• ISSN 0258-2724
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铁路信号安全关键软件的组合测试序列集约简

饶畅 李楠 张亚东 郭进 李耀

饶畅, 李楠, 张亚东, 郭进, 李耀. 铁路信号安全关键软件的组合测试序列集约简[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 596-603. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190157
引用本文: 饶畅, 李楠, 张亚东, 郭进, 李耀. 铁路信号安全关键软件的组合测试序列集约简[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 596-603. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190157
RAO Chang, LI Nan, ZHANG Yadong, GUO Jin, LI Yao. Combinatorial Test Sequence Set Reduction Approach for Railway Signaling Safety-Critical Software[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 596-603. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190157
Citation: RAO Chang, LI Nan, ZHANG Yadong, GUO Jin, LI Yao. Combinatorial Test Sequence Set Reduction Approach for Railway Signaling Safety-Critical Software[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 596-603. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190157

铁路信号安全关键软件的组合测试序列集约简

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190157
基金项目: 国家自然科学基金青年基金(61703349),中央高校基本科研业务费专项资金(2682017CX101),中国铁路总公司科技研究开发计划课题(N2018G062,K2018G011)
详细信息
    作者简介:

    饶畅(1992—),男,博士研究生,研究方向为组合测试及其在铁路信号系统中的应用,E-mail:changrao@my.swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    张亚东(1983—),男,讲师,博士,研究方向为铁路信号系统可靠性与安全性,E-mail:ydzhang@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U283

Combinatorial Test Sequence Set Reduction Approach for Railway Signaling Safety-Critical Software

  • 摘要: 针对现有铁路信号系统安全关键软件t-路组合测试序列生成方法在处理大规模输入时产生冗余测试序列,导致测试执行成本较高的问题,提出了一种基于贪婪-粒子群混合优化算法的t-路组合测试序列集约简方法,用于降低序列集的执行成本. 首先,以执行成本最低为约简目标,建立针对t-路组合测试序列集约简的优化模型;然后,在保证测试序列集逻辑覆盖特性的基础上,采用贪婪-粒子群混合优化算法求解模型,计算约简后的测试序列集;最后,以ZPW-2000轨道电路接收器软件作为研究对象,以其生成的2-路组合测试序列集为例开展约简验证. 结果表明,所提方法在保证2-路组合覆盖和逻辑覆盖的前提下,对单个序列集的执行成本约简幅度最高达到98.33%,对序列集总的执行成本约简幅度达到36.10%,验证了所提方法的可行性和有效性.

     

  • 图 1  举例SUT的FSM模型

    Figure 1.  FSM model of the example SUT

    图 2  测试序列集约简方法框架

    Figure 2.  Framework of test sequence set reduction approach

    图 3  接收器软件驱动输出FSM模型

    Figure 3.  FSM model of the receiver software drive-out function

    图 4  序列集总执行成本曲线

    Figure 4.  Curve of the total cost of the sequence sets

    表  1  举例SUT的2-路组合测试序列集

    Table  1.   2-way test sequence sets of the example SUT

    序列集2-路组合测试序列
    T1${\tau _{\rm{1}}}$ = {12,21,31,42},${\tau _{\rm{2}}}$ = {11,21,32,41},
    ${\tau _{\rm{3}}}$ = {12,21,33,41},${\tau _{\rm{4}}}$ = {11,22,31,42}
    ${\tau _{\rm{5}}}$ = {12,22,32,41},${\tau _{\rm{6}}}$ = {11,22,33,42}
    ${\tau _{\rm{7}}}$ = {12,23,31,41},${\tau _{\rm{8}}}$ = {11,23,32,42},
    ${\tau _{\rm{9}}}$ = {12,23,33,42}
    T2${\tau _{{\rm{10}}}}$ = {12,21,31,52,61},${\tau _{{\rm{11}}}}$ = {11,21,32,51,61},
    ${\tau _{{\rm{12}}}}$ = {12,21,33,51,61},${\tau _{{\rm{13}}}}$ = {11,22,31,52,61}
    ${\tau _{{\rm{14}}}}$ = {12,22,32,51,61},${\tau _{{\rm{15}}}}$ = {11,22,33,52,61}
    ${\tau _{{\rm{16}}}}$ = {12,23,31,51,61},${\tau _{{\rm{17}}}}$ = {11,23,32,52,61},
    ${\tau _{{\rm{18}}}}$ = {12,23,33,52,61}
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    表  2  事件取值个数及其执行成本

    Table  2.   Domain size and cost of the input events

    输入事件执行成本/s取值/个
    有效信号1 3 9
    有效信号2 3 9
    有效信号3 3 9
    频率无效 1 24
    电压无效 1 20
    2 s 内频率无效 1 24
    2 s 内电压无效 1 20
    频率-电压无效 2 24
    电压-频率无效 2 20
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    表  3  测试路径与序列集

    Table  3.   Test paths and sequence sets

    测试路径路径长度路径对应的序列集序列/条
    P1 3 T1 480
    P2 6 T2 480
    P3 5 T3 576
    P4 3 T4 180
    P5 1 T5 9
    P6 5 T6 216
    P7 9 T7 607
    P8 3 T8 480
     注:路径长度即对应测试路径包含的事件数.
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    表  4  序列集约简结果

    Table  4.   Result of test sequence set reduction

    序列集约简后的序列/条执行成本/s成本降幅/%
    约简前约简后
    T1 240 2 880 1 440 50.00
    T2 400 4 320 3 600 16.67
    T3 242 6 336 2 662 57.98
    T4 180 1 260 1 260 0.00
    T5 1 27 3 88.89
    T6 84 1 512 588 61.11
    T7 592 7 891 7 696 2.47
    T8 8 2 880 48 98.33
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  • 郭进. 铁路信号基础[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2010.
    杨志杰, 禹志阳. 列车运行控制系统测试技术[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2016: 1-12.
    AMMANN P, OFFUTT J. Introduction to software testing[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2016.
    王秀玄. 基于UML的列控中心改变运行方向功能测试用例生成方法研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2016.
    袁磊,吕继东,刘雨,等. 一种全覆盖的列控车载系统测试用例自动生成算法研究[J]. 铁道学报,2014,36(8): 55-62. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2014.08.010

    YUAN Lei, LÜ Jidong, LIU Yu, et al. Research on model-based test case generation method of onboard subsystem in CTCS-3[J]. Journal of the China Railway Society, 2014, 36(8): 55-62. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2014.08.010
    吕继东,朱晓琳,李开成,等. 基于模型的CTCS-3级列控系统测试案例自动生成方法[J]. 西南交通大学学报,2015,50(5): 917-927. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2015.05.023

    LÜ Jidong, ZHU Xiaolin, LI Kaicheng, et al. Model-based test case automatic generation of CTCS-3 train control system[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2015, 50(5): 917-927. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2015.05.023
    梁茨,郑伟,李开成,等. 基于路径优化算法的测试序列自动生成及验证[J]. 铁道学报,2013,35(6): 53-58. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2013.06.009

    LIANG Ci, ZHENG Wei, LI Kaicheng, et al. Automated generation of test cases and sequences based on path optimization algorithm[J]. Journal of the China Railway Society, 2013, 35(6): 53-58. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2013.06.009
    赵晓宇,杨志杰,吕旌阳. 基于有色Petri网的车载设备模式转换测试序列生成方法[J]. 中国铁道科学,2017,38(4): 115-123. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2017.04.16

    ZHAO Xiaoyu, YANG Zhijie, LÜ Jingyang. Test sequence generation method of mode transition for on-board equipment based on colored petri net[J]. China Railway Science, 2017, 38(4): 115-123. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2017.04.16
    陈鑫,姜鹏,张一帆,等. 一种面向列车控制系统中安全攸关场景的测试用例自动生成方法[J]. 软件学报,2015,26(2): 269-278.

    CHEN Xin, JIANG Peng, ZHANG Yifan, et al. Method of automatic test case generation for safety-critical scenarios in train control systems[J]. Journal of Software, 2015, 26(2): 269-278.
    KUHN D R, WALLACE D R, GALLO A M. Software fault interactions and implications for software testing[J]. IEEE Transactions on Software Engineering, 2004, 30(6): 418-421. doi: 10.1109/TSE.2004.24
    严俊,张健. 组合测试:原理与方法[J]. 软件学报,2009,20(6): 1393-1405. doi: 10.3724/SP.J.1001.2009.03497

    YAN Jun, ZHANG Jian. Combinatorial testing:principles and methods[J]. Journal of Software, 2009, 20(6): 1393-1405. doi: 10.3724/SP.J.1001.2009.03497
    王子元,聂长海,徐宝文,等. 相邻因素组合测试用例集的最优生成方法[J]. 计算机学报,2007,30(2): 200-211. doi: 10.3321/j.issn:0254-4164.2007.02.006

    WANG Ziyuan, NIE Changhai, XU Baowen, et al. Optimal test suite generation methods for neighbor factors combinatorial testing[J]. Chinese Journal of Computers, 2007, 30(2): 200-211. doi: 10.3321/j.issn:0254-4164.2007.02.006
    唐抗尼,肖宝弟. 城市轨道交通ATP车载设备测试用例生成方法[J]. 中国铁道科学,2011,32(4): 99-103.

    TANG Kangni, XIAO Baodi. A test case generation method of on-board ATP equipment in urban rail transit[J]. China Railway Science, 2011, 32(4): 99-103.
    RAO C, GUO J, LI N, et al. Applying combinatorial testing to high-speed railway track circuit receiver[C]// Proceedings of the IEEE International Conference on Software Testing, Verification and Validation Workshop. [S.l.]: IEEE, 2017: 199-207.
    KENNEDY J, EBERHART R C. A discrete binary version of the particle swarm algorithm[C]// Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics. [S.l.]: IEEE, 1997: 4104-4108.
    聂长海. 组合测试研究进展[J]. 中国科技论文,2017,12(20): 418-421.

    NIE Changhai. The latest research development of combinatorial testing[J]. China Sciencepaper, 2017, 12(20): 418-421.
    LI N, LI F, OFFUTT J. Better algorithms to minimize the cost of test paths[C]//Proceedings of the IEEE Inter-national Conference on Software Testing, Verification and Validation. [S.l.]: IEEE, 2012: 280-289.
    LEI Y, KACKER R, KUHN D R, et al. IPOG/IPOG-D:efficient test generation for multi-way combinatorial testing[J]. Software Testing,Verification and Reliability, 2008, 18(3): 125-148. doi: 10.1002/stvr.381
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-25
  • 修回日期:  2019-05-14
  • 网络出版日期:  2019-05-23
  • 刊出日期:  2020-06-01

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