构

第2章 软件测试可靠性和运行可靠性

2.1 引言

2.2 软件测试剖面与运行剖面的差别分析

2.2.1 软件测试剖面与运行剖面的差别

2.2.2 实例说明

2.3 软件测试可靠性与运行可靠性分析

2.3.1 软件可靠性参数

2.3.2 测试可靠性与运行可靠性的概念

2.3.3 测试可靠性与运行可靠性图示分析

2.4 测试可靠性与运行可靠性的比较

2.5 测试和运行可靠性对软件最优发布的影响

2.6 实例分析

2.7 本章小结

第3章 考虑测试与运行差别基于移动点的软件可靠性增长模型

3.1 引言

3.2 基于移动点技术的软件可靠性建模

3.2.1 软件失效过程的移动点

3.2.2 移动点模型的参数估计方法

3.3 软件可靠性增长模型性能比较标准

3.3.1 模型的拟合能力

3.3.2 模型预测能力

3.4 考虑测试与运行差别的软件可靠性增长模型

3.4.1 软件运行阶段和测试阶段的故障检测率

3.4.2 模型推导

3.4.3 性能比较

3.5 本章小结

第4章 基于移动点和环境因子的软件可靠性增长模型

4.1 引言

4.2 环境因子

4.2.1 Hong Pham 等总结的环境因素

4.2.2 随时间变化的环境因子分析

4.3 NHPP类可靠性增长模型框架

4.3.1测试阶段NHPP类可靠性增长模型框架

4.3.2考虑测试与运行环境差别的软件可靠性增长模型框架

4.4 基于环境因子与移动点的软件可靠性增长模型(TEO-SRGM)

4.4.1 随时间变化的环境因子推导

4.4.2 TEO-SRGM 推导

4.4.3 性能比较

4.5 TEO-SRGM的修正模型PTEO-SRGM

4.5.1 变化的环境因子

4.5.2 PTEO-SRGM模型推导

4.5.3 性能比较

4.6 扩展的测试阶段软件可靠性增长模型

4.6.1 Huang, C. Y等提出的具有移动点的软件可靠性增长模型

4.6.2 现有的测试阶段移动点模型存在的不足

4.6.3 随软件测试过程变化的环境因子分析

4.6.4 随测试过程变化环境因子推导

4.6.5 模型推导

4.6.6 性能比较

4.7 本章小结

第5章 考虑故障相关性的软件可靠性增长模型

5.1 引言

5.2 基于有向图的故障相关性分析

5.3 测试阶段考虑故障相关性的软件可靠性增长模型

5.4 测试到运行考虑故障相关性的软件可靠性增长模型

5.5 性能比较

5.5.1 第一组数据集

5.5.2 第二组数据集

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

附录

个人简历