[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

说明书

技术领域

本发明属于软件可靠性技术领域。涉及一种嵌入式软件可靠性评估方法，具体涉及一种基于时间扩展petri网的嵌入式软件可靠性评估方法。

背景技术

随着社会的不断进步和计算机科学技术的飞速发展，计算机目前已经广泛地应用于航空、航天、工业控制、交通、金融等各项领域。这些领域的系统越来越多地受到计算机的控制，而其控制软件的结构也越来越复杂，软件失效带来的危害也日趋严重。而软件可靠性是软件质量的一项重要指标，提高软件的可靠性已成为软件产业发展和应用的迫切要求。

传统的软件可靠性评估模型主要应用于软件测试、验证或运行阶段，将软件看作一个整体，仅仅考虑软件的输入和输出，而不考虑软件内部的结构，即黑盒测试方法。黑盒测试通过用户的操作剖面随机生成测试用例并执行，获得软件的失效信息，并对其进行数学建模，在检测出错误后立即修复，从而得到用于评估的可靠性增长模型。目前基于黑盒的软件可靠性评估技术已经比较成熟。但由于这些模型大都是基于失效数据的，需要在软件测试阶段进行，无法对软件设计阶段的错误进行预防；同时必须通过长时间基于运行剖面的测试才可以得到足够多有意义的失效数据，势必会浪费大量的人力物力。

基于体系结构的开发是现代软件开发的重要途径，也是软件工程的要求。软件的体系结构与软件本身的质量和性能息息相关。实践表明，越早的发现软件中存在的错误，所花费的开销就会越小。软件的可靠性与组成软件的构件的可靠性和构件结构相关，因此利用软件体系结构对软件的可靠性进行分析和评估是一种很有价值的方法。

发明内容

本发明的目的是对现有体系结构的可靠性评估模型的不足进行分析并扩展，在发挥petri网具有良好的扩展性并且对异步和并行具有良好的描述性的基础上，对变迁考虑时间特性，引入可靠度参数，建立了基于时间扩展petri网的嵌入式软件可靠性评估方法。

本发明将变迁划分为时间变迁和瞬时变迁，对于时间变迁，引入时间相关的可靠度，包括延时可靠度和时序可靠度。延时可靠度主要描述软件系统反应延时高于软件系统要求而发生失效的概率。时序可靠度描述软件系统由于运行顺序错误发生失效的概率，由此给出基于时间扩展petri网的软件体系结构建模方法。

本发明的一种基于时间扩展petri网的嵌入式软件可靠性评估方法，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；

通过阅读软件相关文档和代码，熟悉整个工作流程，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，通过令牌的转移可以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))，