[发明专利]一种高速列车运行控制系统的可靠性增长测试方法

摘要

本发明涉及一种高速列车运行控制系统的可靠性增长测试方法，属于高速列车运行控制系统技术领域。本方法首先根据高速列车运行控制系统的体系结构建立用于系统可靠性瓶颈识别的随机自动机模型，然后基于该模型对高速列车运行控制系统进行可靠性瓶颈分析并计算高速列车运行控制系统的可靠度函数集，进一步地，基于可靠度函数集和高速列车运行控制系统可靠度增长测试过程模型，对被测高速列车运行控制系统进行可靠性增长测试。本发明所述方法解决了现有的可靠性瓶颈识别方法不能对高速列车运行控制系统功能可靠性有效识别的问题，基于本发明对被测高速列车运行控制系统进行可靠性增长测试能高效地提高系统可靠性。

主权项

1.一种高速列车运行控制系统的系统可靠性增长测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立一个高速列车运行控制系统的系统可靠性瓶颈识别的随机自动机模型：RSA＝(Q，∑′，P，Q_m，{R_i，m}∪R(s_i，s_k))，其中，Q是随机自动机模型的状态集合，Q＝S∪{F，C，q₀，q_T}，其中，S＝{s₁，s₂，…s_n}表示高速列车运行控制系统的n个子系统对应的状态集合，{F，C，q₀，q_T}是四个特殊状态，q₀是随机自动机模型的超级初始状态，作为随机自动机多个初始事件的统一头状态，q_T是随机自动机模型的超级结束状态，表示多个作为系统运行结束的子系统T＝{s₁^T，s₂^T，…s_u^T}的统一终止状态，吸收态F用来描述系统运行过程中出现失效之后的状态，吸收态C用来描述系统运行正确结束之后的状态，∑′是随机自动机的事件集合，∑′＝∑∪E，其中，∑＝F₁∪…∪F_i∪…∪F_n，其中F_i是与高速列车运行控制系统的子系统s_i的功能对应的事件集合，E代表高速列车运行控制系统运行过程中发生的故障事件，E＝E₁∪…∪E_i∪…∪E_n是系统故障事件的集合，E_i表示高速列车运行控制系统子系统s_i的故障事件集合，每个故障事件与子系统s_i中一个功能的错误执行相对应；P是随机自动机的状态转移δ：Q×∑′→Q发生的概率集；Q_m是随机自动机的标识状态集，它是状态集的一个子集，{R_i，m}∪R(s_i，s_k)是可靠度集合，其中R_i，m表示子系统s_i的第m个功能f_i，m的可靠度，R(s_i，s_k)表示子系统s_i和子系统s_k之间通信链路可靠度；(2)根据上述高速列车运行控制系统可靠性瓶颈识别的随机自动机模型，对高速列车运行控制系统进行可靠性瓶颈分析，得到可靠度函数集，具体过程包括以下步骤：(2-1)计算高速列车运行控制系统可靠性瓶颈识别的随机自动机模型从状态s_i转移到状态s_k的概率P(s_k|s_i)，由下式计算：P(sk|si)=Σfi,m∈FiRi,m×R(si,sk)×P(sk,fi,m|si)]]>其中f_i，m是子系统s_i的第m个功能，F_i是子系统s_i的功能集合，R_i，m是功能f_i，m的可靠度，R(s_i，s_k)是子系统s_i和s_k之间通信链路的可靠度，P(s_k，f_i，m|s_i)是功能f_i，m发生并引起随机自动机模型从状态s_i转移到状态s_k的概率；(2-2)根据上述随机自动机模型从状态s_i转移到状态s_k的概率P(s_k|s_i)，构造可靠性瓶颈识别的随机自动机模型的状态转移矩阵如下所示：其中：表示随机自动机模型的状态从s_i转移到s_k的概率P(s_k|s_i)，表示高速列车运行控制系统运行时在子系统s_i结束运行的概率，且表示子系统s_i执行其所具有功能时发生错误的概率之和，且(2-3)根据上述高速列车运行控制系统可靠性瓶颈识别的随机自动机模型的状态转移矩阵构造非吸收态组成的状态转移矩阵M，如下所示：(2-4)根据上述矩阵M，通过下式计算高速列车运行控制系统的可靠度函数为：R(Ri,m)=(-1)n+3H1i+H2iRi,mK1i+K2iRi,m]]>通过对上述可靠度函数求偏导得到高速列车运行控制系统的敏感度函数为：S(Ri,m)=∂R∂Ri,m=(-1)n+3K1iH2i-K2iH1i(K1i+K2iRi,m)2]]>其中：K1i=α(i+1)(i+1)+Σj=1,j≠ij=n(Σ(fi,l∈Fi)∩(fi,l≠fi,m)Ri,l×R(si,sj)×P(sj,fi,l|si))×α(i+1)(j+1)]]>K2i=Σj=1,j≠ij=nP(sj,fi,m|si)×R(si,sj)×α(i+1)(j+1)]]>H1i=β(i+1)i+Σj=1,j≠ij=n(Σ(fi,l∈Fi)∩(fi,l≠fi,m)Ri,l×R(si,sj)×P(sj,fi,l|si))×β(i+1)j]]>H2i=Σj=2,j≠inP(sj,fi,m|si)×R(si,sj)×β(i+1)j]]>参数H_1i，H_2i和H_1i，K_2i根据行列式|I-M|和|E|计算得到，其中|I-M|是矩阵(I-M)对应的行列式，|E|是矩阵(I-M)关于第(n+2)行和第1列的余子式；(3)根据被测试目标将测试序列集划分为测试序列子集，Ts＝(Ts₁，…，Ts_j，…，Ts_m)，Ts_j表示高速列车运行控制系统一个功能对应的测试序列子集；设定高速列车运行控制系统可靠性增长测试的总次数为λ和每次可靠性增长测试的测试时间为τ；使用t＝1，2，…表示测试序列选择时刻；从时刻t＝1到t＝λ循环地执行以下步骤：(3-1)在时刻l，根据高速列车运行控制系统功能的可靠性增长函数R_k，m(l+1)＝h(τ，R_k，m(l))，得到待测功能测试之后的可靠度集合{R_k，m(l+1)}，其中τ表示测试序列子集Ts_l的执行时间，R_k，m(l)表示Ts_l测试的目标功能f_k，m当前时刻可靠度，R_k，m(l+1)表示目标功能f_k，m测试之后的可靠度；(3-2)设高速列车运行控制系统的各功能分别为待测试功能，根据待测试功能在执行测试序列子集之后的可靠度值R_k，m(l+1)，得到高速列车运行控制系统在测试不同功能之后的系统可靠度值集{R(R_k，m(l+1))}；(3-3)求使高速列车运行控制系统可靠度增长最多max(R(R_k，m(l+1)-R(R_k，m(l))的测试序列子集对应的功能f_k，m，令f_k，m作为本次测试的待测试功能，该功能对应的测试序列子集作为本次测试要执行的测试序列子集；(3-4)执行上述功能f_k，m对应的测试序列子集，(3-5)重复步骤(3-1)-(3-4)，当完成可靠性增长测试总次数λ后，停止测试。