[发明专利]一种贝叶斯软件可靠性验证测试方法及其计算机辅助工具

说明书

技术领域

本发明属于软件可靠性工程领域，尤其涉及软件可靠性测试领域，具体地说，是指一种基于减函数法的多层先验分布函数的贝叶斯软件可靠性验证测试方法及其计算机辅助工具。

背景技术

软件可靠性验证测试是用户在接收软件时，确定软件当前的可靠性水平是否满足软件开发合同、任务书或需求规格说明书中规定的用户要求而进行的测试，其对于软件尤其是安全关键软件的可靠性保证具有非常重要的意义。软件可靠性验证测试方案是软件可靠性验证测试方法的核心组成部分，其决定了软件可靠性验证测试的执行方式以及可靠性指标的验收标准。目前，国内外针对安全关键软件的可靠性验证测试方案的研究成果已有很多。已经授权的中国专利201010161608.4号公开了“一种基于测试框架的软件测试方法”，其通过针对一系列软件构建一个基础测试框架，完成同一系列软件的测试问题，通过测试过程中对框架的实例化和框架复用，解决了软件测试领域中测试质量受资源限制明显的问题。已经授权的中国专利200910147769.5号公开了“一种实时嵌入式软件自动化闭环测试方法”，其利用基于编程语言实时扩展的实时嵌入式软件测试描述语言的灵活特性，及其执行引擎的可嵌入性、移植性和实时运行特性，可完成实时测试运行中测试人员与被测系统的实时反馈处理，实现实时嵌入式软件的自动化闭环测试。但是这些验证测试方案应用于具有高可靠指标要求的安全关键软件(以下简称高可靠软件)时，仍然会呈现出很多的局限性，例如所需要的测试用例数量庞大、验证测试时间冗长，导致在有限的测试资源下，某些高可靠软件的可靠性验证测试很难开展。因此，如何改进现有的针对高可靠软件的可靠性验证测试方案，降低验证测试所需的测试用例或测试时间，是目前国内外软件可靠性工程领域的研究热点和难点之一。

基于贝叶斯理论的软件可靠性验证测试方法是迄今为止最为成熟且最为有效的针对高可靠软件的可靠性验证测试方法之一。此类验证测试方法的核心是软件可靠性参数(失效概率或失效率)的先验分布函数构造问题。有研究表明，若能够获得有效的先验信息，从而准确地估计出先验函数的参数，则基于贝叶斯理论的软件可靠性验证测试方法可以在保证验证结果置信度的前提下，有效地降低测试用例量、缩短测试时间。

现有的贝叶斯方案中，通常选用共轭分布函数来确定软件可靠性参数的先验分布。之所以选取共轭分布函数来构建先验分布函数，是为了简化后验分布函数的推导过程，但并没有考虑高可靠软件的可靠性参数的特点，所以由共轭分布法构造的先验分布函数未必适合描述高可靠软件的可靠性参数的先验分布情况。

减函数法是一种新的先验分布构造方法，其核心思想是选取可靠性参数的减函数作为先验分布函数的核函数，这符合高可靠软件失效概率(或失效率)取较大值的可能性小、取较小值的可能性大的特点，因此适用于构造高可靠软件可靠性参数的先验分布函数。

目前，现有技术中还没有给出如何利用减函数法进行高可靠软件可靠性参数的多层先验分布函数的构造来确定贝叶斯方案，并且应用于有失效和无失效数据情况的软件可靠性验证测试领域中。

发明内容

本发明为了解决现有的高可靠软件可靠性验证测试效率低的问题，在基于贝叶斯理论的软件可靠性验证测试方法的基础上，提出一种贝叶斯软件可靠性验证测试方法及其计算机辅助工具。本发明构造了基于减函数法的先验分布密度函数，该先验分布密度函数更加符合高可靠软件可靠性参数(失效概率或失效率)的特点，基于先验分布密度函数提出了基于减函数法的单层有先验的贝叶斯软件可靠性验证测试方法。另外，本发明还针对所构造的先验分布密度函数中的超参数构建先验分布函数，从而提出基于减函数法的多层无先验的贝叶斯软件可靠性验证测试方法。

本发明提供的一种贝叶斯软件可靠性验证测试方法，具体通过以下步骤实现：

步骤一、收集测试数据，并判断被测软件为离散型软件还是连续型软件，若是连续型软件，执行步骤二；若是离散型软件，转步骤五执行。

步骤二、调入用户给定的验证指标，并选择是进行单层贝叶斯可靠性验证测试还是进行多层贝叶斯可靠性验证测试，若选择单层贝叶斯方法，执行步骤三，若选择多层贝叶斯方法，执行步骤四。

步骤三、对于连续型软件，如果选择的是单层贝叶斯方案，采用基于减函数法的单层有先验的连续型贝叶斯软件可靠性验证测试方法进行可靠性验证测试，具体是：首先选取失效率λ的一个减函数构造先验分布密度函数，然后利用软件可靠性增长测试过程后期收集的测试数据对先验分布密度函数的超参数进行估计，并确定后验分布密度函数，最后确定测试所需的连续执行时间。