基于GQM的装备软件可靠性参数选取方法

韩 坤，吴 纬，陈守华，帅 勇

（1.装甲兵工程学院，北京 100072；2.北京特种车辆研究所，北京 100072）

基于GQM的装备软件可靠性参数选取方法

韩 坤1，吴 纬2，陈守华1，帅 勇1

（1.装甲兵工程学院，北京 100072；2.北京特种车辆研究所，北京 100072）

针对装备软件无可靠性定量要求以及开发过程缺少监管的问题，提出基于GQM（Goal-Question-Metric）的装备软件可靠性参数选取方法。首先构建了软件可靠性通用参数集和装备软件可靠性特有参数集，然后按照GQM方法的框架，从不同角度出发，制定装备软件可靠性度量目标，列出为实现目标需要回答的一系列问题，进而以回答问题的方式，确定不同情况下适用的软件可靠性参数，最终建立装备软件可靠性参数体系。

计算机软件，可靠性参数选取，GQM，装备软件

0 引言

随着装备信息化程度的提高，装备软件的数量和规模急剧增加，而且软件常起着非常关键的作用。同时，软件故障已经成为导致装备故障的主要原因［1］。但目前军方尚无保证装备软件可靠性的有效措施。装备软件可靠性存在的突出问题包括：

（1）无软件可靠性定量要求。在装备论证过程中，机械、电子产品都有明确的可靠性定量要求，软件可靠性尚无定量要求，这就无法保证装备软件的可靠性。

（2）缺少对软件开发过程的监管。产品是过程的产物，没有好的软件开发过程就无法保证高的软件产品可靠性。

软件可靠性参数是确定软件可靠性定量要求和对软件开发过程进行监管的基础。本文首先构建装备软件可靠性参数集，然后基于GQM方法，从不同的目标出发，选取装备软件可靠性参数，从而构建装备软件可靠性参数体系。

1 相关研究

在软件可靠性参数体系研究方面，IEEE Std 982.1-1988［2］系统定义了软件可靠性参数，包含39项参数，给出了各参数的定义、计算方法和适用情景。IEEE Std 982.1-2005在IEEE Std 982.1-1988［3］的基础上，删减了部分不常用或不便于度量的参数，并新增了网络可靠性、可用性等参数；文献［4］对软件可靠性参数进行了分类，将软件可靠性参数分为产品成熟度评估参数和过程成熟度评估参数。文献［5］结合船用嵌入式软件，从船舶总体和设备两个层次构建船舶嵌入式软件可靠性参数体系。文献［6］制定了航空装备软件可靠性参数集，指出各参数的适用条件（使用参数、合同参数）和适用范围（机载软件、指挥自动化系统软件等）。文献［7］提出适用于航天软件的可靠性参数集，并分析了各参数的用途、适用阶段、计算方法、数据元素及获得方法。文献［8-9］结合装备特点，提出针对武器装备软件的可靠性参数，如平均严重失效前时间。

在软件可靠性参数选取方面，NUREG/CR-6848［10］提出软件可靠性参数的选取原则，基于这些原则，对软件可靠性参数进行排序，得出适用于软件生命周期各阶段的软件可靠性参数。文献［11］提出基于专家观点对软件可靠性参数进行打分，打分的准则包括可信性、可重复性、相关性和成本效益。文献［12］提出基于AHP的软件可靠性参数选取方法。文献［13］提出基于软件生命周期的可靠性参数选取方法，并建立参数选取原则，包括适用性、易用性和完整性。文献［8-9］针对通用软件可靠性参数和结合装备特点的软件可靠性参数，分别提出参数的选取原则，如对特别关注软件失效发生频率的系统（如操作系统），推荐选用失效率或失效强度。以上针对软件可靠性参数选取开展的研究，多是结合专家观点或是简单提出一些选取原则，造成过分依赖专家主观经验，选取原则在具体问题上也只能起到指导性作用，无法直接产生参数选取结果。针对这些问题，本文提出基于GQM的装备软件可靠性选取方法。

2 装备软件可靠性参数集

由于装备软件的特殊性，度量装备软件可靠性的参数除包括软件可靠性通用参数，还有部分针对装备软件提出的可靠性参数。

2.1 软件可靠性通用参数集

以IEEE Std 982.1-1988［2］、IEEE Std 982.2-1988［14］、IEEE Std 982.1-2005［3］、IEEE Std 1633-2008［15］、GJB 5236-2004［16］为基础，构建通用软件可靠性参数集，如表示1所示。

由于文章篇幅限制，各参数的具体定义、计算方法、数据需求和适用场景等参见文献［2-3，14-16］。

表1 软件可靠性通用参数集

2.2 装备软件可靠性特有参数集

由于装备软件特殊的应用环境，以及软件失效可能造成的严重后果，在软件可靠性通用参数的基础上，还需要结合装备软件特点，构建更有针对性的装备软件可靠性特有参数。

（1）成功率。成功率是指在规定的条件下，软件完成规定功能的概率。某些一次性使用的系统或设备，如弹射救生系统、导弹系统中的软件，即可选用成功率［8］。

（2）任务成功概率。任务成功概率是指在规定的条件下和规定的任务剖面内，软件能完成规定任务的概率。某些情况下，人们关心无失效地完成任务的概率，如军事飞行任务等，即可选用任务成功概率［8］。

（3）由平均失效前时间派生的参数。对于不同的装备可派生出不同的软件可靠性参数，例如，飞机系统可用平均失效前飞行小时，火炮系统可用平均失效前发数［9］。

（4）平均严重失效前时间。平均严重失效前时间是指仅考虑严重失效的平均失效前时间。所谓严重失效是指使系统不能完成规定任务或可能导致人、物发生重大损失的软件失效或失效组合［9］。

3 装备软件可靠性参数选取

3.1GQM方法

GQM方法是由maryland大学的Victor R.Basili教授和他的同事提出的，最初用于改进软件产品和开发过程，是一种自上而下的、以面向目标的方式构建和选择度量的方法［18］。目标的定义是基于特定的目的（理解、改进、控制）、面向特定的对象（过程、产品）、为特定的问题或质量特性（可靠性、安全性、性能）、从特定的角度（用户、开发者）、拥有特定的环境特征（相关人员、资源、组织）。例如，一个目标可以描述为：在组织Y内（=环境特征）从用户的角度（=角度）提高（=目的）产品（=对象）的可靠性（=问题或质量特性）。

为实现每个目标，往往会引出多个问题。目标处于抽象和概念层次，问题是对目标的提炼，具有更强的可操作性。通过回答这些问题应能确定目标得到实现。每个问题以度量的方式得到回答。每个问题会定义多个度量，同一个度量可能会用于回答多个问题，如图1所示。

图1GQM模型

GQM方法提供一个软件度量构建和选取框架，包含如下3步［19］：

（1）通过调研相关人员和查阅可得的产品或过程描述，列出针对产品或过程的主要目标；

（2）基于每个目标中提出一些问题，在判断目标是否达到时必须回答这些问题；

（3）确定为了充分地回答这些问题，必须进行哪些测量。

GQM方法提供了自上而下的度量构建和选取方法，以及自下而上的数据采集和解释方法，具有很强的灵活性和可操作性。

3.2 基于GQM的装备软件可靠性参数选取

军方（用户）和软件开发人员是装备软件的主要参与者，他们对软件可靠性的关注重点有所不同，如军方更关注软件使用过程中的失效频度，而开发人员可能更关注软件中的残留缺陷数量。从质量和风险控制角度出发，需要度量软件产品和开发过程中与可靠性相关的质量特性。另外，装备软件生命周期各阶段划分比较清晰，应明确各阶段需重点关注的可靠性问题。从不同角度出发制定的软件可靠性度量目标如表2所示，表中同时列出了为实现度量目标需要回答的问题。

为了回答表2中提出的问题，需要从软件可靠性通用参数集和装备软件可靠性特有参数集中选取适用的参数。下页表3中列出为了回答各问题，选用的软件可靠性参数。

表2 软件可靠性度量目标以及引出的问题

4 结论

基于度量目标选取适用的软件可靠性参数是保证和提高装备软件可靠性的基础。不恰当的可靠性参数不仅使度量工作难以开展，而且还可能给出错误的可靠性度量结果。本文首先分别构建了软件可靠性通用参数集和装备软件可靠性特有参数集，然后按照GQM方法的框架，选取出适用于不同度量目标的软件可靠性参数，进而建立装备软件可靠性参数体系。

［1］谢春燕，李为民.武器装备软件的可靠性分析综述［J］.现代防御技术，2004，32（3）：39-43.

表3 为回答问题选用的软件可靠性参数

［2］IEEE Std 982.1-1988.IEEE Standard Dictionary of Measures to Produce Reliable Software［S］.New York：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，1988.

［3］IEEE Std 982.1-2005.IEEE Standard Dictionary of Measures of the Software Aspects of Dependability［S］.New York：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，2005.

［4］LI X B.Software Reliability Measurement：A Survey［D］. Quebec：Concordia University，2002.

［5］蒋炎坤，愈强，许健.船用嵌入式软件可靠性及其参数研究［J］.电子产品可靠性与环境试验，2005，23（2）：40-45.

［6］辛文逵，赵彬.航空装备软件可靠性参数研究［J］.装备指挥技术学院学报，2006，17（4）：105-108.

［7］石柱，郑重.软件可靠性度量实例研究［J］.系统工程与电子技术，2011，33（1）：233-236.

［8］周卫东.组合导航系统应用软件可靠性研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2006.

［9］陆民燕.软件可靠性工程［M］.北京：国防工业出版社，2011.

［10］U.S.Nuclear Regulatory Commission Office of Nuclear Regulatory Research.Preliminary Validation of A Methodology for Assessing Software Quality，NUREG/CR-6848［R］. Springfield：U.S.Department of Commerce National Information Service，2010.

［11］LI M，Carol S S.A Ranking of Software Engineering Measures Based on Expert Opinion［J］.IEEE Trans.on Software Engineering，2003，29（9）：811-823.

［12］Li H F，Lu M Y，Li Q Y.Software Reliability Metrics selecting MethodBasedonAnalyticHierarchyProcess［C］//Proc.ofthe SixthInternationalConferenceonQualitySoftware，2006.

［13］孟令中，陆民燕，张超群.基于软件生命周期的软件可靠性度量选取与应用［C］//第六届中国测试学术会议，2010：468-473.

［14］IEEE Std 982.2-1988.IEEE Guide for the Use of IEEE Standard Dictionary of Measures to Produce Reliable Software［S］.New York：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，1988.

［15］IEEE Std 1633-2008.IEEE Recommended Practice on Software Reliability［S］.New York：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，2008.

［16］GJB 5236-2004.军用软件质量度量［S］.北京：总装备部军标出版发行部，2004.

［17］张文阁.信息化装备软件故障定位模型构建［J］.四川兵工学报，2013，34（8）：100-102.

［18］Huang J L，Behrouz H F.Intelligent Software Measurement System for Automating the Goal-question-metrics Process［C］//Proc.of the 18th IEEE International Conference on Tools with Artificial Intelligence，2006.

［19］Norman E F，Shari L P.Software Metrics：A Rigorous and Practical Approach（second editon）［M］.PWS Publishing Company，2004.

Selection of Equipment Software Reliability Metrics Based on GQM

HAN Kun1，WU Wei2，CHEN Shou-hua1，SHUAI Yong1
（1.Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China；2.Institute of Special Vehicle，Beijing 100072，China）

Aiming at the problem of no equipment software reliability quantitative requirement and lacking of supervision to development process，a method for selecting of equipment software reliability metrics based on GQM（Goal-Question-Metric）is proposed.Firstly，universal metrics of software reliability and specific metrics of equipment software reliability are set up separately.Secondly，following the framework of GQM，goals of equipment software reliability measurement are established from different point of view，and a series of questions are listed according to the goals.Software reliability metrics suitable for specific situation are selected in way of answering question，and system of equipment software reliability metrics is established finally.

computer software，selection of reliability metrics，GQM，equipment software

TP311

A

1002-0640（2015）04-0107-04

2014-02-05

2014-03-07

韩 坤（1985- ），男，河南夏邑人，博士研究生。研究方向为软件可靠性度量和建模。