網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性技術(shù)研究.pdf

1、作為一種新的軟件應(yīng)用模式，網(wǎng)構(gòu)軟件構(gòu)建和運行在開放、動態(tài)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，將是軟件系統(tǒng)未來的一種重要發(fā)展方向，其可靠性研究受到了越來越多的重視。本文針對網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性，主要研究網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性模型理論和可靠性計算方法。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要是基于進(jìn)程代數(shù)網(wǎng)構(gòu)軟件演算、基于馬爾可夫鏈的可靠性分析和可靠性分配計算。本文研究主要分為六部分。
　　第一，研究并系統(tǒng)地總結(jié)了網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性主要技術(shù)難題以及解決方案。分析并論述了網(wǎng)構(gòu)軟件的應(yīng)用背景、應(yīng)

2、用特點與網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性的概念以及研究現(xiàn)狀；對比分析了現(xiàn)有軟件與網(wǎng)構(gòu)軟件，系統(tǒng)地研究了網(wǎng)構(gòu)軟件在可靠性方面的主要技術(shù)難點與解決方法。大量研究表明，網(wǎng)構(gòu)軟件作為一種新的軟件模式，雖然在系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用上已取得了明顯的進(jìn)展，但是在可靠性方面仍然存在一些技術(shù)難題，妨礙了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，例如：可靠性模型建立、可靠性計算、轉(zhuǎn)移概率計算、可靠性演化、可靠性分配計算等。本研究內(nèi)容為網(wǎng)構(gòu)軟件后續(xù)研究提供了理論依據(jù)，起到了重要參考作用。
　　第二，提

3、出了一種基于進(jìn)程代數(shù)的網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性形式化方法。建立了體現(xiàn)網(wǎng)構(gòu)軟件運行特點的模型，提出了基于進(jìn)程代數(shù)的表示與演算方法，由此來實現(xiàn)可靠性的演算。從代數(shù)的角度，實現(xiàn)了網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性表示和計算。首先，給出了網(wǎng)構(gòu)軟件以及可靠性的形式化定義，其體現(xiàn)了網(wǎng)構(gòu)軟件的動態(tài)性、適應(yīng)性，作為分析的基礎(chǔ)；其次，提出了網(wǎng)構(gòu)軟件的構(gòu)件可靠性組合運算，構(gòu)建了網(wǎng)構(gòu)軟件的代數(shù)系統(tǒng)；最后，提出了構(gòu)件可靠性的組合演算方法，解決了網(wǎng)構(gòu)軟件動態(tài)性、適應(yīng)性的可靠性演算問題。實驗顯

4、示，所提算法符合網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性規(guī)律。
　　第三，提出了一種網(wǎng)構(gòu)軟件構(gòu)件和系統(tǒng)可靠性的計算方法。以前面的研究內(nèi)容為基礎(chǔ)，針對網(wǎng)構(gòu)軟件的運行狀態(tài)及特點，基于馬爾可夫鏈和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論，提出了網(wǎng)構(gòu)軟件的可靠性模型以及計算方法，實現(xiàn)了網(wǎng)構(gòu)軟件構(gòu)件和系統(tǒng)可靠性的計算。首先，在體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上構(gòu)建馬爾可夫鏈和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，建立了可靠性計算模型；其次，提出了轉(zhuǎn)移概率計算方法，作為可靠性計算的基礎(chǔ)；考慮網(wǎng)絡(luò)訪問特點和網(wǎng)絡(luò)性能，根據(jù)泊松分布，提出了網(wǎng)構(gòu)

5、軟件構(gòu)件之間連接可靠性的計算方法，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下連接可靠性計算；最后，根據(jù)隨機(jī)和概率理論，利用轉(zhuǎn)移占用率來估計轉(zhuǎn)移概率，基于梯度法提出了轉(zhuǎn)移概率矩陣的計算方法。實驗顯示，所提算法能有效計算網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性。
　　第四，提出了一種網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性演化的計算方法。網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性演化是網(wǎng)構(gòu)軟件演化的重要特性，根據(jù)卷積理論和演化特性，給出了網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性演化定義，提出了可靠性演化方法和計算方法，從計算復(fù)雜性方面保障了效率，同時，通過引入可靠

6、性矢量，解決了傳統(tǒng)模型中構(gòu)件可靠性同時變化情況下系統(tǒng)可靠性的演化計算問題。實驗表明，提出的可靠性演化模型和計算方法能有效地進(jìn)行可靠性演化分析和性能評估。
　　第五，提出了一種基于梯級懲罰的混合動態(tài)優(yōu)化算法，實現(xiàn)網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性分配。分析和研究了基于DTMC(Discrete Time Markov Chain)的可靠性分配方法，基于DTMC研究了可靠性計算函數(shù)生成，提出了可靠性函數(shù)生成方法，緩解了因為目前路徑爆炸阻礙可靠性計算的問題

7、。根據(jù)網(wǎng)構(gòu)軟件特點，設(shè)計了可靠性成本函數(shù)，為可靠性分配提供了理論依據(jù)。最后，設(shè)計了基于梯級懲罰的GA-PSO混合動態(tài)優(yōu)化算法，實現(xiàn)了可靠性有效分配。實驗表明，所提出的可靠性分配計算方法分配效果好，可以滿足可靠性分配要求，并能很好地控制軟件成本。
　　本文還根據(jù)現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，對網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了展望。首先是網(wǎng)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移概率自動化提取的新方法，促進(jìn)改善可靠性計算及時性，有效支持網(wǎng)構(gòu)軟件可靠性分析。其次，考慮網(wǎng)絡(luò)