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网络管理软件可靠性实施方法 摘要 在现代通信系统中，网络管理系统是通信网络的重要组成部分， 为保证通信系统经济、高效、可靠和安全的运行，一个完整的网络管 理系统是不可缺少的。随着通信技术的高速发展，网络规模不断扩大， 网络复杂性日益提高，为了提高服务质量和降低运行成本，对网络管 理系统的要求越来越多，越来越高。 一个综合的网络管理系统，通常需要管理多厂家，多接口的设备， 能够完成安全管理，故障管理，性能管理，配置管理等主要的网络管 理功能，因而网络管理系统通常是大型、复杂的分布式系统，这对网 络管理软件的可靠性提出了很高的要求。 目前，软件可靠性的理论还有待进一步完善，如何进行软件可靠 性实施也有待进一步探索和研究。本文在对软件可靠性研究的基础 上，结合网络管理软件的特点，分析了网络管理软件可靠性模型，软 件可靠性指标分配，可靠性设计，可靠性测试等问题，并且提出了网 络管理软件可靠性实施的方法。 基于提出的方法，在一个实际的网络管理软件进行了应用， 并分析了实际运用的效果，最后提出了该领域的亟待解决的问 题。 关键词：网络管理，软件可靠性，可靠性工程 r e s e a r c ho ns o f t w a r er e l i a b i l i t yo f n e t w o r km a n a g e m e n ts o f t w a r e a b s t r a c t n m s ( n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m ) i sa l li m p o r t a n tp a r to ft e l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k i ti sa l s oa r li m p o r t a n tm e t h o dt oa s s u r et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kt ow o r k n o r m a l l y ，e c o n o m i c a l l y ，e f f i c i e n t l y , s t a b l ya n ds a f e l y t h en m s s o f t w a r ei sap a r to f n m s ，i ts h o wt h ef u n c t i o n so fn m s t oc u s t o m e r sd i r e c t l y w i t ht h eu s i n go fn m s ， p e o p l ea r ei m p r o v i n gt h e i rr e q u e s to nt h eq u a l i t yo f n m ss o i h v a r e s o f t w a r er e l i a b i l i t yi sak e yf a c t o rt oa s s u r et h eq u a l i t yo fn m s i nt e r m so ft h e p r e s e n tm e t h o d o l o g ya n dt h ec h a r a c t e r so fn m ss o f t w a r e ，t h i sp a p e rp r e s e n t san e w a p p r o a c ha st oh o w t on l a k es u r es o f t w a r er e l i a b i l i t yo fan m ss o f t w a r eb o t hf r o ma t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv i e w t h i sm e t h o di sd e s c r i b e db yt h r e ep e r i o d s ，i n c l u d i n g s o f t w a r er e l i a b i l i t ym o d u l e ，r e l i a b i l i t yd e s i g na n dr e l i a b i l i t yt e s t ar e l i a b i l i t yp r a c t i c e i sa l s oi n t r o d u c e dw h i c hh a v eb e e na p p l i e dt oan m ss o f t w a r eo fw d m s o m e a s p e c t st h a tn e e df u r t h e ri n v e s t i g a t i o na r em e n t i o n e d 砒t h ee n d k e yw o r d s ：t m n ，m a n a g e m e mo f n e t w o r k ，s o f t w a r er e l i a b i l i t y 北京邮电大学硕士学位论文网络管理软件可靠性实施方法 术语 c o r b ac o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e 公共对象请求代理体系 d c n g u i m f n e 0 s i s d h d a t ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r k 数据通信网 g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e s 图形用户接口 m e d i a t i o nf u n c t i o n 协调功能 n e t w o r ke l e m e n t网元 o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n 开放系统互连 s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y同步数字体系 5 3 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：复珞蜇 日期：独生三二留 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释： 本人 导师 ，一3 一可 北京邮电大学坝，l 学位论文网络管理软件可靠性实施方法 1 1 研究背景 第一章前言 随着通信与计算机技术的持续高速发展，通信网络规模不断扩大，网络复 杂性日益提高：同时，随着社会经济的发展，人们通信需求的不断增长，各种 电信新技术、新业务被先后引入通信网络。因此，为适应技术进步与网络发展 的趋势，最大限度地利用通信网络资源，降低运营成本，提高服务质量，伴随 着网络与业务的发展，需要建设高质量的通信网络管理系统。 在网络管理系统建设的实践中，人们愈发清楚地认识到，网络管理系统是 通信网络的重要组成部分，是保证网络正常、经济、可靠、安全运行的重要支 撑手段。同时，人们从网络管理研究、开发、建设过程中逐渐对网络管理系统 建设中的基本问题、难点和规律有了更加深入的理解，提出了一系列解决问题 的思路和方法，如 n s a ( n e t w o r k s e r v i c e a p p l i c a t i o n ) 巾】、t m n ( t e l e c o m m u n i c a t i o n sm a n a g e m e n tn e t w o r k ) f i 】、c o r b a ( c o m m o no b j e e tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) t 2 】等。在这些工程化的网络管理技术与标准的指导下，网络 管理系统的建设得以迅速有效开展。 随着网络管理系统的应用，越来越多的科研人员、网络管理系统提供商等 都会遇到如何保证网络管理系统的质量和可靠性，在对已有的网络管理系统进 行扩充和改进之后如何继续保持其质量和可靠性等问题。 网络管理系统的目的是为了对整个网络进行监控和管理。需要对网络的配 置和各项性能和告警数据进行监控和分析。这就注定了网络管理软件是一个大 型复杂的分布式软件。网络管理软件的可靠性是保证网络管理系统质量和可靠 性的关键因素，提高网络管理软件的可靠性，可以大幅度地提高网络管理的质 量。 1 2 论文要解决的问题 目前，软件可靠性的研究是软件工程中的一个难点，没有形成统一的方法 和系统理论。对网络管理系统应用软件可靠性的研究更少。本论文试图用一般 的软件可靠性研究方法，对网络管理软件可靠性的方法和特征进行研究，提出 自己的看法，并进行应用。 北京邮电大学硕士学位论文网络管理软件可靠性实施方法 1 3 论文结构 本文共五章。 第一章描述问题的背景和所要解决的问题； 第二章简要介绍软件可靠性理论和网络管理理论； 第三章进行网络管理软件可靠性研究； 第四章讲述网络管理软件可靠性在w d m 网络管理系统中的应用； 第五章为结束语。 1 4 研究生期间工作 在研究生期间，作者参加了多个网络管理软件项目的研发、测试和质量管 理工作。对网络管理方面的相关技术特别是网络管理软件开发技术有了一定的 认识和理解。攻读学位期间的工作主要有： s d h 传送网网络管理系统的开发和测试 项目简介：s d h 传送网网络管理系统实现了对s d h 传送网中多厂商， 多接口的网络设备进行统一监控，适配了c o b r a ，t c p i p 等多种类 型的接口。软件结构分为三层：适配层，应用层，和表示层。 作者参加的工作：v i s u a ls t u d i o 下的界面开发和编码；w 曲开发和编 码；u n i x 下的单元测试和系统测试；单元测试和系统测试的相关文档 的撰写。 值勤维护系统的设计和开发 项目简介：值勤维护管理系统是大型的m i s 系统，系统至今完成了前 期的设计工作，进入了编码阶段。它实现了对某单位的值勤情况的流 程。系统分为c s 子系统和b s 子系统。 作者参加的工作：系统需求调研，d c m o 子系统的制作；系统解决方案 的编写；系统总体设计和详细设计；数据库设计；v i s u a ls t u d i o 下界 面开发和编码，w e b 开发和编码。 软件可靠性的研究 研究简介：依托w d m 网络管理系统，研究软件可靠性，包括软件可 靠性模型，结构模型，软件可靠性分析，软件可靠性测试等内容。 作者参加的工作：软件可靠性论证，软件可靠性保证大纲，软件可靠 性测试计划等。 备品备件管理系统的设计和开发 北京邮 乜人学硕一二学位论文 网络管理软件可靠性实施方法 项目简介：备品备件管理系统是一个大型的m i s 系统，实现了对某单 位备品备件的管理流程。 作者参加的工作：系统模块设计，w e b 编码。 配置管理系列软件功能和性能评估 研究简介：学习软件配置管理相关工具，对软件配置管理工具c v s ， f i r e f l y , 等配置管理软件进行功能和性能评估。 作者参加的工作：配置管理工具f i r e f l y 功能和性能测试分析报告，配 置管理工具c v s 功能和性能测试分析报告。 北京邮电大学硕士学位论文网络管理软件可靠性实施方法 2 1 软件可靠性概述 2 1 1 前言 第二章综述 随着计算机技术迅猛发展和应用，软件的规模也越来越大，复杂性急剧 提高。软件失效已成为系统瘫痪的主要原因。软件危机使得软件可靠性研究 在国际上十分活跃。 2 1 1 1 软件可靠性与硬件可靠性的区别 软件可靠性与硬件可靠性之间主要存在以下区别唧： 硬件有老化损耗现象，硬件失效是物理故障，是器件物理变化的必然结 果，有浴盆曲线现象；软件没有物理意义上的磨损现象，有陈旧落后的问题， 没有浴盆曲线现象。 硬件可靠性的决定因素是时间，受设计、生产、运用的所有过程影响， 软件可靠性的决定因素是与输入数据有关的软件差错，是输入数据和程序内 部状态的函数，更多地决定于人。 硬件的纠错维护可通过修复或更换失效的系统重新恢复功能，软件只有 通过重新开发。 对硬件可采用预防性维护技术预防故障，采用断开失效部件的办法诊断 故障，而软件能否采用这些技术，还需要深入的研究。 事先估计可靠性测试和可靠性的逐步增长等技术对软件和硬件有不同的 意义。 为提高硬件可靠性可采用冗余技术，而同一软件的冗余不能提高可靠性。 硬件可靠性检验方法已建立，并已标准化且有一整套完整的理论，而软 件可靠性验证方法仍未建立，更没有完整的理论体系。 硬件可靠性已有成熟的产品市场，而软件可靠性产品市场还在发展中。 软件错误是永恒的，可重现的，而一些瞬间的硬件错误可能会被误认为 是软件错误。 总的说来，软件可靠性比硬件可靠性更难保证，设计方法和实施方法的 难度要搞高于硬件可靠性。当前状况下，软件系统的可靠性比硬件系统的可 靠性要低一个数量级。 4 北京邮咆大学石贞l 学位论文剐络管理软件可靠性实施方法 2 1 1 2 影响软件可靠性的因素 软件可靠性是关于软件能够满足需求功能的性质之一，软件不能满足需 求是因为软件中的差错引起了软件故障。 软件差错是软件开发各阶段潜入的人为错误： 1 需求分析定义错误。如用户提出的需求不完整，用户需求的变更未及 时消化，软件开发者和用户对需求的理解不同等等。 2 | 设计错误。如处理的结构和算法错误，缺乏对特殊情况和错误处理的 考虑等。 3 编码错误。如语法错误，变量初始化错误等。 4 测试错误。如数据准备错误，测试用例错误等。 5 文档错误。如文档不齐全，文档相关内容不一致，文档版本不一致， 缺乏完整性等。 从上游到下游，错误的影响是发散的，所以要尽量把错误消除在开发前 期阶段。 错误引入软件的方式可归纳为两种特性：程序代码特性，开发过程特性。 程序代码一个最直观的特性是长度，另外还有算法和语句结构等，程序 代码越长，结构越复杂，其可靠性越难保证。 开发过程特性包括采用的工程技术和使用的工具，也包括开发者个人的 业务经历水平等。 除了软件可靠性外，影响可靠性的另一个重要因素是健壮性，对非法输 入的容错能力。 所以提高可靠性从原理上看就是要减少错误和提高健壮性。 2 1 1 3 软件可靠性的发展和研究现状咖 软件可靠性发展起源于2 0 世纪7 0 年代，至今发展3 0 多年的时间。大致 分为以下几个阶段。 1 9 6 8 1 9 7 8 。软件可靠性理论创立。在软件危机的刺激和推动下，软件工 程学得以建立和发展。但是它没有能力满足系统丌发中软件可靠性定量评估 的要求。于是一些著名的软件工程学家开始致力于利用和改造硬件可靠性工 程学成果，并移植到软件领域。这个阶段，软件可靠性数学模型开始出现， 例如j m 模型，s h o o m a n 模型等等。此外，软件失效数据的积累和分析工 作有初步进展。但是由于技术的不成熟和其他因素，软件质量和可靠性问题 还在理论研究的范围之内，并没有得以运用。 1 9 7 8 至今。软硬件技术飞速发展，信息在社会中占了成为了主导，计算 北京邮电大学硕士学位论文网络管理软件可靠性实旖方法 机软件的重要性更加突出，软件可靠性研究逐渐旺盛。软件设计，测试技术 有所提高。各种改进后的软件可靠性模型相继推出，模型验证和使用收到重 视，软件可靠性管理技术开发列入日程，软件可靠性标准化工作开始起步。 硬件可靠性和安全性分析中采用的故障树分析法和故障模式效应分析法已经 开始在软件中使用。1 9 8 8 年a t & t 实验室编写了“软件可靠性工程”内部教 材，此后软件可靠性工程这个术语很快为科技界所接受，软件可靠性开始从 理论研究向工程应用过渡。 纵观软件可靠性3 0 年发展，进步比较明显。然而与硬件可靠性工程相比， 存在很大差距。尤其是在工程应用方面，远不能满足计算机科学和信息社会 发展的需要。同时国内软件可靠性的研究相对起步较晚，比之国外，还有一 定的差距。因而软件可靠性的研究，还任重而道远。 2 1 2 软件可靠性基本概念h 1 5 1 下面介绍软件可靠性的一些基本概念，由于软件可靠性的概念并没有达 成完全的统一，因而下面的可靠性概念采用了国标g b t 1 1 4 5 7 8 9 ： 软件可靠性：( 1 ) 在规定条件下，规定时间内，软件不引起系统失效的 概率，该概率是系统输入和系统使用的函数，也是软件中存在的错误的函数； 系统输入将确定是否会遇到已存在的错误( 如果错误存在的话) 。( 2 ) 规定的 时间周期内，在所述的条件下程序执行要求的功能的能力。 软件可靠性定义中提到的“规定条件”和“规定时间”需要进一步解释。 软件测试和运行时有三种时间度量。第一种是日历时间，日历时间是指日常 生活中使用的日、周、月、年等计时单元；第二种是时钟时间，时钟时间是 指程序从运行开始，到运行结束所用的时分秒，包括等待时间和其他辅助时 间，但是不包括计算机停机占用的时间：第三种是执行时间，执行时间是指 计算记在执行程序时，占用的中心处理器( c p u ) 的时间。 定义中所指的条件，是指环境条件。环境条件包括了与程序存储，运行 有关的计算机及其操作系统。例如计算机的型号，字长，内存容量，外存介 质的数量及容量、输入和输出设备的数量、通信网络、操作系统和数据管理 系统、编译程序、其他支持软件。同时还包括软件的输入分布。 软件失效：( 1 ) 功能部件执行其功能的能力的终结。( 2 ) 系统或者系统 组成部分丧失了在规定的限度内执行所要求的功能的能力。( 3 ) 程序操作背 离了程序需求。 软件错误：( 1 ) 计算、观察、测量的值或者条件和实际的、规定的或理 论上的值或者条件不符合。( 2 ) 导致产生或含有故障软件的人的行动。例如 北京邮电大学硕士学位论文刚络管理软件可靠性实施方法 遗漏或误解软件说明书中用户的需求，不正确的翻译或遗漏设计规格说明书 中的需求。 软件错误和软件失效具有因果关系。可靠性评估和可靠性预计，都需要 软件错误数据。软件中的错误数和程序失效次数不完全相同，一个错误在没 有排除的情况下，可以使软件发生失效。相同的失效现象，可能有不同的错 误组成。在程序中运行中，以失效的形式反映出来的软件错误，只是软件全 部错误的一部分；另一部分隐含的错误也具有造成失效的能力，只是没有被 运行所触发。 软件可靠性结构模型：可靠性结构模型是指用于反映系统结构逻辑关系 的数字方程。借助这类模型，在掌握软件单元可靠性特征的基础上，可以对 系统的可靠性特征及其发展变化规律做出评价。可靠性模型即可以用于软件 系统的可靠性综合，也可以用于软件系统的可靠性分解。 软件可靠性预计模型：软件可靠性预计模型描述软件失效和软件错误的 关系，是软件失效和运行剖面的关系的数学方程，运用这些模型，可以对软 件可靠性做出定量的预计或者评估。 运行剖面：软件可靠性与环境条件有关。这里的环境条件包括软件的输 入分布。程序启动时，需要给变量赋值，即给变量提供输入数据。输入数据 可能由外部设备输入，也可能早存储在于计算机内。程序运行一次所需的输 入数据构成程序输入空间的一个元素，这个元素是一个多维的变量，全体输 入向量的集合构成程序的输入空间。一组输入数据经过程序处理后，得到一 组输出数据。这组输出数据构成一个输出向量，全部输出向量的集合构成程 序的输出空间。程序的输入空间元素非常庞大，程序运行中每个元素被选用 的概率互不相同，构成一定的概率分布，我们称这个概率为程序的运行剖面。 可靠度：可靠度是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概 率，一般记为r 。它是时间的函数，故也记为r ( t ) ，称为可靠度函数。 2 1 3 软件可靠性实施过程 软件可靠性的实施，离不开一般意义上的软件工程的实施。对软件可靠 性进行建模，可靠性分析和设计，到后期的可靠性测试，贯穿于从产品设想 到发行再到用户使用的整个过程。因而软件可靠性实施的过程，就是在软件 工程各个阶段，为提高软件可靠性，采用各个方法和技术，保证软件可靠性 采取的一系列措施的组合。 软件可靠性实施在软件工程各个阶段的活动如下： 需求分析阶段：软件失效定义，选择可靠性模型。 北京邮电大学硕士学位论文网络管理软件可靠性实旌方法 设计阶段：可靠性指标分配，可靠性设计，开发操作剖面，测试数据准 备。 测试阶段：可靠性增长试验。 验收阶段：可靠性验收试验。 软件可靠性实施过程如下图： 图二- 1 软件可靠性买施过程图 下面对软件可靠性实旖各个阶段做简单的介绍： 软件失效定义：软件失效指的是对用户要求的偏离。不同的系统用户要 求不同，因而软件失效的模式也不同。因而在软件可靠性实施中，首先定义 系统的失效和失效模式，同时，定义失效严重程度类，对软件失效定义不同 的程度等级。 可靠性模型选择：软件可靠性模型是进行软件可靠性测试和分析的基础， 截止到现在，软件可靠性模型已经提出了上百种。然而，每个模型都有自己 的适用范围，没有一个普遍适用的模型可以对所有的软件产品都做出合理的 评价和预测。因而在软件工程的初期要选择合适的可靠性模型。软件可靠性 建模是软件可靠性研究的重要方面，但是由于本文是从软件可靠性实旌的角 度进行分析，因而不讨论软可靠性建模的理论问题。 软件可靠性指标分配：随着科学发展，软件变得越来越庞大和复杂，大 型复杂的软件系统实施可靠性分析也越来越困难。解决这个难题的途径是进 行系统结构分解，即将系统分解为若干结构相对简单的子系统，并且把可靠 性指标分配到各个子系统中，对子系统的可靠性特征进行分析，然后再对系 统的可靠性进行分析。 软件可靠性设计：软件可靠性设计是指在常规软件设计中，应用各种必 北京| | j | j 电人学硕士学位论文网络管理软件可靠性实施方法 需的方法和技术，使程序设计在兼顾用户的各种需求的同时，全面满足软件 的可靠性要求。其中包括容错设计、避错设计、纠错设计、改错设计。 丌发运行剖面：在软件可靠性测试之前应该开发运行剖面，以保证测试 阶段可以按照用户使用的方式进行测试。 软件可靠性增长测试一般在系统测试阶段进行，利用软件可靠性模型进 行失效数据分析，从而指导开发和发布。确认测试是指系统发布或交付前， 为验证软件可靠性是否符合指标所做的测试。软件可靠性测试应该是面向故 障的测试，以用户将要使用的方式来测试软件，每一次测试代表用户将要完 成的一组操作，使测试成为最终产品使用的预演。 上述的可靠性实施过程并不是一成不变的。实际实施过程中，可能会有 循环和反馈，就像软件可靠软件工程中，一些需求和体系结构在测试之后可 能会发生变化一样，可靠性实施的不合理或者不完善将可能返回以前的步骤 重新进行。 网络管理软件的可靠性实施也不例外，文章要解决的问题就是如何在网 络管理软件的工程实施中运用可靠性技术，完成上述的各个步骤，从而满足 网络管理软件的可靠性要求。 2 2 基于t m n 的网络管理 t m n 是i t u t 借鉴o s i 中有关系统管理的思想及技术，用于电信网络管理 的网络体系结构。它使得网络管理系统与电信网在标准的体系结构下，按照 标准的接口和标准的信息格式交换管理信息，从而实现网络管理功能。 t m n 的核心思想是一种网络管理网的概念，它通过引入网络管理接口，将 管理网提供的管理业务与电信网提供的电信业务相分离，在保持接口相对稳 定的同时，尽量屏蔽了电信网络技术和网络管理技术的发展对彼此的影响。 同时，t m n 综合运用抽象技术对被管资源进行抽象，运用分层处理技术简化 对问题的处理，运用软件重用的思想，缩短网络管理系统的开发周期，提高 网络管理软件的质量。 北京邮电大学硕士学位论立网络管理软件可靠性实施方法 图二- 2t m n 和电信网的关系 基于t m n 的网络管理系统属于一种计算机软件系统，所以它除了具有通 常的软件的特点，也具有它自己的特殊性。 1 五大管理功能 t i v l n 管理功能利用o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 系统管理功能并 对其有所拓展，根据应用范围的不同分为五个大类，它们是： 性能管理 性能管理的目的是对网络、网络单元或设备进行性能监视，采集相关的 性能统计资料，评价网络和网络单元的有效性，报告电信设备的状态，支持 网络规划和网络分析。t m n 采集网元的服务质量q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 信息，对改进q o s 提供支持，从而改进网络性能的表现和效率。 性能管理需要完成性能质量保证、性能监视、性能控制、性能分析等任 务。 故障( 或维护) 管理 故障( 或维护) 管理是这样一组功能集，它提供对电信网及其环境的异 常情况处理的支持手段涉及故障的检测、隔离和修复。主要包括可生存性质 量保证、告警监测、故障定位、故障修正、测试、障碍( 报告) 管理。 配置管理 首先解释一个名词：网元( n e ) ，网元是指由一个或多个机框或机盘组 成，能够独立完成一定的传输功能的通信设备。 配置管理对网元网络设备进行整体控制。包括识别网元，从网元收集和 向网元发送与网元配置相关的资料，主要包括五个方面的内容：网络规划与 网络工程、安装、业务规划与合同协商、提供、状态与控制。 账务管理 账务管理不仅仅指账单管理，还包括资费管理、收费与资金管理、财务 1 0 北京邮电大学钡士学位论文网络管理软件可靠性实施方法 审计管理。 因账务管理的特殊性，它往往作为一个独立的管理系统而存在，如运营 商的计费管理系统。所以，实际投入使用的网络管理系统一般不提供账务管 理的功能 _ 安全管理 安全管理功能有三个方面的含意：首先是保证事务处理的安全，这些 功能涉及所有t m n 的管理逻辑分层，包括各层中的系统之间、系统与客户 之间、系统与内部用户之间的认证、访问控制、资料保密、资料的一致性及 不可否认处理等。要保证t m n 本身与电信网的安全，对非法使用网络资 源的事件进行管理。安全的组织管理，即对安全信息的管理，这些安全信 息是保证t m n 和电信网的安全所必需的。 t m n 的目的是当管理业务的各个部分分驻在不同端节点系统上时，将这 部分的交互标准化，使管理业务能与远程的对等层直接进行通信。每一类管 理功能的范畴又可以分出许许多多子功能集。至于一个t m n 的系统应该配 置什么样的管理功能，则取决于所需要的管理业务，和不同的电信设备相关， 并不要求必须具备标准中定义的所有功能。而且多个功能单元既可以集中在 一台机器上，也可以是分布在其它通过网络可以访问的计算机上，分布的功 能单元之间的接口可以是非标准接口，这些接口由网络管理系统开发商自主 决定。 2 分布式体系结构。 网络管理系统应用软件包括图形用户接口( g u i ，g r a p h i c a lu s e r i n t e r f a c e s ) ，管理者( m a n a g e r ) 和代理者( a g e n t ) 三大块。g u i 负责展现网 络管理系统的功能并且把用户的操作转换为命令通过一定的通信机制传递给 管理者m a n a g e r ，m a n a g e r 完成系统的主要网络管理功能，并且为其它系统 提供接口。 g u i 可以分布在不同的用户终端上；而为了负载平衡，合理利用设备和网 络资源，m a n a g e r 中包含的不同子系统( 如告警故障管理、性能管理、配置 管理等) 也可以分布在不同的服务器上；代理者中不同厂家的代理也可以分 布在不同的设备上运行。它们之间通过一定的通信机制相互联系，从而形成 了一个分布式的网络体系结构。 基于t m n 的网络管理应用系统软件体系结构可以表示如图所示。 北京邮电大学硕士学位论文 网络管理软件可靠性实施方法 j 困 通信平台 一一通信平台 一吣口 匝圃臣困 非q 图二一3 基于t m n 的网络管理应用软件系统结构 3 高度强调标准化。 t m n 是一个高度强调标准化的网络，这种标准化体现在t m n 体系结构 和接口上。通过某种技术手段而不是t m n 的标准接口技术，将现有的网络 管理系统互连起来，也可以实现管理网。但是这种非标准的互连而形成的综 合管理系统网络只能满足一时的管理需求，却不能对管理网络将来的发展有 任何保证，因为这种网络没有对外开放标准的共同认同，一旦网上引入新的 业务、新的设备，出现新的网络管理需求时，原有的网络管理系统就无法自 然平滑地进行衔接和发展，也不能实现与其它网络管理系统的互连、互操作。 而在基于t m n 标准的电信管理网中，每一个系统的设计都遵从开放体系标 准，系统的内部功能实现是面向对象的，因此系统软件具备良好的重用性， 可以克服传统管理网络的弊端。 4 多厂商设备互联。 在通信设备市场日益开放的情况下，电信运营商在建设传送网络时，可 以有很大的自由度选择性价比最好的通信设备。同时考虑到成本和安全等各 种因素和制约条件，运营商通常不会仅采用一个提供商的设备。因此，电信 1 2 北京邮电大学坝i 学位论文l 尚9 络管理软件可靠性实施方法 网是一个包含设备厂家众多、设备类型多样的复杂网络，形成了多厂商环境。 这决定了网络管理系统的管理对象是由多厂商的设备构成。 5 跨越多种平台。 网络管理系统的分布式体系结构导致g u i 、m a n a g e r 、a g e n t 可以运行在 不同的设备上，它们对软件、硬件环境的要求，导致它们所运行的平台各异， 例如一个典型的综合网络管理系统运行的设备环境如图所示： g u i m a n a g e r a g e n t 图二- 4 网臂系统运行的设备环境 出于对易用性、易操作性以及设备成本的考虑，g u i 一般运行在微机上， 而微机上的多为w i n d o w s 操作系统。 对于m a n a g e r 和a g e n t 的运行模块，则需要更多的考虑稳定性、安全性 以及设备的性能，所以运行m a n a g e r 的应用服务器一般使用u n i x 操作系统。 数据库服务器则需要考虑稳定性、安全性以及资料吞吐量的因素，因而 往往也会使用u n i x 操作系统。 6 版本不断升级 随着电信技术的不断发展，电信设备和电信网络始终在不断地更新换代， 用户对于网管系统的功能需求也在不断地扩充。网络管理接口的变动、需求 的变化和新技术的出现导致了网管系统必须在原有系统的功能上不断地扩充 新的功能才能满足用户的需求，造成版本不断升级。 7 性能要求高 网络管理系统由于需要管理大量网元的告警和性能信息。进行大量的数据 北京邮电大学硕十学位论文网络管理软件可靠性实施方法 维护工作。同时对告警信息和性能信息进行及时处理，因而网管系统可以处 理突发式信息风暴，达到高性能的要求。 8 用户等级分层 网络管理系统的用户是网络所属单位的各级通信部门。各部门对网络管 理的职责不同，对网络资源管理的范围和重要程度不同，使用网络管理系统 软件的方式和操作模式也不同，因而在系统可靠性中的比重也不同。 可靠性实旌过程中，应该充分考虑上述网络管理软件的特点，进行软件 可靠性指标分配，可靠性设计、和可靠性测试。 1 4 北京邮电大学钡十学位论文网络管理软件可靠性实施方法 第三章网络管理软件可靠性研究 本章中，作者采用可靠性工程的各个阶段，分别描述对网络管理软件可靠性 的理解，从而描述网络管理软件可靠性实施的整个过程。 3 1 可靠性指标定义 软件可靠性指标可以有多种形式来表示，常见的形式有： 平均故障间隔时间( m n 强) _ 软件在某一时刻的可靠度( r ) 一任意时问上的失效强度( 九) 失效区间的概率分布 _ 软件遗留错误数 _ 软件预期交付时间( t ) 其中，有些可靠性指标可以互相转换。 软件可靠性指标的制定者可以是软件的用户，也可以是软件的设计者。如果 是由软件的设计者来制定软件可靠性指标，软件设计者应该充分了解用户的需 求，并且根据丰富的经验制定合理的指标。定的目标太高，可靠性设计难度加大， 难以实现；目标太低，又不能满足用户的需求。 网络管理软件的使用者是网络的管理者，通常网络管理软件是定制的软件， 而非推向市场的软件。因此多数情况下，软件可靠性指标是用户提出的，必须要 达到这个目标，这种情况下应该定义合适的失效和合理的可靠性设计，满足软件 的可靠性目标。 2 失效定义和失效严重程度类 失效严重程度类是指一组单个出现时对用户产生相同影响的实效。对失效进 行分级标准，通常包括人员生命，成本和系统能力的影响f 8 】。人员生命的分级通 常出现在硬件可靠性中，从网络管理服务质量的角度考虑，网络管理软件更适合 采用系统能力影响划分软件可靠性。 定义失效是指根据用户的需要，对程序行为创建消极要求。通过说明系统不 应该做的事，可以给出系统功能的更鲜明定义。定义过程包括为每个严重程度类 以与具体项目有关的，一致的方式归纳这些需求。 北京邮电大学坝十学位论文 嘲络管理软件可靠性实施方法 i e e e 制定了四种失效严重程度等级和卜五种失效模式。如表3 1 所示。 级别服务功能丧失情况 i全部服务功能无法使用 i i 重要服务功能无法使用 i i i 使用不方便，而又急需修复 i v影响轻微，不需急于修复 失效模式如下： 表三1 失效严重程度登记分类表 序号失效模式类别 失效模式 失效等级 1 程序挂起程序挂起 i 2 程序失败 程序不能启动 i 3程序失败程序不能退出 1 i 4 输出问题错误的格式 i v 5输出问题不正确的结果、数据l l l 6 输出问题不完全或遗漏 1 1 1 7输出问题 拼写问题、语法问题 i v 8 输出问题美化问题 i v 9 未能达到预定性能不能满足用户对运行时间 i i i 的要求 l o 未能达到预定性能不能满足用户对数据处理 i l l 量的要求 北京5 帷电大学坝 学位论文列络管理软件可靠性实施方法 卜 未能达到预定性能多用户系统不能满足用户 i i i 数要求 1 2 发现的整个产品失发现的整个产品失效 i 效 1 3 系统错误信息系统错误信息i i i 1 4 其他程序运行改变了系统配置i 参数 1 5其他 程序运行改变了其他程序 i i i 的数据 表- - - 2 失效模式表 上述失效模式具有普遍性。也可以用于网络管理软件。由于多数情况下，网 络管理软件的可靠性由用户定义。并且分布应用广，功能复杂。用户的考虑通常 更注重于网络管理软件提高网络服务的功能和整体运行，这种情况下可以根据情 况只定义整体功能相关的失效模式。 3 3 可靠性预测模型 软件可靠性预测模型是软件可靠性定量分析的基础。以软件可靠性为支撑的 软件可靠性定量分析技术，在软件可靠性开发过程中具有重要作用。它是指导可 靠性测试，预测可靠性增长分析，及时评估软件可靠性水平的重要因素。 软件可靠性预测模型可以分为三类：面向时间的模型，面向输入数据的模型， 面向错误数的模型。面向输入数据的模型和面向错误数的模型概念简单，但是不 能反映可靠度和时间的关系，不能满足网络管理系统进度预计和可靠性预计的需 要，因而网络管理软件宜采用面向时间的可靠性模型。 开发建立可靠性模型包括相当多的理论工作，工具购建和实际经验的积累。 这些工作需要经过多个人年的工作量。形成对比的是，使用建立得很好的模型项 目资源适用适中，因此，作者从可靠性工程的角度，讨论如何选择一个已有的模 型作为网络管理软件可靠性模型。 自从1 9 7 2 年j m 模型提出以来，见诸文章、书籍中的可靠性预计模型已经 达到上百种之多，并且新的模型还在出现。然而，每个模型都有自己的适用范围， 北京邮电大学硕士学位论文 网络管理软件町靠性实施方法 没有一个普遍使用的模型可以对所有的产品都做出评价和预测。有些模型应用于 某类项目中可能效果很好，对于其他项目就不太理想。因而选择哪一个模型进行 项目的可靠性定量分析非常重要。 3 3 1 软件可靠性模型评价标准 首先我们建立模型评价的标准。 选择模型的标准如下： 1 假设质量 2 计算有用的量值 3 投影有效性 4 不同时间段的预测能力 5 可行性( 简单性) 6 应用广泛性 下面对每一个标准作一下简单的介绍。 3 3 1 1 假设质量 任何模型都建立在一定的假设前提上，因而都存在一定的适用范围，只有选 择的模型的假设条件和项目比较接近时，才可以选择此模型。 常见的假设条件有下列几种： 1 程序中的错误数的假设。 关于错误数的假设有两种情况。一种情况假设软件固有错误数n 是一个固 有的常数，这类模型称为有限失效模型。一种模型假设程序中的错误在无限时间 内错误数为无穷，它认为修改错误的过程中有可能引入新的错误，系统永远有残 留的错误。 两种假设条件各有利弊。系统原有的错误数很可能是一个常数，但是在修改 过程中，并不能保证不引入新的错误。但是对于小型的系统来讲，系统的可靠性 是可能达到1 0 0 的。因而，我们认为对于小型的系统，宜采用有限失效模型。 对于大型的系统，由于系统比较复杂，测试过程中引入新的错误的可能性较大， 而且在较长的使用周期内不可能改正所有的失效，可以考虑使用无限失效模型。 网络管理软件是大型的复杂的分布式软件，软件代码量至少几十万，同时网 络管理软件需求变更较大，通常需要对软件进行升级，因而在生存周期内，可以 看成系统中错误永远存在，比较适合采用无限失效模型更为合适。 2 软件错误修正过程：软件错误一旦查处，是否立即修改，修改质量如何。 错误修正过程的假设有下列三种情况：第一种情况假设错误一旦出现，立即 被修改，并且修改过程中不引入新的错误。第二种情况假设错误一旦出现，立即 北京邮电大学砸上学位论文删络管理软件可靠性实施方法 被修改，但是修改成功与否不做要求。第三种情况假设错误一旦出现，不用立即 修改，直到系统不自运行。 分析以上三种假设，测试过程中错误修改质量与开发人员的水平相关。开发 人员并不能保证修改过程中一定可以修改成功，并且不引入新的错误。因而第二 种假设明显要比第一种假设好一些。至于错误出现后，什么时候修改，就看项目 的安排。相对来讲，根据项目的安排，提高测试阶段错误修改的效率，作者更倾 向于错误出现，立即修改的原则。 3 软件错误独立性：程序中各个错误相互独立，各次失效时间间隔也相互 独立。 4 错误数和引起的失效数的关系 错误和失效是两个不同的概念。失效是系统运行行为对用户要求的偏离，是 一种面向用户的概念，而错误指的是系统运行时，引起或者可能潜在的引起失效 的缺陷，是一种面向开发的概念。一个错误有可能导致多个失效。错误数和失效 数的关系假设有下列两种情况：一种情况假设错误数引起的失效数成正比，一种 情况错误对应的失效率是一个随机变数。 分析两种假设条件，对于网络管理软件，各个部分的重要程度不一样，有些 功能经常使用，有些功能相对不常使用，因而错误数和失效数的关系不能简单的 看成正比关系。 5 每个错误出现频率是否一致，错误严重程度如何区分 关丁，错误出现频率和严重程度，有的模型假设错误出现频率一致，错误严重 程度一致。这一点显然不符合网络管理软件系统，常用功能模块的错误出现频率 高，不常用的功能模块错误出现频率低。同时错误严重程度也不一样，因而尽量 避免选择包含此条假设的模型。 6 程序运行环境和预期运行环境相似。 很多程序要求程序运行环境和预期运行环境致。 以上是经常遇到的假设条件，由于可靠性模型较多，不同的模型还会有其他 的假设条件，不可能一一列举。谈到具体模型时还会分析特定模型的假设条件。 选择网络管理软件可靠性模型时，应该从逻辑一致性和软件工程的角度检验它的 假设条件，争取使假设条件和实际工程相符合，同时符合网络管理软件的特点。 3 。3 1 。2 计算有用的量值 量值即是参数，参数和计算公式应该符合下列要求： 1 参数和制定的软件可靠性指标参数相一致或者比较容易推导。 一般的模型会对下面几个参数给出表达式： _ 平均故障间隔时问( m t b f ) 9 北京邮电大学硕士学位论文网络管理软件可靠性实施方法 - 软件在某一时刻的可靠度( r ) _ 任意时间上的失效强度( ) _ 失效区间的概率分布 _ 软件遗留错误数 _ 软件预期交付时间( t ) 2 计算公式应该便于预测未来的软件可靠性的趋势，用来指导软件可靠性增 长测试。 3 3 1 3 投影有效性 投影有效性是模型通过现在和过去失效数据，投影到未来失效行为的能力， 投影有效性的监测方法是对现有数据是否可以很好匹配作为选择。 可以通过实验的方法检验可靠性模型的投影有效性。作者将在下一小节讲述 投影有效性实验。 3 3 1 4 不同阶段的预测能力 模型应该适用软件过程的各个阶段，对于网络管理软件来讲，它应该可以应 用于增长测试阶段和非增长测试阶段，测试验收阶段，并且在各个阶段都不出现 太大的偏差。我们可以通过评价可靠性模型增长测试的前后期来评价可靠性模型 各个阶段的评估能力。 3 3 。1 5 可行性( 简单性) 软件可靠性模型应用于可靠性实施，应该考虑在实际工程中实施该模型的难 度不以过大，具体表现在： 1 数据采集数量适中 2 数据采集难度不宜过大 3 数学模型在概念上简单，不用太深的数学理论，便于用户理解 4 模型参数可以被清晰解释 5 模型参数较少 6 模型参数确定方法可行 一般来讲，软件可靠性模型引入两到三个参数。通常，三个参数的模型较之 于两个参数的模型与失效曲线更吻合。但是对于软件可靠性模型来讲，如果二参 数模型已经可以精确的处理可靠性，就不一定要采用三参数模型。参数越少，更 容易处理，同时软件工程师也能定量的分析参数的物理意义并