面向可信軟件的風(fēng)險(xiǎn)管理模型研究

收稿日期：2007-12-14；修回日期：2008-03-12

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（70601037）；重慶市科技攻關(guān)基金資助項(xiàng)目（CSTC， 2007AC2039）；重慶市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（CSTC， 2007BB6106）

作者簡(jiǎn)介：楊潔（1973-），女，博士研究生，主要研究方向?yàn)樯a(chǎn)制造管理、風(fēng)險(xiǎn)管理（yangjie5581@163.com）；楊育（1971-），男，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)建模與仿真、制造系統(tǒng)工程等*

(1.重慶大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400030；2.重慶通信學(xué)院，重慶 400035；3.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003)

摘 要：進(jìn)行了面向可信軟件的風(fēng)險(xiǎn)管理模型的研究。首先采用貝葉斯信仰網(wǎng)絡(luò)對(duì)影響軟件可信性的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析；其次，建立了基于約束滿足的風(fēng)險(xiǎn)控制模型。該軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理研究為提高軟件質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)軟件的可信性提供了新思路。

關(guān)鍵詞：軟件可信性；風(fēng)險(xiǎn)管理；貝葉斯信仰網(wǎng)絡(luò)；約束滿足

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-3695(2008)10-3010-02

Research for model of risk management oriented to reliability soft

YANG Jie¹，2， YANG Yu¹，WANG Xiao-lei¹，3

(1.College of Mechanical Engineering， Chongqing University，Chongqing 400030，China; 2.Chongqing Communication College， Chongqing 400035，China；3. North China Electric Power University，Baoding Hebei 071003， China)

Abstract:This paper suggested a risk management model oriented to reliability soft. Firstly，used the Bayesian belief networks(BBN)，the risks which had influenced the reliability of soft were analyzed. Secondly，established a risk control model based on constraint satisfaction. The research on soft project risk management provided a new method for improving the quality and reliability of soft.

Key words：soft reliability; risk management; Bayesian belief networks (BBN); constraint satisfaction

目前，軟件質(zhì)量還不能完全達(dá)到軟件可信性的要求。可信軟件的研究工作大多從安全性分析等技術(shù)方面保障和提高軟件的可信性[1]。但是，當(dāng)軟件開(kāi)發(fā)規(guī)模大幅度增加、軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境復(fù)雜化以及軟件運(yùn)行環(huán)境急劇惡化時(shí)，軟件可信性面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，通過(guò)技術(shù)手段來(lái)提高軟件的可信性變得非常困難。開(kāi)發(fā)高質(zhì)量可信軟件的根本問(wèn)題不僅在于是否使用新的技術(shù)，更在于開(kāi)發(fā)過(guò)程中是否采用科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)[1~3]，尤其還需要解決可信軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理與過(guò)程優(yōu)化問(wèn)題。因此，加強(qiáng)可信軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理以提高軟件質(zhì)量與可信性是亟待解決的重要問(wèn)題。

1 貝葉斯信仰網(wǎng)絡(luò)(BBN)

在不確定性的決策支持研究領(lǐng)域，BBN近年來(lái)受到了極大的關(guān)注[4，5]。BBN的基本理論（如貝葉斯概率）已存在較長(zhǎng)時(shí)間，而其算法和相關(guān)軟件工具在近年來(lái)才被運(yùn)用起來(lái)。貝葉斯信仰網(wǎng)絡(luò)由具有一系列條件概率表的非周期性圖表組成。BBN中的節(jié)點(diǎn)代表隨機(jī)變量，它的狀態(tài)通常用離散數(shù)字或數(shù)據(jù)段來(lái)表示。弧代表變量之間的因果關(guān)系。條件概率表(CPT)與每個(gè)節(jié)點(diǎn)相聯(lián)系，并表示出節(jié)點(diǎn)間的相互作用而產(chǎn)生對(duì)某個(gè)指標(biāo)的影響概率。其中，如果變量A具有父節(jié)點(diǎn)B1，B2，…，Bn，在CPT中其節(jié)點(diǎn)將被賦值為P(A|B1，B2，…，Bn)。同時(shí)可以利用專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)來(lái)填寫(xiě)CPTs中的數(shù)據(jù)。例如當(dāng)BBN的根節(jié)點(diǎn)是未知數(shù)時(shí)，專(zhuān)家們通常對(duì)這些根節(jié)點(diǎn)均勻分配以分布概率。而不確定性決策支持過(guò)程中獲得新數(shù)據(jù)時(shí)，將新數(shù)據(jù)加入BBN網(wǎng)絡(luò)，重新計(jì)算和更新節(jié)點(diǎn)數(shù)值，數(shù)值更新過(guò)程從父節(jié)點(diǎn)傳遞到子節(jié)點(diǎn)。并且，BBN中的圖表能擴(kuò)充成BBN影響圖，其最基本的形狀分別用長(zhǎng)方形和菱形表示。

以考慮影響軟件可信性的風(fēng)險(xiǎn)為例，建立軟件產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的BBN影響簡(jiǎn)圖，如圖1所示。在圖中可以看出，管理者能力和開(kāi)發(fā)者能力影響著軟件產(chǎn)品的可信性質(zhì)量；訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)是決策節(jié)點(diǎn)，它與作為通用節(jié)點(diǎn)的訓(xùn)練成本節(jié)點(diǎn)相連。同時(shí)運(yùn)用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，得到軟件產(chǎn)品質(zhì)量的CPT，如表1所示。BBN能模擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造者的信仰，基于該信仰，BBN可提供軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)數(shù)學(xué)運(yùn)算、預(yù)測(cè)；BBN也能用于支持可視和可重復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)管理決策的制定以及復(fù)雜軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的度量。

表1 軟件產(chǎn)品質(zhì)量的CPT管理者能力

開(kāi)發(fā)者能力高高低低高低概率（產(chǎn)品質(zhì)量高）0.90.850.350.15概率（產(chǎn)品質(zhì)量低）0.10.150.650.852基于BBN的軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)框架

本文采用BBN來(lái)支持可信軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制策略的制定。建立基于BBN的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)框架，如圖2所示。從該系統(tǒng)框架圖中可以看出，運(yùn)用BBN能分析風(fēng)險(xiǎn)并產(chǎn)生管理者的風(fēng)險(xiǎn)控制決策信息；同時(shí)管理者輸入風(fēng)險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)或管理決策數(shù)據(jù)到BBN中，以進(jìn)行下一步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)測(cè)[6]。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可持續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)管理，在風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)中需要反饋環(huán)路，同時(shí)在反饋環(huán)路中使用BBN。BBN在每次迭代過(guò)程中使用新的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)，同時(shí)產(chǎn)生對(duì)軟件產(chǎn)品可信性產(chǎn)生影響的風(fēng)險(xiǎn)的新評(píng)估。在該系統(tǒng)中需要按時(shí)間錄入風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)和狀態(tài)概率數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)框架中還包括了與風(fēng)險(xiǎn)管理密切相關(guān)的面向可信軟件的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)。

3 影響軟件可信性的風(fēng)險(xiǎn)因素BBN分析方法

影響軟件可信性的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)基本因素構(gòu)成了BBN模板。其模板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖中的方形框是可擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)。這些因素為分兩組，即與組織相關(guān)的可信軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素和與項(xiàng)目相關(guān)的可信軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素。

組織因素包括組織的風(fēng)險(xiǎn)文化和實(shí)踐、管理經(jīng)驗(yàn)和能力，以及處理成熟度等因素；項(xiàng)目因素包括項(xiàng)目各個(gè)階段的開(kāi)發(fā)質(zhì)量。在BBN影響圖中，質(zhì)量節(jié)點(diǎn)被前級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量以及該階段的進(jìn)度、預(yù)算、開(kāi)發(fā)商能力和技術(shù)因素所影響[7，8]。每個(gè)開(kāi)發(fā)階段的質(zhì)量有相似的影響圖。在軟件開(kāi)發(fā)中影響軟件可信性質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)BBN擴(kuò)展圖如圖4所示。

4 基于約束滿足的風(fēng)險(xiǎn)控制模型

軟件項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理影響可信軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，以及整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的成功或失敗[9]。在利用BBN進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、分析與評(píng)估的基礎(chǔ)上，提出面向可信軟件的風(fēng)險(xiǎn)控制動(dòng)態(tài)模型。該模型必須充分考慮風(fēng)險(xiǎn)控制中的多維屬性，提出人因—技術(shù)—組織—環(huán)境—過(guò)程的多維約束滿足風(fēng)險(xiǎn)控制模型。該模型實(shí)現(xiàn)的核心思想是：將軟件可信性描述為一些需要達(dá)到的約束要求，當(dāng)軟件開(kāi)發(fā)中所有條件符合所定義的約束要求時(shí)，則稱軟件質(zhì)量達(dá)到可信目標(biāo)，其求解過(guò)程稱為可信軟件質(zhì)量約束滿足過(guò)程。在風(fēng)險(xiǎn)控制過(guò)程中，首先，通過(guò)分析軟件開(kāi)發(fā)信息交流機(jī)制，軟件開(kāi)發(fā)模型及開(kāi)發(fā)技術(shù)、工具和環(huán)境，定義面向可信軟件的風(fēng)險(xiǎn)控制約束條件；而后，根據(jù)軟件可信性要求，評(píng)判多維約束條件是否能夠滿足，進(jìn)行控制模型的動(dòng)態(tài)修正反饋，挖掘開(kāi)發(fā)中的風(fēng)險(xiǎn)控制約束條件，同時(shí)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素引起的軟件信息失真、信息缺失、技術(shù)沖突等問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)處理。當(dāng)定義的約束條件都滿足時(shí)，意味著軟件開(kāi)發(fā)階段風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)的完成，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)劃、跟蹤與處理。基于多維約束滿足的風(fēng)險(xiǎn)控制模型如圖5所示。

在風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用約束滿足理論，從環(huán)境、人因、技術(shù)、組織、過(guò)程多角度控制可信軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用基于約束滿足的風(fēng)險(xiǎn)控制模型的步驟如下：

a）分析約束滿足的組織資源、行為規(guī)范、可信環(huán)境，研究風(fēng)險(xiǎn)控制中約束滿足的規(guī)則和流程；

b）分析風(fēng)險(xiǎn)控制的目標(biāo)、控制等級(jí)等要素，建立組織行為規(guī)范、風(fēng)險(xiǎn)信息約束等環(huán)境子域庫(kù)；研究軟件的質(zhì)量需求轉(zhuǎn)換為可信性軟件產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)機(jī)理；

c）在HCI（human-computer interaction）理論的基礎(chǔ)上，對(duì)人因—軟件可靠性交互進(jìn)行研究，研究可信軟件項(xiàng)目中的信息處理、情景認(rèn)知、模擬過(guò)程控制與評(píng)價(jià)反饋機(jī)制；

d） 分析風(fēng)險(xiǎn)控制中的技術(shù)要素，研究風(fēng)險(xiǎn)控制的技術(shù)演化規(guī)律，建立技術(shù)約束和技術(shù)支持機(jī)制等技術(shù)子域協(xié)議庫(kù)；

e)分析風(fēng)險(xiǎn)控制中組織因素的影響機(jī)理，研究組織結(jié)構(gòu)、集權(quán)策略、崗位分配、決策策略等組織因素對(duì)軟件可信性的影響；

f)分析面向可信軟件的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)演化過(guò)程類(lèi)型及演化機(jī)理，研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中的層次式風(fēng)險(xiǎn)遞進(jìn)過(guò)程以及風(fēng)險(xiǎn)耦合過(guò)程；

g)研究風(fēng)險(xiǎn)管理方式之間的依賴以及協(xié)調(diào)關(guān)系，研究人因—技術(shù)—組織—環(huán)境—過(guò)程的多維約束滿足的可信軟件開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)控制求解算法，實(shí)現(xiàn)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)控制方式的協(xié)同運(yùn)行。

5結(jié)束語(yǔ)

本文利用貝葉斯信仰網(wǎng)絡(luò)與約束滿足相關(guān)理論，對(duì)面向可信軟件的風(fēng)險(xiǎn)管理模型進(jìn)行研究。提出基于BBN的軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)框架和影響軟件可信性的風(fēng)險(xiǎn)因素BBN分析方法，采用BBN對(duì)影響軟件可信性的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析評(píng)估。在風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，建立基于多維約束滿足的HTOEP風(fēng)險(xiǎn)控制模型，從環(huán)境、人因、技術(shù)、組織、過(guò)程多角度控制可信軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)面向可信軟件的風(fēng)險(xiǎn)管理研究為軟件產(chǎn)品質(zhì)量的提高，軟件可信性的實(shí)現(xiàn)提供新思路。

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