基于非齐次泊松过程的联锁软件可靠性建模与半实物仿真

摘要

计算机联锁系统是铁路信号系统的重要组成部分，其可靠性是保障列车安全高效运行的重要前提。随着联锁系统的硬件结构日趋完善，系统的可靠性越来越依赖于联锁软件。在软件的生命周期中，测试阶段是提高其可靠性的重要环节，利用测试失效数据建立可靠性增长模型，进而评估和预测可靠性的增长情况是软件可靠性领域的重要研究方向。虽然目前提出的可靠性增长模型已近百种，但对于联锁这类安全苛求型软件而言，普通模型的评估和预测效果往往会有所欠缺，为了建立更适用于联锁软件的可靠性增长模型，本文进行了如下的研究:
　　首先介绍了联锁系统和软件可靠性工程的相关背景知识，选定应用较为广泛的非齐次泊松过程(Non-homogeneous Poisson Process，NHPP)类可靠性模型作为建模的数学基础，研究分析了几种经典的NHPP类可靠性模型的建模思想。
　　其次对联锁软件的测试过程进行分析，发现在其测试及故障修复的过程中，存在着测试不完全覆盖和排错过程不完美的现象，将这些现象考虑到建模假设之中，建立微分方程并对其中的特殊函数选取恰当的表达式，由此得到联锁软件可靠性增长模型。接着利用一组实测联锁软件数据对该模型进行验证，结果表明相较于几种经典的软件可靠性增长模型，改进的模型能更好的评估和预测联锁软件的可靠性增长情况。
　　最后，本文依据《计算机联锁技术条件》设计实现了能接受操作命令、判断联锁逻辑并予以准确执行的计算机联锁软件，另搭建了相应的硬件平台配合其完成完整的联锁功能，设计测试用例对该联锁软件进行功能测试，记录软件失效现象及失效数据。在软件的测试后期应用本文提出的联锁软件可靠性增长模型对该软件的可靠性进行评估，并预测出软件达到预期可靠性标准的时间。
　　本文建立了联锁软件可靠性增长模型，通过真实的软件失效数据验证了该模型对软件可靠性的评估和预测效果;论文设计实现了联锁半实物仿真系统，并将文中提出的模型应用于该系统的软件测试阶段，结果表明，模型能够准确的评估软件的可靠性发展并预测出软件达到预期可靠性标准的时间，其评估和预测结果将会为计算机联锁系统的开发管理提供重要的科学依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 联锁系统的研究现状

1．2．2 软件可靠性的研究现状

1．3 论文研究内容及体系架构

2 软件可靠性模型的分析对比

2．1 软件可靠性概述

2．1．1 软件可靠性定义

2．1．2 软件可靠性的度量指标

2．1．3 软件可靠性模型

2．2 NHPP类可靠性模型

2．2．1 建模的数学基础

2．2．2 经典的NHPP软件可靠性模型

2．3 本章小节

3 联锁软件可靠性预测模型

3．1 模型特点分析

3．1．1 不完全测试覆盖

3．1．2 不完美排错过程

3．2 模型框架搭建

3．3 模型特殊函数取值

3．4 模型未知参数估计

3．5 模型结果对比验证

3．5．1 可靠性模型的评估能力

3．5．2 可靠性模型的预测能力

3．6 本章小结

4 联锁系统的功能分析与设计实现

4．1 联锁系统的结构框架

4．2 联锁软件的功能设计

4．2．1 界面显示模块设计

4．2．2 通信接口设计

4．2．3 联锁功能模块设计

4．3 联锁软件功能演示

4．3．1 站场界面显示

4．3．2 联锁功能演示

4．4 联锁系统硬件平台的搭建与设计

4．4．1 地面运行环境设计

4．4．2 采集驱动板的设计

4．5 本章小节

5 联锁系统可靠性测试

5．1 联锁系统硬件测试

5．2 联锁系统软件测试

5．2．1 测试方法及策略

5．2．2 软件测试数据记录

5．3 NHPP模型可靠性预测

5．4 本章小节

6 结论

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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