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Softwarezuverlässigkeitsbewertung unter Berücksichtigung der mit vorgefertigten Komponenten gewonnenen Betriebserfahrung

Für sicherheitskritische Einsatzgebiete von Software-Systemen ist der Nachweis eines gewissen Grades an Softwarezuverlässigkeit notwendig und teilweise auch vorgeschrieben. Hierbei ist nicht die Anzahl der in der Software enthaltenen Fehler entscheidend, sondern ihr Auftreten während der Laufzeit. Die Zuverlässigkeitsbewertung erfolgt deshalb auf Basis einer dem Betriebsprofil möglichst entsprechenden Testphase.

Wie in früheren Jahresberichten bereits dargestellt, befasste sich das Projekt zunächst mit der Erfassung der im Einsatz gewonnenen Betriebserfahrung und ihrer Visualisierung zum Zweck der Herleitung und Dokumentation entsprechender Operationsprofile. Hierzu wurde ein Werkzeug erstellt, mit welchem zu einer vordefinierten Java-Komponente, alle externen Methodenaufrufe mittels eines Wrappers zur Laufzeit protokolliert werden können. Die auf diese Weise umgesetzte Protokollierung der Aufrufe zur Laufzeit dient als Basis für weitere Untersuchungen, inwieweit eine objektive Entscheidung bezüglich des Bedarfs an Nachtesten vorgegebener, in einem neuen Kontext wiederzuverwendender Funktionalitäten systematisch herbeigeführt werden kann.

Darauf aufbauend wurde in einem weiteren Teilprojekt die Erfassung der künftig zu erwartenden Software-Beanspruchung untersucht und an einem realen, medizinischen System zur Kalibrierung von Hörgeräten umgesetzt. Anhand dieser Information kann der Testprozess dem künftigen Einsatz dadurch angepasst werden, dass die Testfälle mit einer betrieblich repräsentativen Häufigkeit ausgewählt werden. Damit lassen sich die Testergebnisse mit Hilfe von Zuverlässigkeitsmodellen unmittelbar in Kenngrößen zur Schätzung der operationalen Zuverlässigkeit übertragen.

Zudem wurde in der Vergangenheit der Einsatz statistischer Hypothesentests zur quantitativen Abschätzung der Zuverlässigkeit untersucht. Hierbei können aus einer vorausgegangenen Testphase bzw. aus der bei früheren Einsätzen der Software gewonnenen Betriebserfahrung zu einer vorgegebenen Aussagesicherheit eine obere Schranke für die Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt werden. Bei Wiederverwendung vorgefertigter Komponenten führt der Einsatz derartiger Schätzverfahren auf die Untersuchung der Komposition einzelner komponentenspezifischer Zuverlässigkeitsaussagen zu einer systembezogenen Gesamtaussage. Hierfür wurden Ansätze und Verfahren hergeleitet, die eine weitestgehend verlustfreie, architekturspezifische Kombination der mit Komponenten gewonnenen Zuverlässigkeitskenngrößen erlauben, wobei darüber hinaus auch Techniken zur Sensitivitätsanalyse und zur Optimierung des Nachqualifizierungsprozesses erarbeitet wurden.

Des Weiteren wurde auch die Frage untersucht, wie vorliegende Informationen bezüglich des bisherigen Betriebseinsatzes von Komponenten erfasst, analysiert und im Hinblick auf die Zuverlässigkeitsbewertung statistisch ausgewertet werden können. Hierfür wurde eine allgemeine Vorgehensweise erarbeitet, welche die Erfassung, Analyse und Auswertung statistisch relevanter operationaler Daten erlaubt. Zur Unterstützung wurde ein entsprechendes Verfahren konzipiert und im Rahmen einer Diplomarbeit auch implementiert. Der Ansatz basiert auf der Bestimmung verschiedener Korrelationsmetriken und der Extraktion einer statistisch unabhängigen Teilmenge der erfassten Betriebsdaten durch den Einsatz genetischer Algorithmen.

Zur Untersuchung der praktischen Anwendbarkeit dieser Leitlinie wurde eine industrielle Kooperation mit der Firma ZF Friedrichshafen AG erfolgreich durchgeführt. Hierbei stand die Erprobung der Einsetzbarkeit der erarbeiteten Verfahren anhand einer Getriebesteuerungssoftware im Vordergrund.

Dieses Forschungsprojekt wurde im vergangenen Berichtszeitraum schließlich durch die Fertigstellung einer Dissertation mit dem Titel „Quantitative Bewertung der Softwarezuverlässigkeit komponentenbasierter Systeme durch statistische Auswertung der Betriebserfahrung“ abgeschlossen und ist in der Reihe Arbeitsberichte des Department Informatik erschienen.

Projektleitung:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Francesca Saglietti

Beteiligte:
Dr.-Ing. Sven Söhnlein, Dipl.-Inf. Herbert Reiter

Stichwörter:
Software-Zuverlässigkeit; Operationsprofile; Komponenten

Laufzeit: 1.5.2003 - 31.10.2010

Publikationen
Saglietti, Francesca: Certification and Licensing of Pre-Developed Components for Safety-Relevant Applications. In: Colnaric, M. ; Halang, W. A. ; Wegrzyn, M. (Hrsg.) : Real-Time Programming 2004 (WRTP 2004) (28th IFAC / IFIP Workshop on Real-Time Programming (WRTP 2004) and International Workshop on Software Systems (IWSS 2004), Istanbul (Turkey), 6 - 8 September 2004). Oxford : Elsevier for International Federation of Automatic Control (IFAC), 2005, S. 13 - 18. - ISBN 0-08-044582-9
Saglietti, Francesca: Licensing Reliable Embedded Software for Safety-Critical Applications. In: Real-Time Systems, The International Journal of Time-Critical Computing Systems 28 (2004), Nr. 2/3, S. 217-236
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca: Auswertung der Betriebserfahrung zum Zuverlässigkeitsnachweis sicherheitskritischer Softwaresysteme. In: Klenk, Herbert ; Keller, Hubert B. ; Plödereder, Erhard ; Dencker, Peter (Hrsg.) : Automotive - Safety & Security 2008 (Sicherheit und Zuverlässigkeit für automobile Informationstechnik Stuttgart 19. - 20. 11). Aachen : Shaker Verlag, 2008, S. 179-188. (Softwaretechnik) - ISBN 978-3-8322-7681-2
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca: Nachweis hoher Softwarezuverlässigkeit auf der Basis von Test- und Betriebserfahrung mit wiederverwendbaren Komponenten. In: Alkassar, A. ; Siekmann, J. (Hrsg.) : Sicherheit 2008 (Sicherheit - Schutz und Zuverlässigkeit Saarbrücken 2. - 4. April 2008). Bonn : Gesellschaft für Informatik, 2008, S. 303-314. (Lecture Notes in Informatics (LNI) - Proceedings Bd. P - 128) - ISBN 978-3-88579-222-2
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca: Software Reliability Assessment by Statistical Analysis of Operational Experience. In: ERCIM News (European Research Consortium for Informatics and Mathematics) (2008), S. 17
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca: Reliability Estimation of Component-based Software by Evaluation of Operating Evidence of Software Components. In: Università di Pavia (Veranst.) : EUROMICRO WIP (EUROMICRO 2008 Parma (I) 3.9.2008 - 5.9.2008). 2008, S. -.
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca ; Bitzer, Franz ; Baryschew, Siegfried: Software Reliability Assessment for a Gearbox Controller by Analysis of Operating Experience. In: IEEE Computer Society (Veranst.) : Supplemental Proceedings (20th International Symposium on Software Reliability Engineering Mysuru (India) November 2009). 2009, S. -.
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca ; Bitzer, Franz ; Baryschew, Siegfried: Zuverlässigkeitsbewertung einer Getriebesteuerungs-Software durch Auswertung der Betriebserfahrung. In: Softwaretechnik-Trends 29 (2009), Nr. 3, S. 41-46
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca ; Bitzer, Franz ; Meitner, Matthias ; Baryschew, Siegfried: Software Reliability Assessment Based on the Evaluation of Operational Experience. In: Müller-Clostermann, Bruno ; Echtle, Klaus ; Rathgeb, Erwin P. (Hrsg.) : Measurement, Modelling, and Evaluation of Computing Systems and Dependability and Fault Tolerance (15th International GI/ITG Conference, MBB & DFT 2010 Essen (D) 15 - 17 March 2010). Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2010, S. 24-38. (Lecture Notes in Computer Science Bd. 5987) - ISBN 978-3-642-12103-6
Söhnlein, Sven: Quantitative Bewertung der Softwarezuverlässigkeit komponentenbasierter Systeme durch statistische Auswertung der Betriebserfahrung. Erlangen, Universität Erlangen-Nürnberg, Diss., 2010 (Arbeitsberichte des Department Informatik Bd. 43, Nr. 1) . - 200 Seiten. ISSN 1611-4205
Söhnlein, Sven ; Saglietti, Francesca ; Meitner, Matthias ; Bitzer, Franz: Bewertung der Zuverlässigkeit von Software - Betriebserfahrung an einer Getriebesteuerung nutzen. In: Automatisierungstechnische Praxis (atp edition), Oldenbourg Industrieverlag 52 (2010), Nr. 6, S. 32-39
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