Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Технічні науки
Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Диссертационная работа:

829. Тарасюк Ольга Михайлівна. Методи та інструментальні засоби метрико-ймовірнісної оцінки якості програмного забезпечення інформаційно-управляючих систем критичного застосування: дис... канд. техн. наук: 05.13.06 / Національний аерокосмічний ун-т ім. М.Є.Жуковського "Харківський авіаційний ін-т". - Х., 2004.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність теми дослідження. За останні десятиліття людство пройшло кілька етапів, пов'язаних з розвитком комп'ютерної техніки й розширенням меж її застосування. Підсумком зазначених процесів стало, з одного боку, створення могутньої індустрії комп'ютерної та програмної інженерії, а з іншого – збільшення її впливу (як позитивного, так і негативного) на людське суспільство. При цьому особливо необхідно підкреслити зростаючу залежність комп’ютерних систем критичного застосування (КЗ) від характеристик програмного забезпечення (ПЗ), що має безпосереднє відношення до питань безпеки, оскільки частка програмно реалізованих функцій в інформаційних і управляючих системах (ІУС) авіаційних і ракетно-космічних комплексів, АЕС, медичного обладнання та ін., динамічно зростає. Збільшується доля аварій і катастроф, причиною яких є відмови систем внаслідок прояву дефектів програмних засобів, що не були виявлені при розробці та верифікації. За результатами проведеного аналізу кожен сотий пуск у ракетно-космічних комплексах (РКК) завершується аварією внаслідок дефектів ПЗ, а 6 з 7 відмов комп'ютерних систем цих комплексів обумовлені такими дефектами. У цьому контексті необхідно зазначити надзвичайну важливість якості та надійності програмного забезпечення, оскільки від них, у першу чергу, залежать як конкурентноздатність комерційних продуктів, так і безпека ІУС КЗ. Це обумовлює актуальність наукових досліджень, присвячених розробці й удосконаленню методів оцінки та забезпечення якості та надійності ПЗ. Великий внесок у розвиток цього наукового напрямку внесли Літлвуд Б., Липаєв В.В., Липов М., Лью М.Р., Муса Дж.Д., Майєрс Г., Тоценко В.Г. та ін.

Програмні компоненти є одночасно об'єктом і засобом оцінки, забезпечення необхідного рівня і подальшого підвищення якості, надійності й безпеки систем, до складу яких вони входять, оскільки програмні засоби:

реалізують важливі для безпеки функції бортових і наземних систем РКК,
систем аварійного захисту АЕС та ін.;

здійснюють їх контроль, діагностування та реконфігурацію;

використовуються для інструментальної підтримки процесів проектування, тестування, верифікації й експертизи;

є можливими джерелами відмов, що відносяться до числа найбільш складних і небезпечних, зокрема, відмов за загальною причиною, оскільки можуть тиражуватися на всі резервні канали при їх однотипній програмній реалізації;

аналізуються та експертуються на предмет відповідності вимогам специфікацій і нормативних документів, виходячи з призначення системи.

Останній аспект варто виділити особливо, оскільки, по-перше, повнота та достовірність оцінки якості та надійності програмних засобів ІУС КЗ є ключовою задачею, успішне виконання якої дозволяє ефективніше вирішувати проблеми забезпечення їхнього необхідного рівня, по-друге, програмні засоби є специфічним об'єктом оцінки, для якого не можна застосовувати традиційні підходи, апробовані для апаратних засобів.

У той же час різноманіття моделей оцінки надійності програмних засобів тільки ускладнює вирішення даної проблеми внаслідок відсутності науково обґрунтованих методів вибору і верифікації цих моделей.

Таким чином, актуальною науковою задачею є розробка методів достовірної оцінки якості та надійності програмного забезпечення ІУС КЗ, що дозволяють створювати комплексні засоби та системи інструментальної підтримки верифікації й експертизи критичного ПЗ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких викладені в дисертації, проводилися відповідно до державних планів НДР, програм і договорів, що виконувалися в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського та в інших організаціях:

“Розробка науково-методичних основ й інформаційних технологій оцінки та забезпечення відмовостійкості та безпеки комп'ютеризованих систем аерокосмічних комплексів, інших комплексів критичного застосування” (Національний Аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, №Г503-42/2003, 2003);

“Інтегроване інструментальне середовище підтримки експертизи та незалежної верифікації ПЗ систем критичного застосування” (Сертцентр АСУ Держцентрякості ДКЯРУ, наказ № 69 від 12.07.2002);

“Розробка галузевих нормативних вимог до якості програмного забезпечення й програмно-технічних комплексів критичного застосування для ракетно-космічної техніки, гармонізованих з нормативною базою Європейської кооперації по стандартизації космічної діяльності (ECSS)” (Сертцентр АСУ Держцентрякості ДКЯРУ, НКАУ, тема “Якість”, договір №87-СЦ/03, 2003);

“Розробка науково-методичного забезпечення відмовобезпеки цифрових систем контролю та управління АЕС при використанні програмованих ВІС”, шифр «Надійність – Д» (НПВМП “АСУ ХАІ”, Д2/2002, № 0104U003502, 2003);

“Розробка моделей і методів оцінки надійності систем управління й обробки інформації телекомунікаційних мереж”, шифр «Натиск» (Полтавський військовий інститут зв'язку, Міністерство оборони України, №179-Н, 2002);

Роль автора в зазначених науково-дослідних темах і проектах, у яких дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає в розробці моделей, методів і інструментальних засобів оцінки якості та надійності ПЗ, заснованих на запропонованому метрико-модельному підході.

Мета і задачі. Метою дисертаційної роботи є підвищення повноти та достовірності оцінки якості та надійності ПЗ ІУС КЗ на основі розробки методів і інструментальних засобів підтримки верифікації й експертизи, що базуються на комплексному використанні метрик, моделей і формалізованих процедур їхнього вибору та аналізу.

Для досягнення поставленої мети формуються такі задачі:

аналіз і класифікація моделей, метрик і інструментальних засобів оцінки якості та надійності ПЗ ІУС КЗ;

удосконалення моделі та методу оцінки якості ПЗ з використанням множини метрик;

удосконалення методу оцінки надійності ПЗ з використанням ймовірнісних моделей на основі аналізу їх допущень;

розробка методу комплексної оцінки якості та надійності ПЗ з використанням метрик, ймовірнісних моделей і процедури аналізу даних про дефекти ПЗ, що отримані в результаті тестування;

експериментальна оцінка запропонованих методів і процедур вибору моделей надійності ПЗ;

розробка інструментальних засобів оцінки якості та надійності ПЗ з метою їх впровадження в інтегровану систему підтримки незалежної верифікації та експертизи ПЗ ІУС, а також проектування складних програмних комплексів.

Об'єкт дослідження – процеси оцінки якості та надійності програмного забезпечення інформаційно-управляючих систем критичного застосування.

Предмет дослідження – моделі, методи й інструментальні засоби оцінки якості та надійності при створенні та експертизі ПЗ для інформаційно-управляючих систем критичного застосування.

Методи дослідження. В основу методології досліджень були покладені принципи системного аналізу. При вирішенні загальної та часткових наукових задач використовувалися такі методи проведення досліджень: методи аналізу ієрархій, теоретико-множинного опису, теорії ймовірностей і математичного програмування – при розробці метричного методу оцінки; методи теорії ймовірностей, аналізу та перетворення бульових матриць – при розробці методу оцінки надійності ПЗ з використанням ймовірнісних моделей; методи теорії ймовірностей і математичної статистики – при розробці комплексного методу оцінки та процедур обробки даних про тестування реальних проектів ПЗ.

Наукова новизна отриманих результатів:

1) вперше запропоновано метод комплексної оцінки якості та надійності ПЗ, який дозволяє забезпечити необхідну повноту та достовірність результатів оцінювання й базується на:

спільному використанні та комплексуванні результатів метричного й модельного оцінювання;

операціях аналізу й обробки первинних даних про виявлення й виправлення дефектів ПЗ, отриманих за результатами тестування;

2) удосконалено метод оцінки якості ПЗ з використанням систематизованої множини метрик, в основу якого, на відміну від відомих, покладені:

формалізовані процедури профілювання та вибору метрик, що дозволяють визначити модель метричної оцінки якості ПЗ;

представлення вихідних і кінцевих результатів оцінки у вигляді ієрархії радіальних метричних діаграм (РМД) і комплекс спеціальних операцій згортки РМД, що дозволяють одержувати скалярні оцінки або знижувати розмірність векторних оцінок;

запропоновані показники оцінки якості експертизи ПЗ, які враховують склад вимог до ПЗ і повноту перевірки їх виконання, що дозволяють сформулювати оптимізаційні задачі забезпечення необхідної якості експертизи при мінімальних витратах;

3) удосконалено метод оцінки надійності ПЗ, що дозволяє здійснювати спрямований вибір і верифікацію ймовірнісних моделей надійності на основі формалізованого аналізу допущень про процеси і продукти розробки, який включає, на відміну від відомих:

операції побудови й аналізу матриць відповідності ймовірнісних моделей надійності програмного забезпечення (МНПЗ) та їхніх допущень;

спеціальні процедури комплексування по етапах життєвого циклу й верифікації МНПЗ;

операції синтезу моделей надійності ПЗ шляхом урахування додаткових допущень.

Практичне значення отриманих результатів визначається тим, що на основі проведених досліджень і запропонованих методів:

розроблено методики, алгоритми й інструментальні засоби оцінки якості та надійності ПЗ для системи підтримки експертизи та незалежної верифікації ПЗ ІУС АЕС і космічних комплексів;

сформульовано положення проектів нормативних документів, що визначають вимоги та показники оцінки якості ПЗ і програмно-технічних засобів ракетно-космічних систем, порядок вибору та використання метрик;

розроблено патентоспроможні засоби апаратно-програмної підтримки оцінки й управління якістю ПЗ в процесі проектування.

Реалізація. Результати досліджень впроваджені в:

Сертифікаційному центрі АСУ Держцентрякості Державного комітету ядерного регулювання України при розробці інтегрованої інструментальної системи “SAVExpert System” і проектів нормативних документів, що регламентують методики оцінки ПЗ критичних систем в інтересах ДКЯРУ, НКАУ, НАЕК (акт впровадження від 23.02.2004);

НТ СКБ “Полісвіт” при розробці систем оцінки й управління якістю проектування і верифікації ПЗ для авіаційних систем (акт впровадження від 4.02.2004);

навчальному процесі Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” при вивченні дисциплін “Методи дослідження й моделювання комп'ютерних систем і мереж”, “Надійність, контроль і діагностика ЕОМ” (акт впровадження від 1.03.2004).

Достовірність нових наукових положень і висновків дисертаційної роботи підтверджується:

результатами їх практичного впровадження в інструментальних засобах і системах підтримки експертизи й верифікації ПЗ ІУС критичного застосування;

результатами оцінки надійності ПЗ конкретних систем з використанням запропонованих методів, що довели можливість вибору моделей із застосуванням операцій аналізу допущень.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці нових моделей, методів і інструментальних засобів, що забезпечують рішення поставлених у дисертації задач. Всі основні результати отримані автором особисто. Роботи [1-4] були опубліковані без співавторів. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належать: розробка бази даних аварій і катастроф аерокосмічної техніки й аналіз причин відмов комп'ютерних систем управління [5], скалярна та векторна оцінки якості ПЗ з використанням радіальних метричних діаграм і операцій їх зовнішнього та внутрішнього перетворення [6], модель динамічної РМД для її використання в задачах управління якістю ПЗ упродовж життєвого циклу [7], запропоновані показники оцінки якості експертизи ПЗ та постановка оптимізаційної задачі забезпечення необхідної якості експертизи при мінімальних витратах [8], аналіз особливостей оцінки якості та надійності ПЗ за допомогою метрик і зазначення послідовності та змісту етапів оцінки якості ПЗ з використанням метричного підходу [9], методика профілювання метрик та їх системна класифікація за результатами аналізу базових нормативних документів з метричної оцінки якості ПЗ [10], аналіз особливостей застосування РМД для оцінки виконання вимог, що висуваються до ПЗ, а також функції інструментального засобу оцінки ПЗ за допомогою метрик [11], методика комплексної кількісної оцінки ПЗ з використанням множини метрик і моделей, структура та функції підсистеми “оцінювання” інтегрованої інструментальної системи SAVExpert-System [12], метод вибору ймовірнісних моделей надійності ПЗ за допомогою сформованих матриць допущень та процедур вибору й комплексування моделей для багатоверсійних й багатокомпонентних ПЗ [13, 14], їх верифікації [15], синтезу, а також обґрунтування і розробка послідовності спільного застосування цих процедур [16].

Апробація результатів наукових досліджень проводилася на постійно діючому міжгалузевому семінарі “Критичні комп’ютерні технології та системи” на кафедрі комп'ютерних систем і мереж Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, а також на таких наукових конференціях і симпозіумах: Міжнародній науково-практичній конференції “Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ” (м. Харків, 2001-2003 р.), 5-ій міській науково-практичній конференції “Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених Харківщини” (м. Харків, 2002 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні та електронні технології” (м. Одеса 2002-2003 р.)., 26th Annual International Computer Software and Applications Conference (COMPSAC’2002) (м. Оксфорд, Англія, 2002 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології управління екологічною безпекою, ресурсами та заходами в надзвичайних ситуаціях” (Крим, с. Рибаче, 2002 р.), The 7th International Conference “CAD Systems in Microelectronics” (Львів, с. Славське, 2003 р.), 3-ій Міжнародній конференції “Інформаційні технології і безпека” (Крим, с.м.т. Партенит, 2003 р.), 16-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Перспективні інформаційно-управляючі системи на залізничному, промисловому й міському транспорті” (м. Алушта, 2003 р.), 1st International conference “Advanced Computer Systems and Networks: Design and Application” (м. Львів, 2003 р.), Міжнародній науково-практичній ювілейній конференції “Проблеми енергозабезпечення й енергозбереження в АПК України” (м. Харків, 2003 р.), Міжнародному симпозіумі “Виміри, важливі для безпеки в реакторах” (м. Москва, 2003 р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 16 друкованих працях, серед яких 2 статті в наукових журналах, 9 статей у збірниках наукових праць, з них 11 статей опубліковані в наукових виданнях, що включені до переліку ВАК України, а також 5 тез доповідей у збірниках праць наукових конференцій.

Подобные работы
Волковий Андрій Володимирович
Моделі, методи та інструментальні засоби розробки багатоверсійного програмного забезпечення інформаційно-управляючих систем критичного застосування
Горбенко Анатолій Вікторович
Методи та інструментальні засоби розробки комп'ютерних мереж інформаційно- управляючих систем критичного застосування
Асідех Фатхі Алі
Моделі та методи підвищення надійності інформаційно-управляючих систем критичного застосування з використанням багатоканального дублювання
Прімін Михайло Андрійович
Математичні моделі, методи й алгоритми просторово-часового аналізу магнітних полів та їх застосування в системах діагностики і виявлення
Дідковська Марина Віталіївна
Методи оцінки та засоби підвищення надійності програмного забезпечення
Юзвенко Володимир Федорович
Методи та засоби модельної підтримки прийняття рішень в системах проектування та випробовування елементів механічних конструкцій
Ночевнов Дмитро Павлович
Методи та засоби адаптивного інформаційного пошуку на основі моделі користувача
Оксамитна Любов Павлівна
Методи та засоби самоорганізації моделі знань в автоматизованих системах контролю знань та навчання
Шапо Владлен Феліксович
Методи та засоби побудови територіально розосереджених комп'ютерних мереж
Пригожев Олександр Сергійович
Моделі, методи та засоби управління навчанням користувача роботі в автоматизованій інформаційній системі

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net