一种基于构件重要度的软件可靠性评估方法

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2022.06.013

摘要/Abstract

摘要：

基于构件开发的软件可靠性取决于构件可靠性，但构件可靠性受测试覆盖性、使用频次等影响较大，因此新研构件的可靠性评价往往较低。当成熟软件引入新研构件时，无论该构件承担的功能重要性高低，软件的可靠性评估值都会出现较大变动。针对此问题，建立一种基于功能场景的马尔可夫链软件模型，利用层次分析法评估得到模型中各构件的重要度，以此为基础建立基于构件重要度的软件可靠性评估模型。计算结果表明，该模型可以更准确地反映基于构件开发的软件可靠性水平。

关键词: 软件, 构件重要度, 可靠性评估, 马尔可夫链, 层次分析法

Abstract:

The software reliability of component-based development depends on component reliability，but component reliability is affected by test coverage and usage frequency.Therefore，the reliability evaluation of new components is often low.When a newly developed component is introduced into mature software，no matter the importance of component，the software reliability evaluation value will change greatly.To solve this problem，taking a software as the research object， a Markov chain software model based on functional scenario is established. the importance of each component in the model is evaluated by analytic hierarchy process.On this basis，a software reliability evaluation model based on component importance is established.The simulation results show that the model can more accurately reflect the software reliability level of component-based development.

Key words: software, component importance, reliability evaluation, Markov chain, analytic hierarchy process （AHP）

中图分类号:

N945.1

李迎博, 谭黎立, 王凯旋, 梁卓, 潘彦鹏. 一种基于构件重要度的软件可靠性评估方法[J]. 现代防御技术, 2022, 50(6): 103-109.

Ying-bo LI, Li-li TAN, Kai-xuan WANG, Zhuo LIANG, Yan-peng PAN. Software Reliability Evaluation Method Based on Component Importance[J]. Modern Defense Technology, 2022, 50(6): 103-109.

图/表 14

表1 软件主要功能

Table 1 Main functions of the software

序号	软件功能	软件名称
1	生成外部软件所需的本地数据文件	数据管理软件
2	调用外部软件	数据管理软件

表2 软件功能场景元素表

Table 2 Software function scenario elements

序号	场景名称	执行概率/%	前置条件	后置条件
1	版本查询	5	版本查询	结果信息显示
2	数据录入与文件生成	20	数据正确性判断	本地文件生成
3	数据读取与文件生成	15	数据读取、数据正确性判断	本地文件生成
4	外部数据拷贝与文件生成	10	数据读取	本地文件生成
5	外部软件调用	20	软件调用	结果信息显示
6	线下数据比对	30	数据读取、数据比对	结果信息显示

表3 软件构件组成

Table 3 Software component composition

序号	构件名称
1	版本查询
2	结果信息显示
3	数据正确性判断
4	本地文件生成
5	数据读取
6	软件调用
7	数据比对

图1 马尔可夫链软件模型

Fig. 1 Markov chain software model

表4 软件主要功能（拓展后）

Table 4 Main functions of the software（after expansion）

序号	软件功能	软件名称
1	生成外部软件所需的本地数据文件	数据管理软件
2	调用外部软件	数据管理软件

表5 软件功能场景元素表（拓展后）

Table 5 Software function scenario element （after expansion）

序号	场景名称	执行概率/%	前置条件	后置条件
1	版本查询	5	版本查询	结果信息显示
2	数据录入与文件生成	20	数据正确性判断	本地文件生成
3	数据读取与文件生成	15	数据读取、数据正确性判断	本地文件生成
4	外部数据拷贝与文件生成	10	数据读取	本地文件生成
5	外部软件调用	20	软件调用	结果信息显示
6	线下数据比对	10	数据读取、数据比对	结果信息显示
7	线上数据比对	20	数据收发、数据比对	结果信息显示

表6 软件构件组成（拓展后）

Table 6 Software component composition（after expansion）

序号	构件名称
1	版本查询
2	结果信息显示
3	数据正确性判断
4	本地文件生成
5	数据读取
6	软件调用
7	数据比对
8	数据收发

图2 马尔可夫链软件模型（拓展后）

Fig. 2 Markov chain software model（after expansion）

图3 扩展前软件构件组成

Fig. 3 Composition of software components before expansion

图4 扩展后软件构件组成

Fig. 4 Composition of software components after expansion

表7 构件可靠性取值标准

Table 7 Component reliable value standard

表达式	取值标准	说明
$K K$	进行了开发方测试取1，未进行开发方测试取0	开发方测试系数
$K S$	进行了第三方测试取1，未进行第三方测试取0	第三方测试系数
$K Y$	进行了验收确认取1，未进行验收确认取0	验收确认系数
$K X$	进行了系统级测试（且考核到所有功能、性能等实现情况）取1，否则取0	系统测试考核系数
$C F$	进行了一次飞行试验测试考核取1.0，后续每进行一次增加0.1，最大为2.0	飞行试验测试考核情况
$C Y$	每使用一次增加0.1，最高为0.9	进入构件库后，被软件使用情况

表7 构件可靠性取值标准

Table 7 Component reliable value standard

表达式	取值标准	说明
$K K$	进行了开发方测试取1，未进行开发方测试取0	开发方测试系数
$K S$	进行了第三方测试取1，未进行第三方测试取0	第三方测试系数
$K Y$	进行了验收确认取1，未进行验收确认取0	验收确认系数
$K X$	进行了系统级测试（且考核到所有功能、性能等实现情况）取1，否则取0	系统测试考核系数
$C F$	进行了一次飞行试验测试考核取1.0，后续每进行一次增加0.1，最大为2.0	飞行试验测试考核情况
$C Y$	每使用一次增加0.1，最高为0.9	进入构件库后，被软件使用情况

表8 构件可靠性

Table 8 Component reliability

序号	构件名称	可靠性/%
1	版本查询	99.5
2	软件调用	99.8
3	数据读取	99.5
4	数据收发	98.0
5	数据比对	99.6
6	数据正确性判断	99.8
7	本地文件生成	99.9
8	结果信息显示	99.7

表9 同等构件重要度条件下软件可靠性 (%)

Table 9 Software reliability under the condition of equal component importance

功能场景拓展前软件可靠性	功能场景拓展后软件可靠性	计算条件
99.698	99.575	所有构件重要度设为相同值

表10 不同构件重要度条件下软件可靠性 (%)

Table 10 Software reliability under the condition of different component importance

功能场景拓展前软件可靠性	功能场景拓展后软件可靠性	计算条件
99.744	99.688	所有构件重要度设为计算值

参考文献 15

1	张娟.基于架构的软件可靠性计算［D］.杭州：浙江理工大学，2016.
	ZHANG Juan.Architecture-Based Software Reliability Computing［D］.Hangzhou：Zhejiang Sci-Tech University，2016.
2	陈悦.基于构件分析的软件可靠性评估与分配模型及应用［D］.南京：南京航空航天大学，2020.
	CHEN Yue.Research and Application of Component-Based Software Reliability Assessment and Allocation Model［D］.Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2020.
3	刘洋，于磊，徐炜珊，等. 基于层次结构markov链的软件可靠性建模方法［J］.信息工程大学学报，2015，16（4）：477-482.
	LIU Yang， YU Lei， XU Wei-shan，et al.Software Reliability Modeling Based on Hierarchical Structure of Markov Chain［J］. Journal of Information Engineering University， 2015，16（4）：477-482.
4	吴家伟.面向复杂软件系统的可靠性评估方法［D］.合肥：合肥工业大学，2018.
	WU Jia-wei.Research of the Assessment Approach for Complex Software Reliability［D］.Hefei：Hefei University of Technology，2018.
5	吴彩华，马建朝，魏海涛，等. 基于Markov链的软件可靠性早期评估研究［J］.空军预警学院学报，2014，28（3）：199-202.
	WU Cai-hua， MA Jian-chao， WEI Hai-tao，et al.Research on Early Evaluation of Software Reliability Based on Markov Chain［J］. Journal of Air Force Early Warning Academy， 2014，28（3）：199-202.
6	唐佩佳，谢永杰，吴安波，等.基于马尔可夫链的构件软件可靠性评估模型［J］.计算机应用，2016，32（S2）：262-265.
	TANG Pei-jia， XIE Yong-jie， WU An-bo， et al.Reliabi- lity Evaluation Model Based on Markov Chain for Component-Based Software［J］. Journal of Computer Applications， 2016，32（S2）：262-265.
7	刘志祥，刘杰，李丹，等.一种基于马尔可夫模型的软件可靠性评估方法［J］.软件可靠性与评测技术，2020，30（4）：38-42.
	LIU Zhi-xiang， LIU Jie， LI Dan， et al. Software Reliabi- lity Evaluation Based on Markov Model［J］. Electronic Product Reliability and Environmental Testing， 2012，30（4）：38-42.
8	幺强.基于类分析与状态马尔科夫过程的Web构件软件可靠性建模［D］.广州：华南理工大学，2013.
	YAO Qiang.Software Reliability Model of Web Component System Based on Class Analysis and State Markov Procedure［D］.Guangzhou：South China University of Technology，2013.
9	时圣革，常文兵.马尔可夫链的模块化软件可靠性研究［J］.火力指挥控制，2009，34（1）：153-156，159.
	SHI Sheng-ge， CHANG Wen-bing. Study on Reliability of Modularized Software based on Markov Chain［J］. Fire Control & Command Control， 2009，34（1）：153-156，159.
10	吴亮，方建勇.基于优化Markov链使用模型的可靠性测试技术［J］.指挥控制与仿真，2015， 37（5）：124-127，138.
	WU Liang， FANG Jian-yong. Software Reliability Testing Method Based on Optimizated Markov Chain Usage Model［J］. Command Control & Simulation， 2015， 37（5）：124-127，138.
11	杨东. 基于层次分析法在软件项目质量影响因素分析中的应用［J］.项目管理技术，2021 （6）：155-158.
	YANG Dong.The Application of Analytic Hierarchy Process in the Analysis of Influencing Factors of Software Project Quality［J］. Project Management Techno- logy， 2021 （6）：155-158.
12	蒲文栋，阳红，王琰. 基于层次分析法的软件缺陷评估方法设计［J］.电声技术，2021， 45 （4）：74-77.
	PU Wen-dong， YANG Hong， WANG Yan.Design of Software Defect Evaluation Method Based on Analytic Hierarchy Process［J］. Audio Engineering， 2021， 45（4）：74-77.
13	李波，黄新静.MATLAB软件算法在层次分析法中的应用［J］.计算机应用，2018， 37（12）：35-38，54.
	LI Bo， HUANG Xin-jing. Application of MATLAB Software Algorithm in Analytic Hierarchy Process［J］. Techniques of Automation and Applications，2018， 37（12）：35-38，54.
14	胡晓冉，左家平，王坤.基于层次分析法的软件质量量化研究［J］.计算机应用与软件，2013（11）：138-141.
	HU Xiao-ran， ZUO Jia-ping， WANG Kun. Study on AHP-Based Quantification of Software Quality［J］. Computer Applications and Software， 2013（11）：138-141.
15	王志，刘艳辉，杨欢.层次分析法在软件度量中的应用［J］.计算机工程与设计，2017， 38（1）：144-148.
	WANG Zhi， LIU Yan-hui， YANG Huan. Application of AHP in Software Process Measurement［J］. Computer Engineering and Design， 2017， 38（1）：144-148.

[1]	李喆, 童逸琦, 夏文博, 应宇欣. 一种多源集中式空中目标类型综合识别方法[J]. 现代防御技术, 2023, 51(4): 53-62.
[2]	杨振, 马鹏飞, 赵伟忠. 基于构件的点火控制软件设计[J]. 现代防御技术, 2023, 51(4): 97-103.
[3]	于勇政, 邵学辉, 高仕博, 蒲治伟, 薛冰. 多平台协同跟踪最优构型设计[J]. 现代防御技术, 2023, 51(3): 107-119.
[4]	杨鑫, 许卫东, 刘朝畅, 贾其, 郝有斌. 基于AHP和集对分析的自适应伪装系统综合评级[J]. 现代防御技术, 2023, 51(2): 109-118.
[5]	翟芸, 胡冰, 施端阳. 基于改进AHP-熵权法的雷达装备可靠性评估指标赋权方法[J]. 现代防御技术, 2022, 50(4): 148-155.
[6]	李威, 卢盈齐. 基于聚类组合赋权的空袭目标威胁评估方法[J]. 现代防御技术, 2022, 50(3): 17-24.
[7]	张馨予, 胡冰, 张逸楠, 边志芸. 基于改进Grey-AHP的雷达装备维修性评估方法[J]. 现代防御技术, 2021, 49(5): 78-87.
[8]	姚恺, 黄少罗, 王晋生, 刘月河. 基于优化AHP的远火模拟训练成绩自主评定方法[J]. 现代防御技术, 2021, 49(4): 99-106.
[9]	李海君, 徐廷学. 基于组合赋权-改进灰色关联的导弹状态评估决策[J]. 现代防御技术, 2021, 49(4): 91-98.
[10]	杨剑波, 宗思光. 基于模糊-ADC的反舰导弹武器系统效能评估方法研究[J]. 现代防御技术, 2021, 49(3): 55-62.
[11]	周春明, 甘祖旺, 何云昆, 赵敏. 基于作战使用样式的实航工作可靠度评估方法[J]. 现代防御技术, 2020, 48(6): 103-107.
[12]	赵淑君. 一种弹上软件开发生命周期模型[J]. 现代防御技术, 2020, 48(6): 48-52.
[13]	汪浩. 基于OODA的舰艇编队防空体系作战效能评估研究[J]. 现代防御技术, 2020, 48(6): 19-25.
[14]	高雅娟, 马涛, 武红姣. 试飞阶段军用飞机任务可靠性增长建模及评估[J]. 现代防御技术, 2020, 48(5): 92-96.
[15]	安然, 罗小成, 冯剑锋, 李惠媛, 张国栋. 基于1553B的卫星通用测试平台的设计与实现[J]. 现代防御技术, 2020, 48(2): 81-88.