安全关键软件可靠性验证测试研究

《安全关键软件可靠性验证测试研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空标准化与质量2013年第3期安全关键软件可靠性验证测试研究李海峰刘畅郑军（中航工业综合技术研究所，北京100028）[摘要]针对现有的安全关键软件可靠性验证方案与可靠性验证测试加速过程进行分析和总结，提炼出每一种方案和加速过程的内容与适用范围，从而帮助软件可靠性测试人员能有效地选择最为合适的可靠性验证测试方案与加速过程。从而提升软件可靠性验证测试的工程应用能力，确保安全关键软件的可靠性水平。[关键词]软件可靠性；验证测试方案；安全关键软件；综述；加速测试[中图分类号]TP311.5[文献标识码]C[

2、文章编号]1003–6660（2013）03–0044–06随着软件在航空航天系统中的广泛应用，软件要的验证测试用例数n是不满足式（1）的最小n的可靠性问题日益引起人们的关注。很多安全关键值。TRW法适用于任何数量的失效，包括零失效。类航空软件在研制初期，就明确提出了软件可靠性所需要的方案参数较少，简单实用。但其对于高可指标要求，如何有效地验证航空软件的可靠性水平靠软件的适用性较差。[19,20]是否满足指标要求，是目前型号软件质量工作中的1.1.2生命周期测试方案一项亟待解决的关键问题。若己知生产方风

3、险a，使用方风险b，可接受软件可靠性验证测试是用户在接收软件时，确的失效概率q0，拒绝的失效概率q1等参数。则所需定软件当前的可靠性水平是否满足规定的用户的要的最小测试用例数n和相应的允许失效数F应满足式求而进行的测试，其对于软件尤其是安全关键软件（2）和式（3）：的可靠性指标验证有着非常重要的意义。目前，国Fjn−jj∑Cn(1−θ1)θ1≤β(2)内外针对安全关键软件的可靠性验证测试技术的研j=0[1-26]究成果已有很多。为帮助国内航空软件开发人Fjn−jj员更好地理解与选择合适的安全关键软件可靠

4、性验1−∑Cn(1−θ0)θ0≤α(3)j=0证测试技术，本文对现有的适用于安全关键软件的对于所有可能的解（n，F），最优的测试方可靠性验证测试技术（验证测试方案和过程加速测法应该是测试用例数最小，且相应的失效数最少的试方法），进行较为全面的总结与归纳，并针对每2解。可使用泊松分布函数表，c分布函数表进行求种验证方案及加速方法的优缺点及适用范围进行详解。该方法可给出任何失效数，失效概率的置信区细地阐述与对比分析。间（q0和q1）。但其参数a难以确定且意义不大，并且当b值较小，失效数较多时，所需要的验证测

5、试1验证测试方案用例量可能会非常大。此外，该方法所需的方案参1.1固定期验证测试方案[18]数很多，计算较为复杂。1.1.1TRW方案[9]1.1.3无失效测试方案假设软件已经运行了n个测试用例，发现了F个该方法假设软件的失效概率为q，则连续n个用失效（F≥0），则软件失效概率q小于或等于失效例运行无失效的概率为：概率规定值q1的置信度为：nF1−c=(1−θ)(4)jn−jj1−∑Cn(1−θ1)θ1≥cF=0,1,2,(1)由式（4）可以得到，当规定的可靠性指标为j=0对于任意给定的n和c，q1是

6、失效概率q的置信q0时，置信度为1–c时，验证所需要的无失效测试用度为c的置信上界。而对于给定的c、q1和F，所需例数为式（5）：[收修订稿日期]2012-11-27Jun.201344环境与可靠性工作研究ln(1−c)（8）中就可得到失效概率的后验分布函数为式n=(5)ln(1−θ)（11）：该方法基于经典的统计假设理论，适用于无失a0+r−1b0+n−r−1p(1−p)f(p

7、r,n,a0,b0)=(11)效的情形。显然，该方法是TRW方案的特例。B(a0+r,b0+n−r)[21,22

8、]1.1.4无先验信息的贝叶斯验证方案与式(10)相似，为验证给定的可靠性指标假设软件失效概率q的概率密度函数的先验分（p0，c），所需用例数n为下式中n的最小整数：布为Beta分布，即：a0−1b0+n−1p0p0p(1−p)dpa−1b−1p(p≤≤p0)=∫0f(p

9、0,n,a0,b0)dp=∫0≥cf(θ)=θ(1−θ)(6)a0−1b0+n−1(B12()a0,b0+n)B(a,b)p0p0p(1−p)dpp(p≤p0)=∫0f(p

10、0,n,a0,b0)dp=∫0≥≥c当无先验知识时，a=b=

11、1，则式（6）变为式（7）B(a0,b0+n)[14,15]θ1−1(1−θ)1−1有研究表明，若能够获得准确的先验信f(θ)==1(7)B(1,1)息，则可在保证验证结果可信性的前提下，有效地减少测试用例量、缩短验证测试持续时间。在无先验知识时，贝叶斯假设认为软件失效1.2非固定期验证测试方案概率的概率密度函数的先验分布函数是均匀分布函[19]1.2.1概率比序贯测试方案（PRST）数，这是该方案的核心思想。PRST的方案参数包括开发方风