Методи і засоби забезпечення надійності та функційної безпечності програмно-технічних комплексів з урахуванням фізичних і проектних дефектів компонентів

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти. – Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» Міністерства освіти і науки України; Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України. – Харків, 2021. На основі розвитку парадигми фон Неймана і гіпотези про можливість побудови надійних і функційно безпечних систем із недостатньо надійних програмно-апаратних компонентів розроблена методологія оцінювання і забезпечення надійності та функційної безпечності ПТК ІКС КЗ за рахунок опису їх інформаційно-технічного стану, удосконалення принципів зменшення та оцінювання ризиків його порушень внаслідок проєктних і фізичних дефектів і дефектів взаємодії з урахуванням змінності параметрів потоків відмов і відновлень, що забезпечує підвищення точності оцінювання шуканих показників. Удосконалено ймовірнісні моделі оцінювання надійності (безвідмовності) програмних засобів шляхом урахування вторинних дефектів. Розроблено метод оцінювання надійності та функційної безпечності ПТК зі структурно-версійною надмірністю, що забезпечує підвищення точності розрахунку функції готовності та імовірності відмов за загальною причиною. Розроблено моделі оцінювання готовності та функційної безпечності ПТК на самодіагностовних платформах та метод забезпечення функційної безпечності шляхом використання різних варіантів версійної надмірності (диверсності), що підвищило точність оцінок до 5%. Розроблено методи верифікації і валідації програмовних платформ і ПТК на їх основі і результуючий метод оціювання та забезпечення надійності і функційної безпечності ПТК ІКС КЗ, який акумулює всі попередні наукові результати та їх переваги. Він дозволяє виконувати комплексне оцінювання вказаних властивостей і забезпечує досягнення системами рівня функційної безпечності SIL-3. Отримані результати дозволили вирішити науково-прикладну проблему комплексного оцінювання і забезпечення надійності і функційної безпечності програмно-технічних комплексів інформаційно-керуючих систем критичного застосування. Ключові слова: інформаційні-керуючі системи, програмно-технічні комлекси, надійність та функційна безпечність, апаратні засоби, програмні засоби, множина дефектів, дефект проєктування програмних засобів, моделі надійності програмних засобів

Towards a Model-Centric Software Testing Life Cycle for Early and Consistent Testing Activities

The constant improvement of the available computing power nowadays enables the accomplishment of more and more complex tasks. The resulting implicit increase in the complexity of hardware and software solutions for realizing the desired functionality requires a constant improvement of the development methods used. On the one hand over the last decades the percentage of agile development practices, as well as testdriven development increases. On the other hand, this trend results in the need to reduce the complexity with suitable methods. At this point, the concept of abstraction comes into play, which manifests itself in model-based approaches such as MDSD or MBT. The thesis is motivated by the fact that the earliest possible detection and elimination of faults has a significant influence on product costs. Therefore, a holistic approach is developed in the context of model-driven development, which allows applying testing already in early phases and especially on the model artifacts, i.e. it provides a shift left of the testing activities. To comprehensively address the complexity problem, a modelcentric software testing life cycle is developed that maps the process steps and artifacts of classical testing to the model-level. Therefore, the conceptual basis is first created by putting the available model artifacts of all domains into context. In particular, structural mappings are specified across the included domain-specific model artifacts to establish a sufficient basis for all the process steps of the life cycle. Besides, a flexible metamodel including operational semantics is developed, which enables experts to carry out an abstract test execution on the modellevel. Based on this, approaches for test case management, automated test case generation, evaluation of test cases, and quality verification of test cases are developed. In the context of test case management, a mechanism is realized that enables the selection, prioritization, and reduction of Test Model artifacts usable for test case generation. I.e. a targeted set of test cases is generated satisfying quality criteria like coverage at the model-level. These quality requirements are accomplished by using a mutation-based analysis of the identified test cases, which builds on the model basis. As the last step of the model-centered software testing life cycle two approaches are presented, allowing an abstract execution of the test cases in the model context through structural analysis and a form of model interpretation concerning data flow information. All the approaches for accomplishing the problem are placed in the context of related work, as well as examined for their feasibility by of a prototypical implementation within the Architecture And Analysis Framework. Subsequently, the described approaches and their concepts are evaluated by qualitative as well as quantitative evaluation. Moreover, case studies show the practical applicability of the approach