Fiabilitatea Software

Succesul misiunilor NASA depinde in primul rand de sistemele in care software-ul are o importanta vitala. Acestea trebuie sa functioneze pentru un anumit timp, in anumite conditii, si de aceea ele trebuie sa fie fiabile. Capacitatea de a masura foarte precis fiabilitatea software si hardware este o parte esentiala a unei misiuni.

Centrul Tehnologic de Asigurarea a Functionarii Software a sistemelor a efectuat, la Centrul NASA de Zboruri in Spatiu, teste legate de impactul fiabilitatii asupra software-ului si practicabilitatea lui. Aceste teste s-au efectuat executand diverse si complicate functii matematice pentru a prezice comportamentul sistemului in timp, pentru a-i creste fiabilitatea si pentru acomodarea cu corectarea erorilor. Prima parte a proiectului a identificat functiile matematice si statistice ce vor fi aplicate testului de fiabilitate software si hardware.

Fiabilitatea sistemelor hardware si software are multe concepte cu o terminologie unica si multe expresii matematice si statistice. In principiu, abordarea se face aplicand modelului, matematica si statistica, dupa informatiile de esec pentru a prevedea comportarea viitoare a sistemului, sau a unei componente a sistemului.

Majoritatea distributiilor statistice folosite in studierea fiabilitatii hardware includ modele matematice ce contin:

-functii exponentiale

-gama

-Weibull

-Poisson

-binomiale

-logaritmice

-Bayes si Markov.

Pentru a putea folosi aceste distributii datele colectate de la sistemele cu erori trebuie sa fie adaptate, corectate cu metoda celor mai mici patrate sau probabilitate maxima. Apropierea dintre modele studiate e verificata prin metode statistice: patratele Chi sau apropierea cea mai buna de model. Deoarece sistemele electrice si mecanice se deterioreaza cu timpul, distributiile de fiabilitate au si ele ca variabila timpul.

In continuare se vor prezenta definitii si descrieri a unor modele de fiabilitate software si cerintele pentru utilizarea lor. Se va mai discuta si despre diferentele hardware si software si impactul asupra modelarii software-lui fiabil.

Esecul este evenimentul sau starea de inoperabilitate, in care orice parte a sistemului nu functioneaza sau nu va functiona conform specificatiilor. Mai poate insemna si ca un sistem sau o componenta a unui sistem nu poate executa o anumita functie intr-o perioada specificata de timp. Esecul mai apare si in momentul in care utilizatorul nu primeste de la sistem rezultatul dorit.

Functia de intensitate a esecului reprezinta rata de schimbare a numarului de esecuri asteptate in raport cu timpul. Timpul mediu intre esecuri e definit ca: o masura standard pentru elemente ce pot fi reparate intr-o anumita perioada de timp. Fiabilitatea este durata probabila de functionare fara esecuri pentru o perioada de timp bine stabilita.

Fiabilitatea software este probabilitatea ca software-ul sa nu cauzeze vreun esec al sistemului pentru o anumita perioada de timp si sub niste conditii bine specificate.

Ingineria fiabilitatii software produce un model de sistem software bazat pe datele de esec achizitionate prin instrumentele speciale despre care am vorbit mai sus. Functiile matematice si statistice folosite in fiabilitatea software necesita anumiti pasi asistati pe calculator.

Ecuatiile pentru modele au parametri estimati folosind tehnici ca metoda celor mai mici patrate. Apoi modelele, de obicei ecuatii cu exponentiale, trebuie sa fie executate. Verificare modelului selectat este validata pentru un set particular de date ce ar trebui sa fie iterate si studiate si ca modele de functii. Cu ajutorul acestor rezultate se face o predictie despre numarul de greseli ramase, sau momentul de timp la care urmatoarea ar aparea si un interval de timp bine stabilit poate fi calculat.

Algoritmii unor modele de succes sunt afisate in tabelele 1 si 2. Tabelul 1 indentifica rata de esec a modelelor ce erau folosite pentru a calcula rate de esec la intervale de esec. Tabelul 2 descrie cateva NHPP modele. Modelele fiabilitatii software sunt in general axate pe doua tipuri de date, fie numarul de esecuri in raport cu timpul, fie perioada de timp intre esecuri. Marea majoritate a modelelor sunt bine cunoscute si au fost folosite din anii 1980 si 1990.

Distributiile exponentiale sunt folosite aproape exclusiv pentru fiabilitatea echipamentelor electronice, functia de probabilitatea fiind distributia X:

f(x) = »e »t.

Aceasta distributie poate fi folosita si ca o distributie de esec, doar daca presupunerea unei rate de hazard constant poate fi justificata, unde rata hazardului este = »[Mann].

Modele ce folosesc aceasta distributie exponentiala includ

-Musa Basic

-Jelinski Moranda

-Jelinski-Moranda De-eutrophication

-Non-homogeneous Poisson process (NHPP)

-Goel-Okumoto

-Schneidewind

-modelele hiperexponentiale. Pentru acestea memoria nu este importanta deoarece esecurile din trecut nu au impact asupra ratei de esec din viitor.

Modelul Weibull este in general o forma a distributiei gamma, logaritmica, exponentiala sau normala ce depinde de valuarea lui ². Variatiile inlcud formele-S de crestere a fiabilitatii si modelul Rayleigh.

Musa foloseste modelul logaritmic si fiecare eroare contribuie diferit la calcularea ratei de esec.