网构软件可靠性技术研究

发布时间：2017-06-29 11:15

  本文关键词：网构软件可靠性技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为一种新的软件应用模式,网构软件构建和运行在开放、动态的计算机网络上,将是软件系统未来的一种重要发展方向,其可靠性研究受到了越来越多的重视。本文针对网构软件可靠性,主要研究网构软件可靠性模型理论和可靠性计算方法。所涉及的关键技术主要是基于进程代数网构软件演算、基于马尔可夫链的可靠性分析和可靠性分配计算。本文研究主要分为六部分。第一,研究并系统地总结了网构软件可靠性主要技术难题以及解决方案。分析并论述了网构软件的应用背景、应用特点与网构软件可靠性的概念以及研究现状;对比分析了现有软件与网构软件,系统地研究了网构软件在可靠性方面的主要技术难点与解决方法。大量研究表明,网构软件作为一种新的软件模式,虽然在系统架构和应用上已取得了明显的进展,但是在可靠性方面仍然存在一些技术难题,妨碍了该技术的广泛应用,例如:可靠性模型建立、可靠性计算、转移概率计算、可靠性演化、可靠性分配计算等。本研究内容为网构软件后续研究提供了理论依据,起到了重要参考作用。第二,提出了一种基于进程代数的网构软件可靠性形式化方法。建立了体现网构软件运行特点的模型,提出了基于进程代数的表示与演算方法,由此来实现可靠性的演算。从代数的角度,实现了网构软件可靠性表示和计算。首先,给出了网构软件以及可靠性的形式化定义,其体现了网构软件的动态性、适应性,作为分析的基础;其次,提出了网构软件的构件可靠性组合运算,构建了网构软件的代数系统;最后,提出了构件可靠性的组合演算方法,解决了网构软件动态性、适应性的可靠性演算问题。实验显示,所提算法符合网构软件可靠性规律。第三,提出了一种网构软件构件和系统可靠性的计算方法。以前面的研究内容为基础,针对网构软件的运行状态及特点,基于马尔可夫链和贝叶斯网络理论,提出了网构软件的可靠性模型以及计算方法,实现了网构软件构件和系统可靠性的计算。首先,在体系结构基础上构建马尔可夫链和贝叶斯网络,建立了可靠性计算模型;其次,提出了转移概率计算方法,作为可靠性计算的基础;考虑网络访问特点和网络性能,根据泊松分布,提出了网构软件构件之间连接可靠性的计算方法,实现了网络环境下连接可靠性计算;最后,根据随机和概率理论,利用转移占用率来估计转移概率,基于梯度法提出了转移概率矩阵的计算方法。实验显示,所提算法能有效计算网构软件可靠性。第四,提出了一种网构软件可靠性演化的计算方法。网构软件可靠性演化是网构软件演化的重要特性,根据卷积理论和演化特性,给出了网构软件可靠性演化定义,提出了可靠性演化方法和计算方法,从计算复杂性方面保障了效率,同时,通过引入可靠性矢量,解决了传统模型中构件可靠性同时变化情况下系统可靠性的演化计算问题。实验表明,提出的可靠性演化模型和计算方法能有效地进行可靠性演化分析和性能评估。第五,提出了一种基于梯级惩罚的混合动态优化算法,实现网构软件可靠性分配。分析和研究了基于DTMC(Discrete Time Markov Chain)的可靠性分配方法,基于DTMC研究了可靠性计算函数生成,提出了可靠性函数生成方法,缓解了因为目前路径爆炸阻碍可靠性计算的问题。根据网构软件特点,设计了可靠性成本函数,为可靠性分配提供了理论依据。最后,设计了基于梯级惩罚的GA-PSO混合动态优化算法,实现了可靠性有效分配。实验表明,所提出的可靠性分配计算方法分配效果好,可以满足可靠性分配要求,并能很好地控制软件成本。本文还根据现有的研究基础,对网构软件可靠性的发展状况进行了展望。首先是网构软件体系结构和转移概率自动化提取的新方法,促进改善可靠性计算及时性,有效支持网构软件可靠性分析。其次,考虑网络影响因素,设计更有效的可靠性计算方法,使之具有更高的求解速度和提供更多的可靠性评价指标。最后是可靠性计算的专用化设计与并行计算,使其能够针对不同类型的应用场景进行不同的优化,结合网络新技术和利用丰富的网络计算资源实行并行计算,促进计算效率的提高,有效应用于更复杂软件。
【关键词】：网构软件 可靠性 可靠性计算 可靠性演化 可靠性分配
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP311.53
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 研究目的和意义13-15
• 1.2 研究内容与贡献15-16
• 1.3 文章组织结构16-18
• 第二章 网构软件可靠性理论及现状研究18-34
• 2.1 网构软件概念18-19
• 2.2 网构软件应用及特点19-22
• 2.2.1 网构软件的集成与应用19-21
• 2.2.2 网构软件特点21-22
• 2.3 网构软件可靠性概念22-23
• 2.4 网构软件可靠性研究现状23-33
• 2.4.1 软件可靠性分析方法和模型23-25
• 2.4.2 网构软件可靠性模型和计算研究25-30
• 2.4.3 进程代数形式化方法30-31
• 2.4.4 转移概率获取方法31-32
• 2.4.5 可靠性演化32
• 2.4.6 可靠性分配32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 网构软件可靠性形式化方法研究34-54
• 3.1 网构软件形式化模型定义34-36
• 3.2 网构软件组合运算36-38
• 3.3 网构软件代数系统38-39
• 3.4 网构软件可靠性演算39-49
• 3.4.1 网构软件结构可靠性40-41
• 3.4.2 网构软件构件演化算法41-43
• 3.4.3 网构软件可靠性随机进程代数表示43-45
• 3.4.4 网构软件可靠性随机进程代数演算45-47
• 3.4.5 网构软件可靠性演算方法47-49
• 3.5 实验验证49-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第四章 网构软件可靠性计算方法研究54-91
• 4.1 网构软件的马尔可夫链特点54-55
• 4.2 网构软件可靠性计算建模55-59
• 4.3 构件可靠性计算方法59-68
• 4.3.1 构件可靠性计算59-68
• 4.3.1.1 构件可靠性计算59-63
• 4.3.1.2 构件可靠性恢复度计算63-65
• 4.3.1.3 基于HMM的可靠性计算65-68
• 4.3.2 连接可靠性计算68
• 4.4 转移概率及其计算68-76
• 4.4.1 网构软件转移概率68-69
• 4.4.2 网络因素下转移概率计算69-70
• 4.4.3 转移概率计算模型70-72
• 4.4.4 转移概率计算方法72-73
• 4.4.5 转移概率计算算法73-76
• 4.4.5.1 梯度投影法73-75
• 4.4.5.2 转移概率计算算法设计75-76
• 4.5 网构软件系统可靠性计算76-79
• 4.6 系统可靠性影响分析79-80
• 4.7 实验验证80-89
• 4.8 本章小结89-91
• 第五章 网构软件系统可靠性演化计算研究91-100
• 5.1 网构软件演化性91-92
• 5.2 可靠性演化计算92-95
• 5.2.1 可靠性演化计算92-93
• 5.2.2 可靠性演化趋势计算93-95
• 5.3 计算可靠性演化趋势算法95-96
• 5.4 实验验证96-99
• 5.5 本章小结99-100
• 第六章 网构软件系统可靠性分配100-113
• 6.1 网构软件系统可靠性分配模型101
• 6.2 基于结构的网构软件系统可靠性101-102
• 6.3 网构软件MARKOV链生成方法102-103
• 6.4 可靠性计算函数103-106
• 6.5 网构软件构件可靠性分配106-107
• 6.5.1 可靠性成本函数106-107
• 6.5.2 可靠性规划分配107
• 6.6 可靠性规划分配算法107-109
• 6.6.1 惯性权重系数改进108
• 6.6.2 约束条件处理108
• 6.6.3 编码处理108-109
• 6.6.4 可靠性分配算法设计109
• 6.7 实验验证109-111
• 6.8 本章小结111-113
• 第七章 全文总结与展望113-117
• 7.1 本文总结113-115
• 7.2 网构软件可靠性研究展望115-116
• 7.2.1 自动化提取的新方法115
• 7.2.2 网络影响因素科学分析115-116
• 7.2.3 可靠性专用化计算116
• 7.2.4 可靠性并行计算116
• 7.3 未来的研究工作116-117
• 致谢117-118
• 参考文献118-129
• 攻读博士学位期间取得的成果129-130

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本文编号：497681