基于UML的列车自动防护系统测试用例设计与生成
摘要
列车自动防护系统ATP是列车运行自动控制系统的重要组成部分,对列车安全负有直接责任,采用故障-安全方法进行设计,属于安全苛求系统。因此,对列车自动防护系统进行严格的系统功能测试显得十分重要。测试用例的生成是测试工作的重要组成部分和关键内容之一,研究列车自动防护系统测试用例的生成方法具有重要意义。
论文在对列车自动防护系统的系统需求和功能需求进行分析后,针对列车自动防护系统内部结构复杂、不同厂家设备工作原理不同等特点,选择采用基于规格说明的测试用例生成方法作为论文的技术思路。列车自动防护系统属于大规模集成系统,因此,论文选择使用统一建模语言UML来进行规格说明建模工作,然后使用可扩展标记语言XML来对测试用例进行描述。论文以列车自动防护系统的速度监控功能为例,详细说明了从UML到XML Schema的三层设计方法：首先采用标准UML类图进行概念层建模,然后利用UML提供的扩展机制,结合XML Schema规范,将概念层模型转换成符合标准的逻辑层模型,最后使用XML Schema文档规范,将逻辑层模型转换成了符合标准的XML Schema测试用例文档。论文同时还设计实现了一个从XML Schema文档中生成标准XML测试用例的工具,该工具还可以实现测试用例的数据配置功能。
统一建模语言UML具有良好的系统模型的表达能力,使用UML来对系统需求进行分析描述十分可行。可扩展标记语言XML具有良好的通用性、可移植性以及强大的数据描述能力。使用这样的方法生成的测试用例可以十分方便的运用于自动化测试工作。
Automatic Train Protection System(ATP) is an important part of the Automatic Train Control System. The ATP is on the directly responsible for the train's safety. The ATP system is designed by the failure-safe techonology, and belongs to the safety critical system. So, it's very important to test the ATP system strictly. Generate test cases is one of the most important part in automatic test. Research on automatic train protection system for generating test cases is a significant job.
The Thesis analyses the system requirements and the function requirements, after that, in view of the automatic train protection system internal structure complex, different manufacturers equipment principle of work, selected the test case generation method based on the specification. The ATP system belongs to the large scale integration system, so the thesis use the unified modeling language UML for the specification, then use the extensible markup language XML to described the test cases. The thesis take the speed supervision for example, explained the three layers of design method:at first, use the class diagram from UML language, to modeling the concept layer for the test case; then using UML extension mechanism combine the XML Schema rules, transformed the concept model into a standard logic layer model; at last, using the XML Schema text rules, exchanged the standard logic layer model to the XML Schema document. There is a software designed to accomplish exchange between the XML Schama and XML document. The software also provide to configurat datas.
The unified modeling language UML is good at express system model, so using UML to modeling the system requirements is very useful. The extensible markup language XML is good with generality, portability and strong ability of data description. So use this kind of method to modeling and generate the test case is very convenient and rigorous.
论文在对列车自动防护系统的系统需求和功能需求进行分析后,针对列车自动防护系统内部结构复杂、不同厂家设备工作原理不同等特点,选择采用基于规格说明的测试用例生成方法作为论文的技术思路。列车自动防护系统属于大规模集成系统,因此,论文选择使用统一建模语言UML来进行规格说明建模工作,然后使用可扩展标记语言XML来对测试用例进行描述。论文以列车自动防护系统的速度监控功能为例,详细说明了从UML到XML Schema的三层设计方法：首先采用标准UML类图进行概念层建模,然后利用UML提供的扩展机制,结合XML Schema规范,将概念层模型转换成符合标准的逻辑层模型,最后使用XML Schema文档规范,将逻辑层模型转换成了符合标准的XML Schema测试用例文档。论文同时还设计实现了一个从XML Schema文档中生成标准XML测试用例的工具,该工具还可以实现测试用例的数据配置功能。
统一建模语言UML具有良好的系统模型的表达能力,使用UML来对系统需求进行分析描述十分可行。可扩展标记语言XML具有良好的通用性、可移植性以及强大的数据描述能力。使用这样的方法生成的测试用例可以十分方便的运用于自动化测试工作。
Automatic Train Protection System(ATP) is an important part of the Automatic Train Control System. The ATP is on the directly responsible for the train's safety. The ATP system is designed by the failure-safe techonology, and belongs to the safety critical system. So, it's very important to test the ATP system strictly. Generate test cases is one of the most important part in automatic test. Research on automatic train protection system for generating test cases is a significant job.
The Thesis analyses the system requirements and the function requirements, after that, in view of the automatic train protection system internal structure complex, different manufacturers equipment principle of work, selected the test case generation method based on the specification. The ATP system belongs to the large scale integration system, so the thesis use the unified modeling language UML for the specification, then use the extensible markup language XML to described the test cases. The thesis take the speed supervision for example, explained the three layers of design method:at first, use the class diagram from UML language, to modeling the concept layer for the test case; then using UML extension mechanism combine the XML Schema rules, transformed the concept model into a standard logic layer model; at last, using the XML Schema text rules, exchanged the standard logic layer model to the XML Schema document. There is a software designed to accomplish exchange between the XML Schama and XML document. The software also provide to configurat datas.
The unified modeling language UML is good at express system model, so using UML to modeling the system requirements is very useful. The extensible markup language XML is good with generality, portability and strong ability of data description. So use this kind of method to modeling and generate the test case is very convenient and rigorous.
引文
[1]王长林.列车运行控制技术[M].成都：西南交通大学出版社,2007：140.
[2]郦萌,吴芳美.铁路信号可靠性安全性理论及证实[M].北京：中国铁道出版社,2008：17.
[3]UNISIG.ERTMS/ETCS-Classl,TestCases:Subset-026,Version2.2.2.2002.
[4]UNISIG.ERTMS/CTCS-Classl,TestCases:Subset-076-5-2,Version2.2.1.2003.
[5]UNISIG.ERTMS/ETCS-Classl,TestSequenees:Subset-076-6-3,Versionl.0.0.2003.
[6]UNISIG.ERTMS/ETCSClassl,UNISIG Funetional Requirements for an on board Referenee Test Facility:Subset-094-0,Version2.0.0.2005.
[7]F.Addeo,B.Allotta,M.Malvezzi,L.Pugi,A.Taraseoni & M.Violani. ATP/ATC subsystem testing and validation using a HIL test rig. Computers in Railways IX. Southampton. Wit Press.2004.411-420.
[8]G.De Nicola,P.di Tommaso, R.Espoisito, F.Flammini, A.orazzo:A Hybrid Testing Methodology for Railway Control Systems. In Leetore Notesin Computer Seienee(LNCS) vol.3219, (ed.Springer-Verlag Heidelberg):Computer Safety Reliability,and Security:23rd International Conferenee, SAFECOMP 2004, Potsdam, Gennany.September21-24 2004.116-135.
[9]P.di Tommaso, F. Flammini, A. Lazzaro, R. Pellecchia, A. Sanseviero. The Simulation of Anomalies in the Funetional Testing of the ERTMS/ETCS Traekside System. Proceedings of the Ninth IEEE International Syrnposinm on High-Assuranee Systems Engineering(HASE,05).2005.35-100.
[10]ERSA.TestToolsforEVC.pdf.
[11]DLR.Test Specification in XML-the most important Element for TestAutomation.
[12]张曙光.京津城际高速铁路系统调试技术[M].北京：中国铁道出版社,2008：5-90.
[13]章慧,张勇CTCS-3级列控系统车载设备测试方法研究[J].铁路计算应用,2008,17(4)： 23-27.
[14]李伟,王海峰CTCS-3级列控系统车载设备测试序列的优化[J].北京交通大学学报,2010,34(2)：75-78.
[15]章慧CTCS-3级列控系统车载设备测试方法研究[D].北京交通大学,2007：23-24.
[16]李伟.CTCS-3级列控系统车载设备测试平台关键问题研究[D].北京交通大学,2009.5：31.
[17]铁道部科学技术司,铁道部运输局.科技运[2008]127号CTCS-3级列控系统需求规范(FRS).v1.0.北京.铁道部科学技术司,铁道部运输局.2008.
[18]铁道部科学技术司,铁道部运输局.科技运[2008]113号:CTCS-3级列控系统功需求规范(SRS).v1.0.北京.铁道部科学技术司,铁道部运输局.2008.
[19]铁道部科学技术司,铁道部运输局.科技运[2009]59：CTCS-3级列控系统测试案例(v3.0).v3.0.北京：铁道部科学技术司,铁道部运输局.2009.
[20]软件工程与软件测试自动化教程[M],北京：电子工业出版社张克东,庄燕滨2002.2：12-14.
[21]郁莲.软件测试方法与实践[M].北京：清华大学出版社,2008.11：2-5.
[22]佟伟光.软件测试技术[M].北京：人民邮电出版社,2005.7：21-22.
[23]徐宏喆,陈建明.UML自动化测试技术[M].西安：西安交通大学出版社,2006：49-56
[24]秦晓.软件测试[M].北京：人民邮电出版社,2004：13-14.
[25]CENELEC.Railway applications-The specification and demonstration of Reliability Availability, Maintainability and Safety (RAMS) [Z].2003.
[26]CENELEC. Railway applications-Communication, signaling and processing systems-Software for railway control and protection systems[Z].2001.
[27]CENELEC. Railway applications-Communication, signaling and processing systems-Safety related electronic systems for signaling[Z].2001.
[28]张曙光.CTCS-3级列控系统总体计算方案[M].北京：中国铁道出版社,2005：43-58.
[29]徐飞,徐泽洪.德国高速磁悬浮列车安全速度防护曲线研究[J].中国科技信息,2006,26(17)：248-251.
[30]范立锋.XML实用教程[M].北京：人民邮电出版社,2009：1.
[31]徐宝文,周毓明,卢红敏.UML与软件建模[M].北京：清华大学出版社,2006：25-30.
[32]W3C. XML Schema Tutorial.2001.
[33]Routledge N, Bird L, Goodchild A. UML and XML Schema[J]. Australian Computer Science Communications,2002,24(2):157-166.
[34]David Carlson.XML应用的UML建模技术[M]。周靖,侯奕萌,沈金河,译.北京：清华大学出版社,2003：250-253.
[35]唐涛,郜春海ETCS系统分析及CTCS的研究[J].机车电传动,2004,10(6)：1-3.
[36]吴芳美.铁路安全软件测试评估[M].北京：中国铁道出版社,2001：1-15.
[37]魏国栋.基于XML和UML的列控车载设备测试脚本设计与实现[D]北北京：北京交通大学,2009.
[38]季学胜,唐涛CTCS-3级列车运行控制系统综合测试平台研究[J].铁道通信信号,2007,43(7)：1-3.
[39]蔡敏,徐慧慧,黄炳强.UML基础与Rose建模教程[M].北京：人民邮电出版社,2006：21-50.
[40]王明文,朱清新.基于UML的XML Schema设计[J].电子科技大学学报,2006,35(3)：389-391.
[41]彭春光,邱晓刚,张柯.仿真环境下基于XML模式的脚本生成系统研究[J].计算机仿真,2006,35(3)：389-391.
[42]尹南.基于XML的CTCS-3级车载测试数据管理方法研究及应用[D].北京：北京交通大学,2010：7-30.
[43]靖焱林.基于UML_XML的车载设备测试用例生成方法研究和实现[D].北京：北京交通大学,2010：10-23.
[44]雷小玲.测试用例自动生成算法在车载ATP中的研究与应用[D].北京：北京交通大学,2009：34-42.
[45]Suzuki J,Yamamoto Y. Toward the interoperable software design models:quartet of UML,XML,DOM and CORBA [C].Proceedings Fourth IEEE International Symposium and Forum, Los Alamitos,1999.
[46]L.Ebrecht, M. Meyer zu Horste, Michael. Formal Test Description-the central element for the automation of the process of testing[J]. Formal Methods for Automation and Safety in Railway and Automative Systems. Braunschweig,2004,13(4):121-131.
[47]D Bird, C Munoz. Automatic Generation of Random Self-checking Test Cases[J].IDM Syst.J,1983,22(3):229-245.
[48]杨艳成.基于CBTC的列车自动防护系统(ATP)建模与仿真[D].北京：北京交通大学,2009：12-21.
[49]熊永刚,唐慧佳.基于XMI的UML模型到XML文档转换的实现[J].计算机工程与应用,2010,27(4)：68-70.
[50]谭灿娇.基于模型区段的测试架构[J].计算机软件,2009,5(34)：45-47.
[51]张靖.XML技术在软件可靠性测试中的应用[J].电子科技大学学报,2004,36(4)：767-770.
[2]郦萌,吴芳美.铁路信号可靠性安全性理论及证实[M].北京：中国铁道出版社,2008：17.
[3]UNISIG.ERTMS/ETCS-Classl,TestCases:Subset-026,Version2.2.2.2002.
[4]UNISIG.ERTMS/CTCS-Classl,TestCases:Subset-076-5-2,Version2.2.1.2003.
[5]UNISIG.ERTMS/ETCS-Classl,TestSequenees:Subset-076-6-3,Versionl.0.0.2003.
[6]UNISIG.ERTMS/ETCSClassl,UNISIG Funetional Requirements for an on board Referenee Test Facility:Subset-094-0,Version2.0.0.2005.
[7]F.Addeo,B.Allotta,M.Malvezzi,L.Pugi,A.Taraseoni & M.Violani. ATP/ATC subsystem testing and validation using a HIL test rig. Computers in Railways IX. Southampton. Wit Press.2004.411-420.
[8]G.De Nicola,P.di Tommaso, R.Espoisito, F.Flammini, A.orazzo:A Hybrid Testing Methodology for Railway Control Systems. In Leetore Notesin Computer Seienee(LNCS) vol.3219, (ed.Springer-Verlag Heidelberg):Computer Safety Reliability,and Security:23rd International Conferenee, SAFECOMP 2004, Potsdam, Gennany.September21-24 2004.116-135.
[9]P.di Tommaso, F. Flammini, A. Lazzaro, R. Pellecchia, A. Sanseviero. The Simulation of Anomalies in the Funetional Testing of the ERTMS/ETCS Traekside System. Proceedings of the Ninth IEEE International Syrnposinm on High-Assuranee Systems Engineering(HASE,05).2005.35-100.
[10]ERSA.TestToolsforEVC.pdf.
[11]DLR.Test Specification in XML-the most important Element for TestAutomation.
[12]张曙光.京津城际高速铁路系统调试技术[M].北京：中国铁道出版社,2008：5-90.
[13]章慧,张勇CTCS-3级列控系统车载设备测试方法研究[J].铁路计算应用,2008,17(4)： 23-27.
[14]李伟,王海峰CTCS-3级列控系统车载设备测试序列的优化[J].北京交通大学学报,2010,34(2)：75-78.
[15]章慧CTCS-3级列控系统车载设备测试方法研究[D].北京交通大学,2007：23-24.
[16]李伟.CTCS-3级列控系统车载设备测试平台关键问题研究[D].北京交通大学,2009.5：31.
[17]铁道部科学技术司,铁道部运输局.科技运[2008]127号CTCS-3级列控系统需求规范(FRS).v1.0.北京.铁道部科学技术司,铁道部运输局.2008.
[18]铁道部科学技术司,铁道部运输局.科技运[2008]113号:CTCS-3级列控系统功需求规范(SRS).v1.0.北京.铁道部科学技术司,铁道部运输局.2008.
[19]铁道部科学技术司,铁道部运输局.科技运[2009]59：CTCS-3级列控系统测试案例(v3.0).v3.0.北京：铁道部科学技术司,铁道部运输局.2009.
[20]软件工程与软件测试自动化教程[M],北京：电子工业出版社张克东,庄燕滨2002.2：12-14.
[21]郁莲.软件测试方法与实践[M].北京：清华大学出版社,2008.11：2-5.
[22]佟伟光.软件测试技术[M].北京：人民邮电出版社,2005.7：21-22.
[23]徐宏喆,陈建明.UML自动化测试技术[M].西安：西安交通大学出版社,2006：49-56
[24]秦晓.软件测试[M].北京：人民邮电出版社,2004：13-14.
[25]CENELEC.Railway applications-The specification and demonstration of Reliability Availability, Maintainability and Safety (RAMS) [Z].2003.
[26]CENELEC. Railway applications-Communication, signaling and processing systems-Software for railway control and protection systems[Z].2001.
[27]CENELEC. Railway applications-Communication, signaling and processing systems-Safety related electronic systems for signaling[Z].2001.
[28]张曙光.CTCS-3级列控系统总体计算方案[M].北京：中国铁道出版社,2005：43-58.
[29]徐飞,徐泽洪.德国高速磁悬浮列车安全速度防护曲线研究[J].中国科技信息,2006,26(17)：248-251.
[30]范立锋.XML实用教程[M].北京：人民邮电出版社,2009：1.
[31]徐宝文,周毓明,卢红敏.UML与软件建模[M].北京：清华大学出版社,2006：25-30.
[32]W3C. XML Schema Tutorial.2001.
[33]Routledge N, Bird L, Goodchild A. UML and XML Schema[J]. Australian Computer Science Communications,2002,24(2):157-166.
[34]David Carlson.XML应用的UML建模技术[M]。周靖,侯奕萌,沈金河,译.北京：清华大学出版社,2003：250-253.
[35]唐涛,郜春海ETCS系统分析及CTCS的研究[J].机车电传动,2004,10(6)：1-3.
[36]吴芳美.铁路安全软件测试评估[M].北京：中国铁道出版社,2001：1-15.
[37]魏国栋.基于XML和UML的列控车载设备测试脚本设计与实现[D]北北京：北京交通大学,2009.
[38]季学胜,唐涛CTCS-3级列车运行控制系统综合测试平台研究[J].铁道通信信号,2007,43(7)：1-3.
[39]蔡敏,徐慧慧,黄炳强.UML基础与Rose建模教程[M].北京：人民邮电出版社,2006：21-50.
[40]王明文,朱清新.基于UML的XML Schema设计[J].电子科技大学学报,2006,35(3)：389-391.
[41]彭春光,邱晓刚,张柯.仿真环境下基于XML模式的脚本生成系统研究[J].计算机仿真,2006,35(3)：389-391.
[42]尹南.基于XML的CTCS-3级车载测试数据管理方法研究及应用[D].北京：北京交通大学,2010：7-30.
[43]靖焱林.基于UML_XML的车载设备测试用例生成方法研究和实现[D].北京：北京交通大学,2010：10-23.
[44]雷小玲.测试用例自动生成算法在车载ATP中的研究与应用[D].北京：北京交通大学,2009：34-42.
[45]Suzuki J,Yamamoto Y. Toward the interoperable software design models:quartet of UML,XML,DOM and CORBA [C].Proceedings Fourth IEEE International Symposium and Forum, Los Alamitos,1999.
[46]L.Ebrecht, M. Meyer zu Horste, Michael. Formal Test Description-the central element for the automation of the process of testing[J]. Formal Methods for Automation and Safety in Railway and Automative Systems. Braunschweig,2004,13(4):121-131.
[47]D Bird, C Munoz. Automatic Generation of Random Self-checking Test Cases[J].IDM Syst.J,1983,22(3):229-245.
[48]杨艳成.基于CBTC的列车自动防护系统(ATP)建模与仿真[D].北京：北京交通大学,2009：12-21.
[49]熊永刚,唐慧佳.基于XMI的UML模型到XML文档转换的实现[J].计算机工程与应用,2010,27(4)：68-70.
[50]谭灿娇.基于模型区段的测试架构[J].计算机软件,2009,5(34)：45-47.
[51]张靖.XML技术在软件可靠性测试中的应用[J].电子科技大学学报,2004,36(4)：767-770.