胡甜

(上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201411)

隨著通信和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，地鐵信號系統(tǒng)也取得了較大的進步。在地鐵信號系統(tǒng)中，聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路車站保證列車、車列正常和安全運行必不可少的核心基礎(chǔ)設(shè)備，是一個對安全性要求極高的系統(tǒng)。因此，需要對整個聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能性、安全性做完備的測試。但是，目前聯(lián)鎖系統(tǒng)測試存在測試規(guī)模龐大、測試難以全覆蓋和操作實時性要求高等問題[1-3]。此外，由于測試人員的專業(yè)水平參差不齊，編寫的測試用例難以保證測試完備，目前國內(nèi)外對聯(lián)鎖系統(tǒng)測試方法的研究主要集中在提高測試效率和測試覆蓋率上[4-7]。另外，由于聯(lián)鎖系統(tǒng)的復(fù)雜性，導(dǎo)致專家經(jīng)驗在編寫測試用例中占據(jù)了非常重要的地位，如何將這些經(jīng)驗引入到自動化測試中也是一個難題。王琦[8]根據(jù)有色Petri網(wǎng)的性質(zhì)及CPN Tools建模規(guī)則，對聯(lián)鎖軟件的控制邏輯進行形式化描述，生成測試用例，減少了重復(fù)，但測試用例的生成完全依賴模型的正確性，具有一定的局限性。閔銳[9]提出了一種基于改進的IPO(in-parameter-order)算法的聯(lián)鎖軟件測試案例自動生成方法，基于迭代的方法提高測試覆蓋率，但是該方法只能覆蓋聯(lián)鎖的基本功能，并沒有考慮特殊的聯(lián)鎖邏輯，因此對功能的覆蓋率仍有缺失。王培[10]設(shè)計了一個聯(lián)鎖系統(tǒng)的仿真測試平臺，在測試前需要基于站場圖生成進路表等靜態(tài)數(shù)據(jù)，如果有特殊數(shù)據(jù)，需要測試人員對數(shù)據(jù)進行添加修改，然后根據(jù)數(shù)據(jù)和聯(lián)鎖規(guī)則自動生成測試用例，由于這種測試平臺只基于聯(lián)鎖規(guī)則生成用例，沒有完全利用測試專家的經(jīng)驗，因此并不能適用于復(fù)雜和特殊的聯(lián)鎖場景。

本文基于規(guī)則驅(qū)動的自動測試框架，創(chuàng)新性地將專家經(jīng)驗融入到自動測試中，設(shè)計并實現(xiàn)了一種可以自動生成腳本并且自動執(zhí)行的測試平臺，而且實際應(yīng)用到了國內(nèi)多條地鐵線路中，與傳統(tǒng)的人工測試相比，具有完備性和自動化程度高等優(yōu)勢。

1 自動測試平臺設(shè)計實現(xiàn)

1.1 自動測試平臺架構(gòu)

自動測試平臺架構(gòu)如圖1所示，主要由如下幾個模塊組成：

(1)利用基于規(guī)則的數(shù)據(jù)分類算法，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(比如聯(lián)鎖表)進行分類，形成關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)庫；

(2)利用匹配替換算法，基于規(guī)則庫和關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)庫，自動生成測試腳本庫；

(3)測試平臺從測試腳本庫中依次取出腳本，解析并執(zhí)行，對測試結(jié)果進行自動判定；

(4)通信層負(fù)責(zé)維持和被測聯(lián)鎖系統(tǒng)的通信，發(fā)送測試命令給被測對象，接收聯(lián)鎖系統(tǒng)回復(fù)的報文，解析后采集仿真設(shè)備的狀態(tài)，并將其反饋給腳本執(zhí)行模塊進行測試結(jié)果的判斷。

圖1 自動測試框架Fig.1 Automatic test framework

1.2 規(guī)則提取和表達

規(guī)則是測試意圖的表達，是測試專家的經(jīng)驗總結(jié)，測試專家基于聯(lián)鎖系統(tǒng)需求，提取出相應(yīng)的測試規(guī)則，并且確保規(guī)則全覆蓋系統(tǒng)需求。對于聯(lián)鎖系統(tǒng)測試來說[4]，規(guī)則中含有若干個關(guān)鍵字和操作序列，如圖2所示。

圖2 規(guī)則示例Fig.2 An example of a rule

1.3 基于規(guī)則的數(shù)據(jù)分類

基于規(guī)則的分類是使用一組“if…then…”規(guī)則來對數(shù)據(jù)進行分類的技術(shù)，可以表示為如下形式：

ri:(ci)→yi，

(1)

式中ci稱為規(guī)則前件或前提，規(guī)則前件是屬性測試的集合。

ci=(A1opv1)∧(A2opv2)∧…∧(Aiopvi)，

(2)

式中(Ai,vi)為(屬性，值)對;op為比較運算符，取自集合{=,≠,<,>,≤,≥};yi為分類標(biāo)簽，為規(guī)則后件，當(dāng)規(guī)則r的規(guī)則前件與記錄x的屬性匹配時，則稱r覆蓋了x，當(dāng)r覆蓋某條記錄時，則稱規(guī)則r被觸發(fā)。

本算法利用基于規(guī)則的數(shù)據(jù)分類算法，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(比如聯(lián)鎖表)進行分類，形成關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)庫。

1.4 自動生成腳本

利用匹配算法，自動測試框架會基于關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)庫和規(guī)則庫，自動生成測試腳本用例，流程圖如圖3所示。

圖3 自動生成腳本流程圖Fig.3 Automated test script generation flow chat

1.5 自動執(zhí)行腳本

該模塊負(fù)責(zé)解析和自動執(zhí)行腳本庫中的所有腳本并收集測試數(shù)據(jù)，在執(zhí)行腳本的過程中，還會記錄運行時間、測試行為和測試結(jié)果，以便于后期結(jié)果分析。

自動執(zhí)行腳本的時序如圖4所示。

(1)腳本解析模塊會依次獲取腳本庫中的腳本，然后解析腳本，將腳本轉(zhuǎn)換為測試行為，比如，發(fā)送仿真命令、獲取設(shè)備狀態(tài)等；

(2)腳本執(zhí)行模塊會依次執(zhí)行解析出來的測試命令，由于測試對時序有要求，因此該模塊會和通信模塊相互配合，等一條仿真命令結(jié)束后，才會執(zhí)行下一條仿真命令；

(3)收到狀態(tài)數(shù)據(jù)后，會根據(jù)報文格式解析報文，根據(jù)報文內(nèi)容更新相應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)；

(4)一條腳本執(zhí)行結(jié)束后，會記錄測試時間，生成測試結(jié)果。

在項目執(zhí)行過程中，可以根據(jù)測試需求增加測試命令，添加對應(yīng)的腳本關(guān)鍵字。由于通信層與特定的協(xié)議和接口相關(guān)，在缺少接口的情況下，可以根據(jù)新增協(xié)議編寫相應(yīng)的通信層模塊，并添加到測試框架中，所以該測試框架具有良好的可擴展性。

圖4 自動執(zhí)行腳本時序Fig.4 Automated script execution sequence

2 實現(xiàn)結(jié)果

為驗證該測試平臺的執(zhí)行效率，本文把某正線和車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)作為被測對象，以引導(dǎo)進路建立功能為例描述實現(xiàn)過程和結(jié)果。

2.1 聯(lián)鎖測試概述

對聯(lián)鎖系統(tǒng)的測試通常采用黑盒測試方法，測試人員根據(jù)測試案例，在人機交互平臺操作相關(guān)命令，聯(lián)鎖系統(tǒng)在收到命令后，根據(jù)采集到的軌旁設(shè)備狀態(tài)進行邏輯運算，并將運算結(jié)果反饋給人機交互平臺，測試人員根據(jù)相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)對測試結(jié)果進行判定。因此，對聯(lián)鎖系統(tǒng)進行自動化測試，需要：

(1) 模擬測試人員的操作，自動形成仿真命令，并對測試結(jié)果進行判定；

(2) 模擬軌旁設(shè)備狀態(tài)，并將設(shè)備狀態(tài)實時發(fā)給聯(lián)鎖系統(tǒng)。

結(jié)合上述測試需求，設(shè)計了如圖5所示的測試平臺，其中控制平臺負(fù)責(zé)模擬測試人員生成并發(fā)送仿真命令，軌旁仿真用來模擬軌旁設(shè)備的狀態(tài)。測試過程為測試人員選擇測試項，測試平臺向被測聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送仿真命令和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并接收狀態(tài)數(shù)據(jù)，解析后根據(jù)期望結(jié)果判定案例執(zhí)行結(jié)果。

圖5 自動測試平臺Fig.5 Automatic test platform

2.2 規(guī)則提取

測試專家對進路建立功能進行分析，針對引導(dǎo)進路建立功能提取了如表1所示的規(guī)則。

該規(guī)則中CallOnRouteName、FlankRouteName、BeginSignalName和RouteInnerBlockName均為關(guān)鍵字。測試平臺會向被測系統(tǒng)發(fā)送如下仿真命令：進路設(shè)置—進路取消—進路初始化—進路確認(rèn)，然后檢查如下設(shè)備狀態(tài)并和期望值進行比對：進路狀態(tài)、始端信號機狀態(tài)、進路內(nèi)區(qū)段狀態(tài)，最后釋放進路，以便執(zhí)行下一條案例。詳見圖6。

表1 引導(dǎo)進路建立規(guī)則Table 1 Call-on route set rule

圖6 測試序列Fig.6 Test sequence

2.3 數(shù)據(jù)分類

對進路數(shù)據(jù)進行分類，表2是一些規(guī)則舉例。

表2 進路分類規(guī)則Table 2 Route classification rule

遍歷聯(lián)鎖表，某個控區(qū)中符合表1規(guī)則的關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)如表3所示。

表3 進路關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)

2.4 自動生成腳本

基于表1～2，利用圖3的算法，可生成如下20條腳本(表4)：

表4 生成腳本

表4(續(xù))

2.5 自動執(zhí)行結(jié)果

針對正線和車輛段共計10個區(qū)的數(shù)據(jù)(415條主體進路，170條防護進路)，基于提取的219條規(guī)則，運用該自動測試平臺，生成可自動測試腳本66 012條。如果采用人工測試，需要消耗約312 工時，而自動測試共計使用124工時，且自動測試能夠做到24 h無人值守不間斷測試，重復(fù)性操作，自動測試的可靠性極高。目前自動測試可以涵蓋聯(lián)鎖功能的98.2%，可以極大地解放人力。

3 結(jié)語

本文研究了聯(lián)鎖系統(tǒng)的自動化測試技術(shù)，開發(fā)了基于規(guī)則的自動化測試平臺，該平臺將專家經(jīng)驗融合進了自動測試，可以對站場數(shù)據(jù)進行全覆蓋測試，特別適用于中型和大型站場測試。由于通信層可以增加和修改通信協(xié)議適配不同的被測對象，因此具有良好的可擴展性，同時也可以運用在其他安全系統(tǒng)，比如智能汽車等領(lǐng)域的自動化測試。該平臺大為提高了聯(lián)鎖系統(tǒng)測試的完備性和自動化程度，降低了成本。