Введение к работе
Актуальность работы
В последнее десятилетие наблюдается значительный рост сложности программного обеспечения (ПО). Часто встречаются программные продукты, состоящие из нескольких тысяч исходных файлов и сотен тысяч функций. Такие программные продукты разрабатываются теперь сотнями программистов, возможно находящихся на значительном расстоянии друг от друга.
Одним из важнейших требований современного рынка разработки ПО является создание надежных алгоритмов продуктов. Существует ряд критичных областей науки и промышленности, где невыполнение этого требования могут повлечь за собой значительные экономические потери в рамках, как предприятия, так и целого региона. Такими областями являются банковская система, космические исследования, атомная промышленность, химическое производство и т.д.
Теоретические вопросы совершенствования надежности программных средств, обусловленные развитием научно-технического прогресса, нашли отражения в работах отечественных и зарубежных ученых: Г.Н. Черкесова, Г. Майерса, В.В. Липаева, Е.В. Сугака, В. Попкова, И.В. Ковалева, М.Н. Петрова, В.В. Золотухина и др.
Малое количество моделей, способных выдавать точные оценки характеристик надежности исследуемого алгоритма до этапа тестирования ПО, недостаточность публикаций, рассматривающих различные аспекты оценки характеристик надежности разрабатываемого ПО на этапе проектирования, обуславливают актуальность исследований в этом направлении.
Диссертационное исследование направлено на решение следующей научной проблемы: создание метода для оценки надежности программных средств, прогнозирования числа отказов программной системы еще до начала ее тестирования - на стадии проектирования ПО. Практическая значимость решения этой задачи для нужд науки и промышленности не оставляет сомнений в ее экономической целесообразности, своевременности и актуальности.
Целью диссертационной работы является разработка метода оценки надежности программного обеспечения на основе тензорного анализа.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи.
Анализ существующих методик, моделей и алгоритмов оценки надежности программных средств.
Исследование тензорной методологии анализа сложных систем.
Разработка тензорного метода оценки надежности программных алгоритмов узловой структуры.
Разработка алгоритма и реализации этапов анализа надёжности программного обеспечения тензорным методом.
Исследование результатов тензорного метода анализа надежности
методом имитационного моделирования.
6. Применение метода для анализа реального программного обеспечения.
Методы исследования
При выполнении исследований и решении поставленных задач использовались методы системного анализа, основные положения теории надежности программного обеспечения, тензорная методология, элементы теории вероятностей и математической статистики, имитационное моделирование.
Научная новизна
Предложена методика, позволяющая получить аналитические выражения для численных расчётов надёжности программного обеспечения узловой структуры, что позволит минимизировать количество отказов и выбрать оптимальную структуру алгоритма ПО.
Применен тензорный метод анализа для исследования надежности алгоритмов программного обеспечения узловой структуры, позволяющий получить определенные параметры надежности, с помощью которых возможен последующий анализ или оптимизация структуры алгоритма.
Предложена методика оценки надежности программного обеспечения на этапе разработки и отладки.
Предложен метод перехода от аналитических соотношений, описывающих решение для одной конкретной системы, к другой, которая получена в результате модификации исходного алгоритма.
Предложена базовая модель оценки параметров надёжности сложных систем с использованием метода диакоптики, позволяющая разбить систему на отдельные подсистемы с последующим объединением решений.
Значение для теории
Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки моделей, методов и алгоритмов, направленных на эффективный анализ программного обеспечения.
Практическая значимость
Разработанная методология обеспечивает адекватную оценку надежности ПО, позволяет получать численные данные показателей надежности на различных этапах жизненного цикла программного обеспечения, причем метод предполагает относительно эффективную программную реализацию алгоритма получения решения на ЭВМ.
Достоверность полученных результатов
Подтверждается корректным использованием тензорной методологии, успешной практической апробацией результатов, полученных на основе теоретических разработок, в реальных проектах, а также согласованностью расчетных и экспериментальных данных, полученных в результате имитационного моделирования.
Реализация результатов работы
При использовании тензорного метода анализа надежности программных средств была создана программа расчета показателей надежности.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы прошли всестороннюю апробацию на всероссийских конференциях, научных семинарах и научно-практических конференциях. В том числе:
на XIV Всероссийском семинаре «Нейроинформатика и её приложения», Красноярск, 2006 г.;
на IX Всероссийском семинаре «Моделирование неравновесных систем», Красноярск, 2006 г.;
на III научной международной конференции «Фундаментальные исследования», Доминиканская республика, 2008 г.
Диссертационная работа обсуждалась на научных семинарах кафедры «Системный анализ и исследование операций» Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева в 2007-2008 гг.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе: 2 работы в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, определенных ВАК РФ, 1 монография. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, списка литературы.
Похожие диссертации на Тензорный метод оценки надежности программного обеспечения
