用軟件系統(tǒng)規(guī)模越做越大越復(fù)雜，其可靠性越來(lái)越難保證。應(yīng)用本身對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性要求越來(lái)越高，在一些關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、航天等，其可靠性要求尤為重要，在銀行等服務(wù)性行業(yè)，其軟件系統(tǒng)的可靠性也直接關(guān)系到自身的聲譽(yù)和生存發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)能力。 特別是軟件可靠性比硬件可靠性更難保證，會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。在許多項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)可靠性沒(méi)有提出明確的要求，開(kāi)發(fā)商（部門(mén)）也不在可靠性方面花更多的精力，往往只注重速度、結(jié)果的正確性和用戶界面的友好性等，而忽略了可靠性。在投入使用后才發(fā)現(xiàn)大量可靠性問(wèn)題，增加了維護(hù)困難和工作量，嚴(yán)重時(shí)只有束之高閣，無(wú)法投入實(shí)際使用。

　　軟件可靠性工程主要研究對(duì)象為軟件產(chǎn)品或系統(tǒng)的失效發(fā)生原因、消除和預(yù)防措施，以保證軟件產(chǎn)品的可靠性和可用性，降低維護(hù)費(fèi)用，提高軟件產(chǎn)品的用效益。軟件可靠性已經(jīng)成為軟件業(yè)界和可靠性工程界關(guān)注的焦點(diǎn)、研究的熱點(diǎn)、實(shí)踐的重點(diǎn)。

　　1 軟件可靠性數(shù)據(jù)

　　不同的軟件錯(cuò)誤、缺陷及其故障在表現(xiàn)形式、性質(zhì)乃至數(shù)量方面可能大相徑庭，對(duì)其進(jìn)行全面、詳細(xì)的闡述是非常困難的，也是不客觀、不現(xiàn)實(shí)的。但是現(xiàn)實(shí)中，為了簡(jiǎn)單易行，通常假設(shè)軟件可靠性模型所有失效等級(jí)相同，或?qū)儆谕活?lèi)，即不再區(qū)分軟件錯(cuò)誤、缺陷及其故障。如果要區(qū)分失效等級(jí)和失效類(lèi)型，將隨之帶來(lái)很多問(wèn)題。例如，同一模型是否適用于不同類(lèi)型的失效數(shù)據(jù)；由于分類(lèi)后各類(lèi)失效數(shù)據(jù)樣本一般極少，將會(huì)影響模型給出結(jié)果的。因此一般情況下，不再對(duì)失效數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi).

　　軟件可靠性模型是軟件可靠性工程中倍受關(guān)注、研究早、成果多、目前仍活躍的一個(gè)領(lǐng)域。從Hudson的工作開(kāi)始，到1971年發(fā)表J-M模型至今，已公開(kāi)發(fā)表了100余種模型。它不僅是解決軟件可靠性預(yù)計(jì)、分配、分析與評(píng)價(jià)等基本問(wèn)題的強(qiáng)有力的工具，更是軟件可靠性設(shè)計(jì)的指南。它旨在根據(jù)軟件可靠性數(shù)據(jù)、以統(tǒng)計(jì)方法給出軟件的可靠性估計(jì)值或預(yù)測(cè)值，是從本質(zhì)上理解軟件可靠性行為的關(guān)鍵，是軟件可靠性工程實(shí)踐的基本活動(dòng)

　　任意選取一組如表1所示的MUSA J M的軟件可靠性數(shù)據(jù)，使用筆者開(kāi)發(fā)的軟件可靠性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，驗(yàn)證上述4個(gè)軟件可靠性模型，得到的擬合曲線如圖1所示。由圖可以看出，由于原始的軟件可靠性數(shù)據(jù)間隔時(shí)間的不平穩(wěn)性，導(dǎo)致其終預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生極大的誤差，特別是在波峰波谷處。

　　通過(guò)對(duì)大量軟件可靠性數(shù)據(jù)的研究分析發(fā)現(xiàn)，軟件發(fā)生缺陷的間隔時(shí)間具有較大的波動(dòng)性，而這也正是導(dǎo)致其預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大的主要原因。描繪其波動(dòng)性趨勢(shì)，構(gòu)建軟件可靠性數(shù)據(jù)的波動(dòng)模型，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

　　2 軟件可靠性數(shù)據(jù)的預(yù)處理

　　為解決上述問(wèn)題，本研究將軟件可靠性數(shù)據(jù)分解成獨(dú)立的兩部分?jǐn)?shù)據(jù)。一部分描繪軟件可靠性數(shù)據(jù)的總體趨勢(shì)；另外一部分描繪軟件可靠性數(shù)據(jù)隨時(shí)間的波動(dòng)趨勢(shì)。通過(guò)兩部分?jǐn)?shù)據(jù)的分別預(yù)測(cè)和組合，得到終的可靠性結(jié)果。

　　設(shè)軟件失效間隔時(shí)間分別為：x（1），x（2），…x（n），失效時(shí)間分別為：t（1），t（2），…t（n），其中t（i）為軟件開(kāi)始運(yùn)行到第i次失效發(fā)生的時(shí)間，x（i）為軟件第i-1次失效到第i次失效發(fā)生的時(shí)間間隔，即x（i）=t（i）-t（i-1）。

　　假定t時(shí)刻的軟件可靠性數(shù)據(jù)M（t）=P（t）+Q（t），其中P（t）用來(lái)描繪軟件可靠性數(shù)據(jù)的總體趨勢(shì)，Q（t）用來(lái)描繪軟件可靠性數(shù)據(jù)隨缺陷出現(xiàn)的波動(dòng)趨勢(shì)。

　　按上述算法，對(duì)表1所列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出表2結(jié)果。

　  表2所估算的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)P(t)的時(shí)間間隔曲線如圖2所示。由圖可以看出，其整個(gè)趨勢(shì)相對(duì)于原始數(shù)據(jù)相對(duì)平穩(wěn),且其大致趨勢(shì)與原始數(shù)據(jù)曲線趨同。

    根據(jù)原始數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)P(t)的差值曲線，尋找并預(yù)測(cè)Q(t)的變化規(guī)律。由圖3可以看出，對(duì)于波動(dòng)程度的取值,必須要考慮波動(dòng)的正負(fù)和波動(dòng)的幅度兩方面因素。

　  同樣根據(jù)早期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)未來(lái)行為作用很小，而現(xiàn)時(shí)失效間隔數(shù)據(jù)可以比更早之前觀測(cè)的失效間隔數(shù)值更好地預(yù)測(cè)未來(lái)這個(gè)原理，本研究選取Q(t)之前的5個(gè)失效數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行波動(dòng)值Q(t)的預(yù)測(cè)。

　  首先根據(jù)之前5個(gè)點(diǎn)波幅4次正負(fù)切換的次數(shù)，預(yù)測(cè)時(shí)刻t相對(duì)于上一時(shí)刻t-1波幅的異號(hào)或同號(hào)的可能性。

　　波動(dòng)的幅度通過(guò)取5個(gè)點(diǎn)的振幅平均值得到。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于點(diǎn)Q（t-1）的振幅與Q（t）的預(yù)測(cè)也有較大聯(lián)系，假設(shè)Q（t）=a×Q（t）+b×|Q（t-1）|,a取值0.7,b取值0.3.

　　按照上述算法，將估算的P（1）…P（t-1）值代入軟件可靠性模型，得到P（t），終得到時(shí)刻t的預(yù)測(cè)時(shí)間P′（t）+Q（t）。

　　3 算法驗(yàn)證

　?。?）使用Littlewood-Verall模型對(duì)P（t）進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)P（t）…P（t-1）求得預(yù)測(cè)的P′（t），結(jié)果如表3所示。

    定義可靠性模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

    剔除失效數(shù)據(jù)點(diǎn)1、2、3，其他的14個(gè)失效數(shù)據(jù)點(diǎn)RE的為0.349 351,而初始的失效間隔的RE值為1.595?？梢?jiàn)通過(guò)平穩(wěn)處理失效數(shù)據(jù)點(diǎn),可以得到更高的擬合度。

　  (2)求值Q′(t)，按照之前算法，得到的值如表4所示。

    由于前5個(gè)失效數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)測(cè)Q′(t)缺少有效的數(shù)據(jù)，所以計(jì)算ESS時(shí),將其剔除，剔除后的點(diǎn)求得RE的值為1.23，相對(duì)于使用未經(jīng)處理的點(diǎn)獲得的RE值(1.595)誤差減小近20%。同時(shí)，可以看到其產(chǎn)生誤差的主要原因是失效數(shù)據(jù)點(diǎn)11所導(dǎo)致的。MUSA J M軟件可靠性數(shù)據(jù)及終預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)如表5所示。

    軟件可靠性評(píng)估日益受到重視，作為其的軟件可靠性模型理論的研究也勢(shì)必要深入下去。本文的研究開(kāi)啟了軟件可靠性理論研究的入口，以后的研究除了對(duì)可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理外，也將對(duì)軟件可靠性模型進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

    本文在傳統(tǒng)方法僅關(guān)注軟件可靠性模型的基礎(chǔ)上，拓寬至對(duì)可靠性數(shù)據(jù)的預(yù)處理,提出了一種對(duì)軟件可靠性數(shù)據(jù)處理的新方法，解決了可靠性數(shù)據(jù)采集過(guò)程中出現(xiàn)波動(dòng)性大的缺陷，而且算法簡(jiǎn)單、穩(wěn)健性好,可以適用于各種工程應(yīng)用。但其中還有很多問(wèn)題值得進(jìn)一步研究，例如，如何實(shí)現(xiàn)新算法中Q(t)系數(shù)的自適應(yīng)等。