考虑失效屏蔽和随机脉冲的开源软件可靠性建模方法研究

In the past several decades, open source software (OSS) projects have great success, such as Android, Hadoop, Linux, and Apache Server. The software quality has become more and more important in the public. As we know, reliability is one of the most important attributes in software quality. Therefore, how to use the failure data sets for building OSS reliability modelling have been extremely crucial. .Based on existed random impulsive phenomenon in failure process during OSS testing, this project will build random impulsive differential equations (RIDE) reliability modelling of OSS. In the proposed modelling, continuous failure process is modelled by stochastic differential equations, and jump point is modelled by random impulsive shock. Furthermore, the superposition RIDE reliability modelling is studied considering masked data. However, the maximum likelihood estimates of parameters are difficult to find when there exist masked data, because of the complex likelihood function. Finally, combined the reliability factors of OSS, a framework of RIDE-based reliability modelling considering masked data is constructed.

开源软件项目作为一种新的开发模型取得了巨大成功(Android、Hadoop、Linux、Apache等)，开源产品的质量也愈来愈受到人们的关注，而可靠性作为软件质量的一个重要属性，如何建立符合实际的开源软件可靠性模型是当前研究的热门问题。. 本课题首先根据开源软件失效过程中存在的随机脉冲现象，建立随机脉冲微分方程类开源软件可靠性模型。该模型将软件的故障动态过程分为连续部分和跳跃部分，用随机微分方程描述故障过程的连续部分，用随机脉冲描述不可预测的随机事件对这种连续性的破坏。进一步考虑软件失效过程中的屏蔽现象，建立可叠加的随机脉冲微分方程类开源软件可靠性模型。可叠加可靠性模型的难点在于模型中参数估计问题，由于极大似然估计过程中的似然函数是一个多元的复杂的非线性函数。最后，结合开源软件的众多可靠性因素，抽象出屏蔽数据下开源软件随机微分方程类可靠性模型的一般性框架。

可靠性建模是提高开源软件质量的一个重要手段，本课题组针对开源软件失效过程中的失效屏蔽和随机脉冲现象，围绕可靠性建模相关的关键科学问题，取得的主要成果包括：.1) 课题组提出了一种屏蔽数据下考虑故障相依的系统可靠性叠加模型，利用Copula函数解决子系统之间的故障相依问题，提出了一种增强学习能力的免疫粒子群优化算法，用于解决似然函数的优化问题，并建立了屏蔽数据下基于期望最大化算法的无线传感器网络可靠性模型。.2) 项目组研究了软件固有故障检测过程、固有故障纠正过程和外在失效过程的特征，给出了外在失效的定义，提出了一个同时考虑故障检测和纠正过程的带有屏蔽数据的开源软件增长可靠性模型框架，提出了一种屏蔽数据下基于非齐次泊松过程的多变点软件可靠性增长模型。.3) 针对故障跟踪系统中故障报告的随机性、不规律性、重大事件的发生以及各种不确定性因素，项目组建立了随机微分方程软件可靠性模型，提出了一种基于随机微分方程的软件可靠性叠加模型。进一步提出了随机脉冲微分方程软件可靠性模型，此外，该模型使用了一种类似期望最大化算法的参数估计方法期望最小二乘算法，可以解决屏蔽数据的参数估计难题。.本项目的研究成果对开源软件产品的可靠性定量评估具有重要的理论研究意义，对开源软件质量管理技术的快速发展具有重要的应用研究价值。此外，本项目的研究成果还可以推广到可修复信息物理系统的可靠性建模研究。