[发明专利]一种基于时间扩展petri网的嵌入式软件可靠性评估方法

权利要求书

1.一种基于时间扩展petri网的嵌入式软件可靠性评估方法，其特征在于：包括以下几个步骤，

步骤一：确定评估对象，绘制软件体系结构的基于时间扩展的petri网模型；

确定软件系统的功能组件名称和变迁名称，对于软件系统中的功能组件的集合确定为petri网中的库所，通过令牌在库所中的转移来描述软件系统的运行，绘制软件体系整体的petri网模型；

步骤二：构建软件系统的可达状态标识转移图；

Petri网模型通过令牌的运行来模拟整个软件系统的运行，在某一时刻如果功能组件获得令牌则处于运行状态，通过令牌的转移获得整个系统的可达状态标识，进而得到petri网的可达状态标识转移图；

步骤三：获得组件可靠度和变迁可靠度；

根据软件测试数据和失效数据，确定各个组件的单独的组件可靠度；

根据系统运行情况，对于Petri网模型中的瞬时变迁，根据运行情况，确定瞬时变迁概率，并满足∑_jp_ij＝1，其中p_ij表示系统正常从状态i运行到状态j的转移概率；对于时间变迁，一方面，如果具有延时方面的可靠性，根据系统运行情况，确定各个并行变迁T_i′的运行时间段[T_il′,T_iu′]，然后得到合并之后的并行变迁T′的期望运行时间段[max(T_1l′,T_2l′,…,T_nl′),max(T_1u′,T_2u′,…,T_nu′)]，n表示并行功能组件数，T′＝T₁′,T₂′,…T_i′,…,T_n′，根据系统对于延时的要求t′，得到变迁可靠度R_T′为：

R_T′＝t′/(max(T_1u,T_2u,…,T_nu)-max(T_1l,T_2l,…,T_nl))，

另一方面，如果具有时序方面的可靠性，根据时序公式得到合并后的并行变迁T′的时序逻辑公式，根据系统实际运行情况，计算得到变迁可靠度。

步骤四：构建状态转移矩阵；

根据步骤三获得的各个组件可靠度和变迁可靠度，构建软件系统的状态转移矩阵，假设软件系统由n个可达状态构成{M₁,…,M_n}，其中M₁为初始可达状态，M_n为终止可达状态；对现有状态空间进行扩充，加入两个吸收状态S和吸收状态F，其中吸收状态S代表软件正确完成并结束的概率，该吸收状态S只能由最终可达状态M_n转移得到，吸收状态F为软件某一个可达状态发生失效，由任意可达状态获得，扩充可达状态空间，得到状态转移矩阵为M＝{S,F,M₁,…,M_n}；

步骤五：软件系统可靠度计算；

根据步骤四得到的状态转移矩阵M，采用下述公式计算软件系统可靠度R_s：

$R_s={(-1)}^{n+1}\frac{\left|E\right|}{\left|I-M\right|}\×R_n$

其中，I为单位矩阵，E为矩阵中删除第n行和第1列后的矩阵，R_n为第n个可达状态的可靠度；

步骤六：灵敏度计算；

假设组件可靠度为R_Si，而将第一步中建立petri网模型中其它所有组件可靠度和转移概率参数视为常数，这时软件系统可靠度函数就变为R_s＝f(R_i)，令组件可靠度R_i在闭区间[R_l,R_h]内变化，ΔR_i＝R_h-R_l，则软件系统可靠度R_s的变化值为ΔR_s＝f(R_h)-f(R_l)；组件可靠度的灵敏度定义为：ΔR_s/ΔR_i；

分析状态转移概率灵敏度时，假设状态i和状态j间转移概率为p_ij，而将petri网模型中其它所有组件可靠度和除p_ij之外的转移概率参数视为常数，这时软件系统可靠度函数就变为R_s＝f(p_ij)；令p_ij在闭区间[p_l,p_h]内变化，Δp_ij＝p_h-p_l；则软件系统可靠度R_s的变化值为f(p_h)-f(p_l)；功能组件转移概率的灵敏度定义为：ΔR_s/Δp_ij。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间扩展petri网的嵌入式软件可靠性评估方法，其特征在于：所述的变迁分为瞬时变迁和时间变迁；所述的petri网包括述选择结构、并行结构、归并结构、中断结构和冗余结构。