高可靠系統(tǒng)軟件確保若干技術(shù)的研究結(jié)題摘要

本項目研究的主要思路就是在軟件的各個生命周期提供安全性、可靠性、可生存性方面的保障。本項目研究的成果包括三方面的內(nèi)容：（1）PSO啟發(fā)性軟件自動測試用例生成算法，（2）基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件可靠性模型，（3） 軟件系統(tǒng)生存性模型與算法。 在第一方面，針對 PSO測試用例生成算法的早熟和多路徑覆蓋存在的效率問題進(jìn)行了研究，改進(jìn)了PSO測試用例生成算法，提高測試用例生成效率。 在第二方面，針對軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高的情況下，現(xiàn)有大部分軟件可靠性模型的評估復(fù)雜度大，計算成本高等問題，提出一種低復(fù)雜度、基于構(gòu)件的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可靠性模型。并對軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有魯棒性。 在第三方面，針對軟件系統(tǒng)的生存性評估分別提出了：基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境的系統(tǒng)生存性模型、基于依賴關(guān)系的服務(wù)生存性保障模型、可靠的分布式系統(tǒng)生存性保障模型。 本項目的上述研究成果從軟件測試、可靠性評估和生存性角度為軟件系統(tǒng)提供了安全性、可靠性、可生存性方面的保障。 2100433B

現(xiàn)在很多軟件都在不同程度上具有脆弱性和功能執(zhí)行的非預(yù)期性，軟件確保的職責(zé)就是把這些風(fēng)險減少至最低。高可靠系統(tǒng)軟件通常應(yīng)用于對國民經(jīng)濟(jì)、政治有重大影響的領(lǐng)域，確保其軟件安全尤為重要。本項目首先對影響高可靠系統(tǒng)軟件的可靠性影響因子進(jìn)行研究，建立基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的軟件可靠性預(yù)測模型；其次在該模型基礎(chǔ)上進(jìn)行基于軟件缺陷的自動測試技術(shù)研究，具體思路是首先進(jìn)行軟件測試用例自動生成算法研究，構(gòu)建基于最優(yōu)測試剖面（OTP）和軟件操作剖面（SOP）測試優(yōu)化；最后，采用第二階段的測試結(jié)果，結(jié)合第一階段可靠性預(yù)測模型，對可靠性的影響因子進(jìn)行形式化描述，構(gòu)建一個新的可靠性量化評估模型。本項目對提高高可靠系統(tǒng)軟件的可靠性及量化評估都提供了一種非常有益的思路。

（一）加強計劃停電的全過程管理和先進(jìn)技術(shù)的運用，減少停電時間

1.供電企業(yè)根據(jù)相關(guān)規(guī)程、制度制定的計劃檢修，是將時間周期作為設(shè)備檢修的基礎(chǔ)，只要到了計劃檢修的時間周期，在無特殊情況下都必須進(jìn)行設(shè)備大修或小修。這種檢修制度對保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行能起到以預(yù)防為主的積極作用。因此在計劃停電的安排上，需要供電企業(yè)嚴(yán)格把關(guān)，認(rèn)真審批停電計劃，每項停電計劃都應(yīng)在局生產(chǎn)例會上進(jìn)行協(xié)調(diào)，推行一條龍檢修，將一切可以配合停電的任務(wù)同時安排，做到合理、有計劃地安排停電，使各申請停電單位相互合作，盡可能地避免重復(fù)停電和臨時申請停電，使停電檢修工作在有計劃安排的情況下集中搞完。

2.加強停電施工管理，限制停電時間。由于供電企業(yè)及用戶施工停電占的比例較重。因此，對各施工單位及供電企業(yè)內(nèi)部各單位的停電申請，都要嚴(yán)格控制，認(rèn)真核算工程量以決定停電時間的長短，消除寬打窄用的現(xiàn)象。供電企業(yè)相關(guān)部門一定要把好審核關(guān)，要嚴(yán)格審核施工措施、施工隊伍、人員技術(shù)力量、工具、材料、運輸車輛等條件是否匹配，能否完成預(yù)定的工程量，根據(jù)條件決定需要停電的時間，堅決杜絕停電后現(xiàn)場拖拖拉拉，停工待料現(xiàn)象的發(fā)生。

（二）縮短故障停電時間，縮小故障停電范圍

1.故障停電是影響供電可靠率指標(biāo)的主要原因，它是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的，它可能隨時隨地發(fā)生，它的發(fā)生是停電時停電戶數(shù)居高不下的主要原因。要想降低故障停電時的停電戶數(shù)，還要從人的因素挖潛。

2.針對自然災(zāi)害（風(fēng)、雨、雷電等）及外力破壞引起的故障停電，建議可以采取以下措施加以改善：①加大對配電線路的絕緣化改造力度；②加裝低壓避雷器、安裝低壓避雷針、架設(shè)低壓避雷線；③加強對線路通道的砍伐和運行維護(hù)。

3.樹枝、竹子等引起的瞬時性故障或者樹枝折斷引起的永久性故障停電。其解決方式為：①定期修剪樹枝以及清理電力通道；②盡力將架空裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線或電力電纜。

4.居民亂拋雜物、飄空氣球及彩帶、廣告布、風(fēng)箏等雜物引起的線路、配電變壓器故障性停電。其解決方式為：①在人員密集和公眾娛樂場所將架空裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線或電力電纜；②加強保護(hù)、愛護(hù)電力設(shè)施的宣傳。

5.配電變壓器過負(fù)荷引起高、低壓線燒斷的故障停電。由于大部分10kV配電線路在T接點僅安裝一組跌落式熔斷器，處理故障時必須將主干線停電。解決方式為：①在線路T接點處加裝真空斷路器；②使配電變壓器高、低壓接線保持足夠的安全距離，避免低壓線燒斷影響高壓供電；③加強線路、配電變壓器日常巡視與維護(hù)；④通過紅外測溫、配變監(jiān)測系統(tǒng)等技術(shù)在線監(jiān)測，及時調(diào)整、平衡負(fù)荷分配；⑤配備足夠的備品備件，在必要時能夠調(diào)動足夠的資源及時處理故障。

6.電力電纜接頭發(fā)熱、放電引起的故障停電。解決方式為：①嚴(yán)格按照電力電纜安裝工藝進(jìn)行安裝，嚴(yán)密封堵電力電纜箱、電纜溝防止潮濕、進(jìn)水；②加強電力電纜日常巡視與維護(hù)；③通過在線監(jiān)測等技術(shù)手段及時掌握電力電纜運行狀況。

7.地質(zhì)災(zāi)害、施工引起的倒桿、斷線的故障停電。其解決方式為：①在雷雨季節(jié)加大對地質(zhì)情況較差線路的巡視力度；②對巡視記錄進(jìn)行分析總結(jié)，提出改造計劃；③在施工設(shè)計過程中要考慮地質(zhì)災(zāi)害的影響。

8.交通事故引起的倒桿、斷桿、斷線以及電力電纜箱被撞的停電故障。此類故障所占比例雖然較低，但危害性極大，對客戶的影響范圍較廣，排除故障所需的工作量也較大，極大地影響了供電可靠率。解決方式為：①安裝設(shè)備時就要考慮到遠(yuǎn)離車行道以及避免安裝在道路的彎道、視覺死角處；②在道路的彎道、視覺死角處安裝設(shè)備需在道路上安裝減速帶；③在車行道的醒目位置安裝標(biāo)示牌，提醒過往車輛注意；④電力桿塔、電力電纜箱加裝緩沖并安裝反光及夜光標(biāo)識以加強夜晚辨識。

9.小動物引起的短路停電故障。其解決方式為：①嚴(yán)密封堵電力電纜箱及電纜溝；②在小動物可能攀爬處設(shè)置障礙；③在變壓器、計量箱施工安裝時盡量安裝絕緣護(hù)套 。

加大電網(wǎng)建設(shè)的力度，以提高供電的可靠性。第一要加速電網(wǎng)的改造，電網(wǎng)的改造可以提高電源的可靠性，這就要求我們在電網(wǎng)方面多加重視。目前，我們正在進(jìn)行全方位的農(nóng)村電網(wǎng)改革，也制定了詳細(xì)的城市路網(wǎng)規(guī)劃。第二要依靠科技進(jìn)步，提高電力系統(tǒng)的可靠性。推廣狀態(tài)檢修和停電檢修，在線監(jiān)測和紅外溫度測量等科學(xué)的手段，在確保安全的帶電作業(yè)的情況下，根據(jù)實際需要，進(jìn)行檢測。減少設(shè)備停電時間和設(shè)備免維修，少維護(hù)，延長設(shè)備檢修周期。更改設(shè)備配置，根據(jù)實際情況開展配電網(wǎng)保護(hù)自動化工作，隔離故障區(qū)段診斷和恢復(fù)，對網(wǎng)絡(luò)過載實行監(jiān)控，并實時調(diào)整和變化，以減少停電次數(shù)。實行電網(wǎng)運行方式轉(zhuǎn)變和負(fù)荷轉(zhuǎn)移，加快舊站綜合自動化改造。通過研究10kV配電網(wǎng)結(jié)線模式，積極開展自動化配電線路（含開關(guān)站）工作，根據(jù)實際情況來開展自動化改造方案計劃，以滿足配電自動化的要求，逐步落實。第三要求我們必須加強線路絕緣，提高供電系統(tǒng)的可靠性。供電系統(tǒng)供應(yīng)主要設(shè)備安排停電的供電可靠率，架空線路占了很大的比例。提高絕緣性對提高電源的可靠性有著很大的幫助，提高電源線供應(yīng)能力使一個小型的路徑具有低故障率的特點，增加鋪設(shè)的電纜數(shù)量，在新建的線路使用電纜。如在對地理因素了解不足的情況下，建議更換裸露的電線絕緣導(dǎo)線，以提高抵御自然災(zāi)害的能力。嘗試每年對配電設(shè)備進(jìn)行檢修，根據(jù)具體的技術(shù)設(shè)備條件的改變，根據(jù)實際運行的缺陷和嚴(yán)重程度，決定是否在同一時間靈活地基于條件進(jìn)行維護(hù)改進(jìn)布線。在多用戶的線路，確保該線以靈活的方式和在適當(dāng)?shù)呢?fù)載水平上運行，特別是在多用戶線，如果10kV架空線路處于污染較嚴(yán)重的地區(qū)和雷電破壞的地區(qū)，可以使用20kV等級，進(jìn)行低壓電網(wǎng)改造，低壓電纜應(yīng)逐步取代原有的接戶線，解決用戶負(fù)載的增加線路容量不足的故障。第四，由于臺架升高，對臺區(qū)要加強改造，以避免意外停電造成事故。改造時，必須嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實施規(guī)劃步驟，改造要一步一步實施，還要加強城市建設(shè)規(guī)劃，使市政建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展。把宣傳工作做好，加強協(xié)調(diào)與合作，以解決實際工作中存在的問題。對于低電壓臺區(qū)改造，在維護(hù)和檢查工作中要加大加強配網(wǎng)維護(hù)力度，尤其是多用戶和永久性故障線路，發(fā)現(xiàn)缺陷要及時解決。提高設(shè)備的完好水平，盡可能按照環(huán)網(wǎng)的設(shè)計，一步到位。第五是防止事故的發(fā)生，做好事故發(fā)生后的維修工作。對于臺風(fēng)多發(fā)地區(qū)，應(yīng)密切關(guān)注天氣預(yù)報，做好意外的防護(hù)，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，以減輕其影響。

單光子探測器是量子通信系統(tǒng)的重要組成部分，也是量子信息技術(shù)的關(guān)鍵器件之一。紅外單光子探測器是光纖量子密碼通信的研究重點，由于光纖存在極化模式色散效應(yīng)的固有損耗以及傳輸信道受環(huán)境影響導(dǎo)致量子糾纏品質(zhì)下降，光纖量子通信系統(tǒng)的傳輸可靠性、速度和傳輸距離受到嚴(yán)重限制，對單光子探測器提出更高要求。本項目主要針對上述問題研究高速高性能高可靠低成本的單光子探測器，提出一種新型的并行APD結(jié)構(gòu)探測方法，解決死時間計數(shù)重復(fù)率與暗計數(shù)之間的矛盾，使用GHz門控正弦波信號低通濾波的專利技術(shù)，顯著提高雪崩信號信噪比、探測器的探測速度和探測效率；提出一種自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整甄別電平的方法，提高探測器的檢測靈敏度和可靠性；實現(xiàn)高速高性能高可靠低成本的紅外單光子探測器，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為門控正弦波信號頻率達(dá)5GHz、探測效率大于10%、暗計數(shù)率低于10-7、計數(shù)重復(fù)率達(dá)到1GHz，以滿足未來高速遠(yuǎn)距離光纖量子通信系統(tǒng)的需求。