基于時間序列的軟件可靠性增長模型研究.pdf

1、隨著人類社會從工業(yè)化社會向信息化社會邁進，計算機系統(tǒng)的可靠性問題變得越來越重要。軟件作為計算機的靈魂，作為一種產(chǎn)品，其質(zhì)量及可靠性直接影響計算機系統(tǒng)的可靠性。由此產(chǎn)生了計算機軟件可靠性研究領(lǐng)域，并成為計算機科學(xué)的一個重要分支。軟件可靠性是指在一段特定的自然單元或時間間隔內(nèi)，軟件無失效運行的概率。人們利用軟件可靠性增長模型對軟件的可靠性特征做出定量的預(yù)計或評估。
　　本文對現(xiàn)有的軟件可靠性增長模型做了深入的研究與探討，發(fā)現(xiàn)這些模型均

2、是對軟件可靠性問題做出某些假設(shè)后而得出的，每一個模型都有自己的假設(shè)條件，這些假設(shè)是軟件可靠性模型建立的主要依據(jù)，模型的成功與否，與模型選取的假設(shè)有著很大的關(guān)系。在實際應(yīng)用中，有些假設(shè)難以滿足，從而限制了模型的應(yīng)用，甚至在某些情況下會得到與實際相反或不合理的模型參數(shù)。模型的參數(shù)估計大多通過極大似然法方法或最小二乘方法得到，計算比較繁瑣。另外，隨著測試數(shù)據(jù)的增多，已經(jīng)建立的模型就不再能很好的預(yù)測軟件可靠性。如何改變這一現(xiàn)狀，是對軟件可靠性模

3、型進行深入研究的重要課題。
　　本文首先介紹時間序列的一些基本概念，逐步研究時間序列的基本特征及應(yīng)用。從軟件可靠性實測數(shù)據(jù)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)軟件測試數(shù)據(jù)符合時間序列的基本特征，進而探討基于時間序列建立軟件可靠性增長模型的可行性。為了驗證軟件可靠性時間序列建模的合理性，選取一個著名的軟件可靠性增長模型--Goel-Okumoto模型，把它轉(zhuǎn)換成基于時間序列的軟件可靠性增長模型，并用實驗數(shù)據(jù)驗證了模型的有效性。
　　然后本文針對軟件可靠

4、性時間序列線性建模有關(guān)問題進行分析。分析之前首先介紹一些基本概念，然后說明用時間序列自回歸模型建立軟件可靠性增長模型以及參數(shù)估計采用指數(shù)加權(quán)最小二乘方法的理由。在這種方法里，模型的階的確定是一個很重要的問題，隨后討論了模型定階的方法，提出了基于時間序列的軟件可靠性模型的定階方式以及遺忘因子的選取方法。并用實測數(shù)據(jù)進行了驗證。
　　在前面研究的基礎(chǔ)上提出了兩類軟件可靠性時間序列線性模型，還建立了一種基于時間序列的軟件可靠性多層增長模

5、型。這種多層模型首先對失效數(shù)據(jù)進行平滑預(yù)處理，再進行建模，處理后的數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)失效數(shù)據(jù)的本質(zhì)。在對實測的軟件可靠性數(shù)據(jù)進行建模分析并進行預(yù)測后，對軟件可靠性的評估采用模糊評估，也就是將軟件可靠性劃分為若干個等級用模糊語言變量來描述，確定軟件可靠性對于各語言變量的隸屬度，指出所在的模糊等級。模糊評價使軟件可靠性評價更為合理。
　　為了更準確地對軟件進行評測，在原有研究的基礎(chǔ)上考慮利用Kalman濾波器去除因人員環(huán)境等因素引起的噪聲，

6、提出了一個基于Kalman濾波器的軟件可靠性增長模型。首先，把新建立的軟件可靠性時間序列模型轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間模型，然后應(yīng)用Kalman濾波器過濾噪聲，使濾波過程和參數(shù)估計過程交替進行，進一步提高了模型評測的準確性。數(shù)據(jù)試驗的結(jié)果表明，新提出的基于Kalman濾波器的軟件可靠性時間序列增長模型在一些失效數(shù)據(jù)集上的擬合效果很好。
　　最后針對軟件可靠性時間序列非線性建模展開研究。在基于實測數(shù)據(jù)進行時間序列建模時，發(fā)現(xiàn)非線性是普遍存在的，