CBTC车载系统测试案例设计及优化方法研究
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摘要
近年来,城市轨道交通飞速发展,CBTC (Communication Based Train Control,基于通信的列车控制)系统以其安全高效的特点成为信号系统的发展趋势,具有自主知识产权的国产CBTC技术已经进入工程项目试运营阶段,将会逐步打破国外厂商的垄断局面。其中,车载VOBC设备作为CBTC系统的核心部分,直接负责所有与安全行车有关的控制命令,在投入使用之前,必须经过全面、严格的测试与验证。
在测试过程中,组织良好、描述规范的测试案例集能够高效地指导测试工作的执行。因此,本文主要针对CBTC系统中VOBC车载设备测试案例设计及优化方法展开研究,首先介绍了混合测试方法在VOBC测试平台中的应用,阐述了基于需求的测试技术在安全苛求系统测试中的重要性,根据被测车载设备功能复杂、接口众多的特点,选取改进的因果图法设计测试案例。
接下来本文根据车载设备测试案例的设计要求,提取VOBC子系统的功能特征,详细分析其测试需求,建立测试需求跟踪矩阵,针对每一项测试需求,基于因果图法设计测试案例的原理,借助Bender-RBT测试案例生成工具整理出完整的测试案例,并根据测试需求跟踪矩阵验证测试案例的覆盖情况。
随着车载设备开发的迭代、演化,在对系统进行回归测试时,往往存在冗余的测试案例,因此可以对测试案例集进行优化精简以提高测试效率。本文在分析了现有的测试案例集优化方法的基础上,提出了一种基于测试需求精简的测试案例优化方法,给出可以精确描述测试需求间相互关系的测试需求精简模型,运用该思路获得精简测试需求集,进而优化测试案例集。
With the rapid development of urban mass transition in recent years, CBTC (Communication Based Train Control) system, characterized by its safety and effectiveness, has become the first choice of the signal system. Home-made CBTC, having acquired independent intellectual property rights, has come into trial run of engineering projects and will break the monopoly of foreign producers. Vehicle onboard controller, the core of CBTC system, is responsible for all the safe-driving related control commends and must go through thoroughly strict testing and verification before coming into use.
Well organized and standardized test cases will lead to efficient test implementation. So this paper is focused on the method of design and optimization of test cases for VOBC equipment. It is first introduced that VOBC test platform has applied the hybrid test method. Requirements-Based testing is of great importance in safety critical system. Because of complex function and large number of interfaces of onboard system, Cause-effect graphs are chosen to design test cases.
Then we abstract function features from VOBC subsystem requirement specification and construct the test requirements traceability matrix in order to make sure that all the requirements are satisfied. Then we describe each of the requirements in the pattern of cause-effect graph. By use of the tool for generating test cases, Bender-RBT, complete test cases are created and reviewed. Strong coverage can be also achieved if the graph is proper.
The iteration and evolution in the process of VOBC equipment development often results in redundant cases, and thus we can reduce the test cases to improve the test efficiency. This paper reviewed current test cases reduction methods and proposed a new testing requirement reduction model that can describe the interrelations among the testing requirements in detail. The results show that this method is helpful to generate smaller test suite and contribute to effective testing.
在测试过程中,组织良好、描述规范的测试案例集能够高效地指导测试工作的执行。因此,本文主要针对CBTC系统中VOBC车载设备测试案例设计及优化方法展开研究,首先介绍了混合测试方法在VOBC测试平台中的应用,阐述了基于需求的测试技术在安全苛求系统测试中的重要性,根据被测车载设备功能复杂、接口众多的特点,选取改进的因果图法设计测试案例。
接下来本文根据车载设备测试案例的设计要求,提取VOBC子系统的功能特征,详细分析其测试需求,建立测试需求跟踪矩阵,针对每一项测试需求,基于因果图法设计测试案例的原理,借助Bender-RBT测试案例生成工具整理出完整的测试案例,并根据测试需求跟踪矩阵验证测试案例的覆盖情况。
随着车载设备开发的迭代、演化,在对系统进行回归测试时,往往存在冗余的测试案例,因此可以对测试案例集进行优化精简以提高测试效率。本文在分析了现有的测试案例集优化方法的基础上,提出了一种基于测试需求精简的测试案例优化方法,给出可以精确描述测试需求间相互关系的测试需求精简模型,运用该思路获得精简测试需求集,进而优化测试案例集。
With the rapid development of urban mass transition in recent years, CBTC (Communication Based Train Control) system, characterized by its safety and effectiveness, has become the first choice of the signal system. Home-made CBTC, having acquired independent intellectual property rights, has come into trial run of engineering projects and will break the monopoly of foreign producers. Vehicle onboard controller, the core of CBTC system, is responsible for all the safe-driving related control commends and must go through thoroughly strict testing and verification before coming into use.
Well organized and standardized test cases will lead to efficient test implementation. So this paper is focused on the method of design and optimization of test cases for VOBC equipment. It is first introduced that VOBC test platform has applied the hybrid test method. Requirements-Based testing is of great importance in safety critical system. Because of complex function and large number of interfaces of onboard system, Cause-effect graphs are chosen to design test cases.
Then we abstract function features from VOBC subsystem requirement specification and construct the test requirements traceability matrix in order to make sure that all the requirements are satisfied. Then we describe each of the requirements in the pattern of cause-effect graph. By use of the tool for generating test cases, Bender-RBT, complete test cases are created and reviewed. Strong coverage can be also achieved if the graph is proper.
The iteration and evolution in the process of VOBC equipment development often results in redundant cases, and thus we can reduce the test cases to improve the test efficiency. This paper reviewed current test cases reduction methods and proposed a new testing requirement reduction model that can describe the interrelations among the testing requirements in detail. The results show that this method is helpful to generate smaller test suite and contribute to effective testing.
引文
[1]郜春海.基于通信的轨道交通列车控制系统[J].现代城市轨道交通.2007.2：7-10
[2]郜春海,唐涛等.基于通信的城轨CBTC系统研究报告[R].北京：北京交通大学运输自动化所CBTC课题组.2007
[3]郜春海,黄友能CBTC仿真测试系统研究报告[R].北京交通大学CBTC课题组.2007
[4]郜春海等.基于通信的城轨CBTC系统原理设计文件[R].北京交通大学CBTC课题组.2006
[5]王伟CBTC仿真测试平台关键问题研究[D].北京交通大学硕士学位论文.2008
[6]梁敬敏.基于通信的列车控制(CBTC)系统仿真测试平台研究.北京交通大学硕士学位论文.2006
[7]章慧,张勇CTCS3级列控系统车载设备测试方法研究[J].铁路计算机应用.2008.17(4)：23-27
[8]RTCA/D0-178B.Software considerations in airborne systems and equipment certification
[9]张勇等CTCS3级列控系统测试案例生成方法的研究[J].铁道通信信号.2009.10
[10]马亮,张刚.测试用例自动生成方法的现状及研究[J].现代电子技术.2007.6
[11]肖瑜.测试用例自动生成方法研究与实现[J].现代电子技术.2008.16
[12]Srinivasan Desikan,Gopalaswamy Ramesh韩柯,李娜等译.软件测试原理与实践[M].机械工业出版社.2009
[13]Gary E.Mogyorodi.Requirements-Based Testing-Ambiguity Reviews[J].Software Testing Services
[14]徐中伟,吴芳美.计算机联锁安全软件测试案例自动生成专家系统[A].第八届全国容错计算学术会议论文集.武汉.中国计算机机学会容错计算专业委员会.1999：158-163
[15]徐中伟,吴芳美.基于规则的联锁软件测试集自动生成[J].计算机工程.2002.28(1)：96-97
[16]郦盟.软件安全性自动测试中源于猜错案例的描述[J].同济大学学报.2004.32(8)：1046-1049,1091
[17]陈邦兴,吴芳美.铁路信号联锁逻辑形式化建模研究[J].铁道学报.2002.24(6)：50-54
[18]郝爱语.因果图分析法研究与实现[J].现代商贸工业.2009.23：217-218
[19]姚海,金烨,严隽琪.产品功能需求的定性及定量分析[J].机械工程学报.2010.46(5)：191-198
[20]樊兴华,仲昕,张勤等.因果图推理的一种新方法[J].计算机科学.2001.28(11)：48-52
[21]王立荣,何炜.基于因果图的软件测试方法[J].计算机系统应用.2010.19(4)：104-107
[22]石庆喜,梁新元,张勤.因果图的一种快速推理方法[J].计算机工程与应用.2005.28：18-20
[23]刘畅,王轶辰,刘斌等.软件边界组合测试的典型案例分析[J].计算机工程与应用.2009.45(20)：74-77
[24]杨云.基于因果图的软件测试工具的研究与设计[J].2001
[25]王洪春,张勤.基于因果图的一种近似推理算法[J].重庆大学学报.2004.27(8)：96-99
[26]王宏川.因果图推理及其应用研究[D].重庆大学硕士学位论文.2002
[27]石庆喜,王洪春.因果图网络结构学习算法研究[J].微电子学与计算机.2006.23(1)：77-79
[28]雷小玲.测试案例自动生成算法在车载ATP中的研究和应用[D].北京交通大学硕士学位论文.2009
[29]王晶.城市轨道交通列车自动防护系统建模与仿真实现[D].北京交通大学硕士学位论文.2009
[30]周绍君,徐中伟等.面向安全需求的测试用例自动生成技术研究[J].计算机工程与应用.2009.45(28)：75-78
[31]曾凡平.软件漏洞测试若干问题研究[D].中国科学技术大学博士学位论文.2009
[32]陈伟,唐红光.基于测试需求集的测试用例集极小化算法[J].人工智能及识别技术.2005
[33]杨涛等Rough集在软件测试用例选择中的应用[J].微机发展.2005.15(2)：12-14
[34]杨劲涛等.一种精简测试用例方法的研究[J].计算机科学.2005.32(5)：236-239
[35]章晓芳,陈林等.测试用例集约简问题研究及其进展[J].计算机科学与探索.2008.2(3)：235-247
[36]章晓芳,徐宝文等.一种基于测试需求约简的测试用例集优化方法[J].软件学报.2007.18(4)：821-831
[37]Richard Bender.基于需求的测试是软件测试的本质[J].高端视点.2010.01
[38]Leung H K N.White L. Insights into regression testing 1989
[39]Chen T Y,Lan M F.On the divide-and-conquer approach towards test suite reduction 2003
[40]Harrold M J,Guptar Sofia M L.A methodology for contrulling the size of a test suite 1993(03)
[41]M G.Merayo.Formal testing from timed finite state machines[J].Computer Networks.2008
[42]Requirements based software testing method[J].US.Patent.2004
[43]Hema Srikanth.Requirements-Based test case prioritization [J].2004
[44]Ajitha Rajan.Automated requirements-based test case generation[J].2006
[45]W.Whalen,Ajitha Rajan.Coverage metrics for requirements-based testing[J].2006
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