[发明专利]基于概率模型检验的设计模式可靠性分析方法

说明书

本发明提供了一种基于概率模型检验的设计模式可靠性分析方法，包括：确定系统外部冲击的等级数量和冲击等级对系统影响判断条件；建立系统混合极端运行冲击模型；对混合极端运行冲击模型进行形式化描述，建立冲击层连续时间马尔科夫模型；对不同设计模式抽象进行形式化描述，建立设计模式层连续时间马尔科夫模型；建立冲击层和设计模式层的系统状态和状态转移速率对应关系，构建整体连续时间马尔科夫模型；定义系统的连续随机逻辑属性规约公式；将整体连续马尔科夫模型和连续随机逻辑属性规约输入PRISM，对设计模式进行可靠性验证。本发明可对考虑冲击作用的不同设计模式进行可靠性量化分析和评价，辅助研究人员进行设计模式层面改进及最终决策。

技术领域

本发明涉及软件可靠性验证技术领域，具体涉及一种基于概率模型检验的设计模式可靠性分析方法。

背景技术

为保证系统可靠性，许多设计模式被提出，如重新配置、三模冗余和纠错编码技术以及他们之间的组合。虽然设计模式类型多样，但其目的都在于通过某种设计提升系统的可靠性，如三模冗余的主要思想是通过三个相同的逻辑模块执行完全相同的任务，并使用表决器在它们之间进行仲裁，当其中一个设计模块发生故障时，只要其他模块继续运行，系统就能正常工作，这样就避免了单点故障对系统产生严重影响。由于设计模式比较抽象，因此难以进行准确的建模描述。特别是，当系统受到外部冲击时，比如，基于SRAM的FPGA系统在执行太空任务时会受到单粒子效应的影响，设计模式的作用规律将变得更加复杂。因此，对考虑外部冲击作用的设计模式进行可靠性分析和评价是该领域的一个难点，这涉及到两个问题，一是如何对设计模式和外部冲击进行建模，二是对模型进行求解。

在众多的理论分析中，马尔科夫分析方法由于其灵活性和多样性被广泛地使用，可以实现对复杂模型的抽象建模。但是由于设计模式比较抽象，难以进行准确的建模描述，如果没有足够的工具支持，传统的马尔可夫解析方法将变得困难，特别是分析复杂的系统属性时。而且，不同的设计模式在不同的对象、参数设置和约束条件下，对系统可靠性的影响是不同的，特别是，当系统处于变化的外部冲击环境中，设计模式的作用规律将变得更加复杂。从工程的角度来看，单纯的传统马尔科夫分析方法很难推广。

因此，如何提供一种针对冲击作用下的故障模式，基于概率模型检验的设计模式进行量化选择的可靠性分析方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于概率模型检验的设计模式可靠性分析方法，采用马尔科夫理论和混合极端运行冲击模型对设计模式和冲击过程进行抽象和建模，描述在冲击作用下的设计模式。然后基于概率模型检验技术对建立的模型进行自动化验证，基于不同的可靠性指标对设计模式进行量化分析，探索不同设计模式、不同的设计参数、在不同的条件和约束下，对系统可靠性的量化影响，为研究人员提供设计模式层面的量化选择和建议。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于概率模型检验的设计模式可靠性分析方法，包括如下步骤：

步骤一，确定系统外部冲击的等级数量和冲击等级对系统影响判断条件；

步骤二，基于冲击等级对系统影响判断条件建立系统混合极端运行冲击模型；

步骤三，对混合极端运行冲击模型进行形式化描述，建立冲击层连续时间马尔科夫模型；

步骤四，对不同设计模式抽象进行形式化描述，建立设计模式层连续时间马尔科夫模型；

步骤五，基于步骤三和步骤四建立冲击层和设计模式层的系统状态和状态转移速率对应关系，进而构建整体的连续时间马尔科夫模型；

步骤六，定义系统的连续随机逻辑属性规约公式；

步骤七，将步骤五建立的整体的连续马尔科夫模型和步骤六建立的连续随机逻辑属性规约输入至概率模型检测器PRISM，对设计模式进行可靠性验证。