嵌入类软件可靠性化模型分析

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1、嵌入类软件可靠性化模型分析第1章绪论1.1课题的背景及意义在享受嵌入式软件所带来的便利和推进信息技术与信息社会高速发展的喜悦的同时，还必须充分认识到其可靠性问题的严重性。硬件的设计、实现和测试技术得到快速发展，硬件中包含的设计和制造缺陷大幅度减少，相比之下，软件行业还相对年轻，其理论和工程应用都处于发展阶段。因此，计算机系统中软件失效的次数比较多，而且其失效后果比硬件失效造成的后果更严重。如表1.1所示，由于软件错误只有很小的恢复几率（0.1），所以软件错误只含所有错误的小部分（0.3%），但它们导致了很大的失效率（25%）[1]。这对于软件失效估计是

2、保守的，因为还有很多未知的失效（30%）。所以，在被度量的系统中，软件造成的失效是很严重的，软件的可靠性关系到计算机系统甚至更大系统的可靠性。人们不得不开始重视软件的可靠性。早在1976年，G.J.Myers就认识到今天，数据处理事务中最重要的问题就是软件，因为软件不仅昂贵而且不可靠[2]。时至今日，这句话仍然是有效的，不可靠的软件引发的系统失效带来的后果是灾难性的，酿成重大损失的事例不胜枚举。前车已覆，后车之鉴，软件可靠性的研究刻不容缓。2002年，CeBASE在研讨会后得到软件缺陷修复成本结论：在软件发布后，缺陷修复的成本成指数增加，严重问题的修复

3、成本是在软件开发阶段的100倍。如何准确的预测软件系统的可靠性，以减少软件发布后的缺陷，从而避免因修复缺陷造成的损失？软件可靠性模型就是提供这样信息的工具。软件可靠性建模旨在根据软件可靠性数据或关于软件可靠性的信息以统计等方法给出软件可靠性的估计值或预测值，实现对软件可靠性的评估、管理和预测，是软件可靠性工程的基础，至今依然是研究最活跃、成果最丰富、最活跃的领域之一[3]。如果能够在软件企业实行软件质量管理制度的同时，广泛应用软件可靠性模型，这将会使软件企业能够生产出真正高质量的软件产品。因此软件可靠性建模技术是一项既具有理论研究价值，又具有实际应用前

4、景的技术。那么，如何根据嵌入式软件的特点建立其可靠性模型是目前软件可靠性模型研究者关注的焦点之一。如今，美国的GPS，欧洲的伽利略卫星，2011年12月2日发射的第十颗北斗卫星等都说明导航技术对国防安全、政治经济的重要性。导航软件系统如电子海图软件系统、综导显示系统等越来越广泛的应用到航天、航海等领域，已经成为不可或缺的一部分。其可靠性对运载器如舰船、飞行器、卫星的安全和正确工作至关重要。嵌入式软件是组成这些关键软件系统的一个重要的部分。如何利用所建立的嵌入式软件可靠性模型预测导航软件系统的可靠性？本课题在以上背景和意义下提出，旨在根据嵌入式软件的特点

5、，建立嵌入式软件可靠性模型，达到对嵌入式软件的可靠性进行管理、评估和预测的目的。1.2课题的研究现状1.2.1软件可靠性模型二十世纪七十年代是软件可靠性建模萌芽的阶段，在这一阶段涌现出数十个经典的软件可靠性模型，大量相关工作报告分散于数以千计的文献中，对以后的软件可靠性模型的发展起到深远的影响。关于软件可靠性建模的第一篇文献是在1967年由Hudson发表的，他以随机生灭过程描述软件缺陷的引入和剔除过程。在1972年，Z.Jelinski和P.Moranda提出J-M模型，将硬件可靠性的一些概念引入到软件可靠性领域[4]。同年，Halstead发表了用

6、于软件生命早期阶段的的Halstead模型，尝试用软件复杂度来确定软件失效数[5]。此模型的重要性随着软件可靠性设计地位的提高而提高。1973年，LittleritGoel和KazuOkumoto认为软件失效数服从非齐次泊松过程，提出了J-M模型的改进模型，即G-O模型[9]。1983年，由Yamada等人提出一个均值函数为S-shaped的非齐次泊松过程的软件可靠性模型[10]。1989年，Y.Tohma认为软件的剩余错误数是服从以超几何分布的[11]。Tsu-FengHo等人认为每个模块的可靠性都影响整个软件系统的可靠性，即应计算模块的可靠性来估算

7、整个软件系统的可靠性。国内的相关研究起步比较晚，但也取得了不可小视的成果。黄锡滋、徐仁佐等在软件可靠性建模研究方面做了很多贡献[12-13]。特别是徐仁佐的软件可靠性专家系统（SRES），为软件可靠性技术、模型的选择与比较推广做出很大贡献[14]。蔡开元提出基于模糊理论的软件可靠性模型[15]，尝试用模糊的方法描述软件的可靠性行为。刘宏伟等在测试人员的学习过程和故障检测率的变化相结合基础上，认为故障检测率函数是响铃型的[16]，而且，软件可靠性增长模型应考虑排错的多种延迟[17]。邹丰忠提出双随机过程建模思想，并建立软件可靠性混沌模型[18]。赵会群，

8、毛晓光等人做了很多关于组件软件可靠性模型的研究[19-20]。张永强等应用未确知理论研究到软件