電子信息系統應用軟件可靠性分析

王 華，王學寧，張連偉，王 山

（火箭軍裝備研究院第四研究所，北京 100094）

電子信息系統應用軟件可靠性分析

王 華，王學寧，張連偉，王 山

（火箭軍裝備研究院第四研究所，北京 100094）

在明確軟件可靠性對于電子信息系統重要性的基礎上，描述了軟件主要環境因素，闡明了軟件可靠性管理、設計方面的措施，同時結合軟件試驗進行了可靠性評價，并對于系統軟件可靠性工作得出相關結論，以有利于應用軟件研制與電子信息系統的建設。

電子信息系統；應用軟件；可靠性分析

電子信息系統是以系統工程理論為指導，綜合運用先進的技術手段，將業務應用、信息處理、通信保障等功能結合在一起的有機整體。電子信息系統主要特點是涉及領域廣泛、人機結合密切、技術更新較快，并且與應用需求緊密相關。電子信息系統研制按照裝備型號管理模式，建立了行政業務線和技術業務線，全面落實管理責任制，健全了質量保證體系，強化了技術總體設計和軟件工程化管理，并且從管理、設計、試驗等方面對軟件可靠性工作進行了有效的規劃與實施，有力地保證了軟件和系統的可靠性能力。

1 概述

當前應用軟件已成為電子信息系統的關鍵組成部分，軟件失效能夠導致系統故障與宕機，因此軟件可靠性工程是電子信息系統研制的重要內容。軟件可靠性分析則通過改進軟件可靠性設計與工程管理，提高軟件研制過程中的可靠性水平，并對軟件產品進行可靠性評價。

軟件研制過程是一個包括開發人員、測試人員、應用背景等方面復雜關聯并動態演化的過程，其中的種種因素都會影響軟件可靠性的水平。環境因素是存在于軟件開發、測試、維護等過程中的，對軟件的缺陷及失效情況會產生影響的各種特征與行為的集合。軟件環境因素作為軟件問題的基礎與根源，與軟件研制過程密不可分。軟件環境因素可以分為產品因素、過程因素和資源因素三類，如表1所示。

2 可靠性管理

在電子信息系統應用軟件研制過程中，針對可靠性環境因素采取了以下措施：

1）軟件可靠性計劃表明對可靠性工作的重視程度和所做的努力，體現對軟件可靠性要求的實現與保證能力。開展可靠性工作必須分配相應的人員、經費等資源，并要把可靠性計劃納入系統研制計劃，同步實施。在計劃實施過程中要進行一系列可靠性檢查和評審，監督和評價可靠性工作是否按規定要求進行、可靠性要求是否能夠得到保證；可利用報告、檢查、評審、鑒定和認證等活動，取得相關信息，保證各項工作的順利開展?？煽啃怨ぷ饔媱澘煞蛛A段制定與完善，在軟件的需求分析階段、設計階段、實現階段、測試階段，直至維護階段，應積極實施上述軟件可靠性計劃的一系列活動，努力保證與落實可靠性水平。

2）強化軟件技術評審。在評審過程中對軟件設計質量進行跟蹤，用文件記錄評審的過程和結果。在系統研制過程中進行了軟件需求分析、軟件概要設計和詳細設計、軟件確認測試、軟件驗收等評審。軟件評審組對本階段工作及形成的文檔進行審查，按不同評審階段分別填寫軟件需求分析評審內容記錄表、軟件設計評審內容記錄表、軟件測試評審內容記錄表和軟件評審問題記錄表，經討論形成審查意見。對于評審中的存在問題，根據評審組的意見，填寫問題處理跟蹤報告單，完成整改并經上一級認可后，方可轉入下一階段，從而很好地消除了軟件缺陷的累積效應。

3）落實軟件問題歸零。對于在評審、測試與試驗中發現的軟件問題進行軟件評審問題記錄與問題處理跟蹤，軟件測試問題處理、修改和回歸。在軟件單元測試、集成測試、配置項測試中，依據相應的軟件測試計劃和測試說明有序地實施了各級別軟件測試，用例覆蓋了軟件的相關接口與有關功能性能指標，同時針對測試中發現的問題進行了認真分析、及時修改、缺陷排除與回歸測試，嚴格執行測試實施—故障分析—軟件修改—測試確認的閉環過程；在系統聯試過程中，針對出現的有關軟件問題及時進行了分析與整改，按照配置管理要求進行軟件更改，并通過測試驗證軟件問題處理的有效性，同時積極地做好軟件問題及處理的文件記錄，從而切實地提高了軟件的可靠性水平。

表1 軟件主要環境因素

在系統應用軟件的整個開發過程應按照軟件工程化要求，應貫徹執行軟件工程規范，分階段并按適當的模型開發軟件；完整地列出軟件的系統需求，建立一個結構良好的軟件系統，并分工完成軟件設計、程序編碼和軟件測試；同時做好軟件配置管理和質量保證工作，使軟件開發和使用過程具有可追溯性；并積極借鑒和實現CMM、TSP、PSP的有關要求，完善軟件開發規范和控制過程，并持續改進軟件研制過程，不斷提升軟件的可靠性技術能力。

3 可靠性設計

在電子信息系統應用軟件研制中，充分注重頂層設計，實現支撐平臺、傳輸機制、共享機制、數據標準、信息流程、信息接口的統一和協調，制定與貫徹軟件集成與數據集成工程規范、軟件設計與編程指南，為系統可靠性提供了堅實的基礎。

3.1 軟件結構設計

電子信息系統應用軟件結構包括系統應用層、專用支撐層、公共支撐層、基礎數據層：

1）系統應用層，面向電子信息系統提供業務控制、信息處理、通信保障等要素具體應用。

2）專用支撐層，包括專用軟件和專用服務，提供相關業務應用的構件，可集成到業務要素，提供基礎信息處理服務。

3）公共支撐層，提供業務作業、情況綜合等通用構件與服務，以及多種業務處理手段和統一信息處理服務支持。

4）基礎數據層，面向系統及應用軟件提供數據存儲與管理，其中共享數據庫基于信息訂閱/分發服務實現系統數據的訂閱/分發，專業數據庫面向各要素提供業務信息存儲與管理。

試樣的檢測面經研磨后，加以腐蝕，劃一條既與熔合線底部相切，又平行于試板軋制面的直線，在此直線上，每隔0.5mm進行維氏硬度的測定，切點兩側各測七點（見圖4）。焊接熱影響區最高硬度試驗結果如表5所示。

3.2 容錯設計

在電子信息系統應用軟件研制中，在容錯設計方面采取了一系列措施：

1）系統數據庫通過網絡互聯形成邏輯整體，可以實現數據的實時同步與更新，保證系統數據的準確性和一致性。

2）數據庫運行采用歸檔方式，定期進行邏輯備份和物理備份，并應與容災系統結合起來統一設計。

3）各業務數據庫按照統一數據庫標準、數據字典和標準參考信息，訪問統一的系統對象以及其它共享信息，保證數據的一致性。

4）為保證系統數據安全和交換效率，各業務中心的數據交換通過共享庫進行，完成電子信息系統有關任務、成果以及臨時數據的交互。

3.3 構件化設計

在電子信息系統應用軟件研制中，系統地運用了構件化設計，對已有軟件按照系統集成標準進行相應構件化改造，對新研制的軟件按照系統工程標準進行軟件設計和集成，以實現不同技術體制的業務應用軟件在同一平臺的協調運行。

2）根據軟件集成標準，進行新軟件的研制。應調用集成者提供的對象轉換代理，將應用軟件的外部接口包裝成通用接口，實現軟件的調用與控制規范化。

3）運用設計開發可視化工具，實現業務軟件和功能服務的按需定制，對照用戶需求選擇集成對象，定制系統菜單，完善界面構成，形成滿足用戶需求的軟件發行包和配置文件，并提交用戶安裝、運行與使用。

4 可靠性評價

在電子信息系統應用軟件研制過程中進行了軟件測試、系統聯試等可靠性相關試驗，較為順利地實現了系統可靠性的不斷增長。

4.1 軟件測試

在系統總體組統一組織下，進行了軟件測試工作的安排，實施了相關軟件的單元測試、集成測試、配置項測試，軟件測試內容包括功能測試、接口測試、分支覆蓋和語句覆蓋等。測試步驟從測試計劃、測試說明、測試記錄準備，到執行測試；對測試過程中出現的差異情況進行了分析，對不合理的和錯誤的設計提出改進建議，并按研制程序進行有關問題的修改、處理，并先后通過回歸測試。通過軟件的單元測試、集成測試、配置項測試，盡早地發現并排除了有關軟件缺陷，不斷保證了軟件實現過程產品的基礎性質量與可靠性。

4.2 系統聯試

電子信息系統應用軟件在模擬環境進行了系統聯試，聯試由總體組組織，質量組實施；其中綜合聯試共進行33項試驗，應用軟件責任故障2項。在聯試過程中，能夠按聯試大綱的要求進行充分準備；系統聯試項目設置較為科學合理，對系統及各分系統功能項目的測試覆蓋率達到100 %；測試人員與開發人員隊伍各自獨立工作，測試過程嚴格受控，測試結果真實可信；檢驗了電子信息系統應用軟件的整體功能、性能以及互聯互通互操作能力，并很好地驗證了電子信息系統及其應用軟件的研制要求和設計目標。

4.3 可靠性計算

根據電子信息系統應用軟件綜合聯試有關結果，按照可靠度評估模型：

可以得到系統應用軟件在置信度為0.9時的可靠度置信下限為：

電子信息系統應用軟件可靠性滿足系統研制的相關要求。

5 結論

在電子信息系統應用軟件研制過程中，能夠著力推進系統質量管理與軟件工程化，密切結合研制要求進行可靠性、安全性和互操作性設計；同時全面地實施了技術評審、軟件測試和系統試驗，并對測試、試驗、評審等所發現的有關問題進行分析與歸零，認真做好系統的可靠性、安全性和互操作性改進和確認工作；并且，嚴格控制各種軟件配置的變更與存取，對軟件配置控制情況進行及時認真的檢查，軟件與系統可靠性和質量水平得到了穩定提高并滿足要求。隨著系統可靠性工程與軟件工程化技術的日益發展，軟件可靠性與質量工作的不斷深化，電子信息系統應用軟件可靠性的提升應有更廣闊的前景。

[1] 何國偉,王 緯. 軟件可靠性[M]. 北京:國防工業出版社, 2001.

[2] 陸廷孝,鄭鵬洲等. 可靠性設計與分析[M]. 北京:國防工業出版社, 2001.

[3] 楊為民,阮鐮等. 可靠性、維修性、保障性總論[M]. 北京:國防工業出版社, 2001.

[4] 李秋英,李海峰,陸民燕. 基于環境因素的軟件可靠性定性評價技術研究[J]. 中國航空學會2007年學術年會,1-8.

[5] 孟令中,陸民燕,張超群. 基于軟件生命周期的軟件可靠性度量選取與應用[C]. 第六屆中國測試學術會議, 2010: 468-473.

[6] 石柱,鄭重. 軟件可靠性度量實例研究[J]. 系統工程與電子技術, 2011,33(1):233-236.

[7] 李陽. 軟件可靠性設計技術運用分析[J]. 數字技術與應用, 2015,15(05): 215.

[8] Daniel Galin. Software Quality Assurance [M]. London：Pearson Education Limited, 2004.

[9] Tasso C. Software Quality Rngineering [M]. Boston: Computational Mechanics Publications, 1997.

王華，江蘇鹽城人，高級工程師，主要從事信息系統建設、軟件可靠性工程以及相關技術研究。

Reliability Analysis of Application Software for Electronic Information System

WANG Hua, WANG Xue-ning, ZHANG Lian-wei, WANG Shan
(The Fourth School of the Rocket Force Equipment Academy, Beijing 100094)

Based upon the importance of software reliability to electronic information system, this paper sets forth main environment factors of application software, puts forward the practical measures for software reliability management and design, carries through reliability validation on basis of software testing, and educes related conclusion, so as to help the development of application software and electronic information system.

electronic information system; application software; reliability analysis

TP311

A

1004-7204（2016）06-0026-04