• ISSN 0258-2724
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面向高铁信号系统工程测试的测试建模方法

史增树 李耀 郭进 张亚东

史增树, 李耀, 郭进, 张亚东. 面向高铁信号系统工程测试的测试建模方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220674
引用本文: 史增树, 李耀, 郭进, 张亚东. 面向高铁信号系统工程测试的测试建模方法[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220674
SHI Zengshu, LI Yao, GUO Jin, ZHANG Yadong. Testing Modeling Method for Engineering Testing of High-Speed Railway Signaling System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220674
Citation: SHI Zengshu, LI Yao, GUO Jin, ZHANG Yadong. Testing Modeling Method for Engineering Testing of High-Speed Railway Signaling System[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220674

面向高铁信号系统工程测试的测试建模方法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220674
基金项目: 中国铁路总公司科技研究开发计划(N2018G062, K2018G011);中央高校基本科研业务费专项资金(2682022ZTPY084)
详细信息
    通讯作者:

    史增树(1979—),男,工程师,博士研究生,研究方向为铁路信号系统工程测试,E-mail:shizengshu@126.com

  • 中图分类号: U284

Testing Modeling Method for Engineering Testing of High-Speed Railway Signaling System

  • 摘要:

    高铁信号系统工程测试关注系统中各设备间的复杂行为关系和状态同步,工程测试的测试建模方法缺少复杂行为交互和同步机制,针对此问题,提出基于扩展有限状态机的高铁信号系统工程测试建模方法和测试用例生成方法. 首先,分析高铁信号系统工程测试的特点,提出复杂事件交互和状态同步的测试建模需求,以有限状态机理论为基础,扩展出状态事件和层次性,满足信号系统工程测试中复杂行为关系和状态同步的建模需求,采用Z规格说明语言给出扩展有限状态机的形式化定义,定义扩展有限状态机的格局和同步机制;然后,提出将扩展有限状态机转化为时间自动机的算法,利用时间自动机的测试用例生成算法自动生成高铁信号系统工程测试的测试用例;最后,以高铁信号系统工程测试中的进路控制为例,建立扩展有限状态机模型并生成测试用例,通过变异分析对生成的测试用例进行评估. 结果表明:测试用例在检测状态变异和事件表达式变异时的变异评分均为1,具有良好的覆盖度,能够满足高铁信号系统工程测试的需求.

     

  • 图 1  高铁工程实际信号系统关联关系

    Figure 1.  Correlation of actual HSRSS

    图 2  有限状态机模型Mex

    Figure 2.  Model of finite state machine Mex

    图 3  EFSM示例

    Figure 3.  Example of EFSM

    图 4  EFSM示例模型的层次结构

    Figure 4.  Hierarchy of EFSM model

    图 5  EFSM格局转移

    Figure 5.  Pattern shift of EFSM

    图 6  TA模型

    Figure 6.  TA model

    图 7  进路控制模型Droute

    Figure 7.  Droute of route control model

    图 8  进路控制TA模型

    Figure 8.  TA model of route control

    图 9  s52变异模型

    Figure 9.  Mutation model of s52

    表  1  Droute事件含义

    Table  1.   Meaning of events in Droute

    事件含义事件含义
    e10进路占用e11进路空闲
    e12进路红光带e13进路检查通过
    e20道岔正确e21超限绝缘相邻区段空闲
    e30敌对进路满足e31灯丝正常
    e41向TCC发送进路e42向RBC发送SA
    e43取消进路e44延迟解锁
    e45分段解锁
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    表  2  Droute状态含义

    Table  2.   Meaning of states in Droute

    状态含义状态含义
    s11进路处于占用状态s12进路处于空闲状态
    s13进路处于红光带状态s21道岔位置处于非法状态
    s22道岔位置处于合法状态s24超限绝缘相邻区段
    处于占用状态
    s25超限绝缘相邻区段
    处于空闲状态
    s31敌对进路处于建立状态
    s32敌对进路处于
    未建立状态
    s34灯丝处于故障状态
    s35灯丝处于正常状态s41进路处于建立状态
    s42进路处于取消状态
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    表  3  DrouteDroute_TA 对比

    Table  3.   Comparison between Droute and Droute

    模型 构件数 状态数 变迁数 事件/变量数
    Droute 1 19 29 13
    DTA 7 25 47 22
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    表  4  Droute测试用例(部分)

    Table  4.   Test cases of Droute (Part)

    测试用例 主要内容
    1  a) 进路区段空闲,道岔位置正确,超限绝缘相邻区段占用;然后:b) 超限绝缘相邻区段空闲,进路上区段红光带,进路不能锁闭
    2 进路空闲、超限绝缘相邻区段空闲、道岔位置正确、敌对进路未建立,进路锁闭,信号机开放
    3  a) 进路空闲,超限绝缘相邻区段空闲,道岔位置正确,进路锁闭,信号尚未开放;然后:b) 敌对进路未建立,灯丝正常,但进路占用,信号不能开放
    4 a) 进路锁闭后,向TCC发送联锁进路;b) 进路锁闭后,向RBC发送SA 信息
    5 进路锁闭后,灯丝断丝,信号不能开放
    6 列车在进路内正常运行,进路分段解锁
    7 接近区段占用,接车进路解锁时需延时3 min
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    表  5  测试用例评估

    Table  5.   Test case evaluation

    变异算子 变异描述 变异体数量/个 发现变异体数量/个 变异评分
    迁移变异 增加或减少迁移 20 12 0.6
    状态变异 增加或减少状态 10 10 1.0
    事件表达式变异 改变事件表达式内容 15 15 1.0
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  • [1] 上官伟,胡福威,袁敏,等. 基于弹复力效应的列控车载设备可靠性分析方法[J]. 铁道学报,2018,40(6): 75-82. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2018.06.010

    SHANGGUAN Wei, HU Fuwei, YUAN Min, et al. Reliability analysis method for on-board equipment of train control system based on resilience effect[J]. Journal of the China Railway Society, 2018, 40(6): 75-82. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2018.06.010
    [2] 齐凡瑞,李强. 列控系统RBC测试序列优化生成方法[J]. 北京交通大学学报,2022,46(2): 11-19,28. doi: 10.11860/j.issn.1673-0291.20210139

    QI Fanrui, LI Qiang. Optimal generation method of RBC test sequence for train control system[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2022, 46(2): 11-19,28. doi: 10.11860/j.issn.1673-0291.20210139
    [3] 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
    [4] 赵显琼,郑伟,唐涛. 一种基于模型的形式化测试序列自动生成方法及在ETCS-2中的应用[J]. 铁道学报,2012,34(5): 70-80. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2012.05.012

    ZHAO Xianqiong, ZHENG Wei, TANG Tao. Model-based formal approach for generating test cases and test sequences automatically by example of the ETCS-2[J]. Journal of the China Railway Society, 2012, 34(5): 70-80. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2012.05.012
    [5] 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
    [6] 王硕,张亚东,郭进,等. 列控中心自动化测试测试用例生成方法[J]. 北京交通大学学报,2020,44(5): 49-54. doi: 10.11860/j.issn.1673-0291.20200052

    WANG Shuo, ZHANG Yadong, GUO Jin, et al. Generation method of test cases for automated testing of TCC[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2020, 44(5): 49-54. doi: 10.11860/j.issn.1673-0291.20200052
    [7] LV J D, AHMAD E, TANG T. Non-deterministic delay behavior testing of Chinese train control system using UPPAAL-TRON[J]. IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine, 2021, 13(3): 58-82. doi: 10.1109/MITS.2019.2953536
    [8] 魏柏全,吕继东,陈柯行,等. 基于TAIO变异的CTCS-3列控系统测试案例生成方法[J]. 西南交通大学学报,2020,55(5): 937-945,962. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180078

    WEI Baiquan, LÜ Jidong, CHEN Kexing, et al. Mutation timed automata with input and output-based method of generating test suites for Chinese train control system level 3[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 937-945,962. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180078
    [9] LI C L, LI K C, TANG T, et al. Model-based generation of safety test-cases for Onboard systems[C]//2013 IEEE International Conference on Intelligent Rail Transportation Proceedings. Beijing: IEEE, 2013: 191-196.
    [10] 吕继东,朱晓琳,王海峰,等. 基于UPPAAL-TRON的高速铁路列控系统非确定性时延一致性测试研究[J]. 铁道学报,2016,38(1): 54-64. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2016.01.009

    LV Jidong, ZHU Xiaolin, WANG Haifeng, et al. Online conformance testing of non-determinism time delay in high-speed train control system using UPPAAL-TRON[J]. Journal of the China Railway Society, 2016, 38(1): 54-64. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2016.01.009
    [11] 曹雅鑫. 基于UML状态图的列控中心轨道电路编码功能测试用例生成方法研究[D]. 成都:西南交通大学,2017.
    [12] 郑伟,唐涛,吕继东,等. 基于IECP的CTCS-3列控车载TSM曲线完备性测试用例集生成方法研究[J]. 铁道学报,2020,42(5): 72-83. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2020.05.010

    ZHENG Wei, TANG Tao, LÜ Jidong, et al. Method of generating completeness test suit based on IECP for CTCS-3 train control TSM profile[J]. Journal of the China Railway Society, 2020, 42(5): 72-83. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2020.05.010
    [13] LV J D, LU W L, WANG T, et al. The search-based mutation testing of the Chinese train control system level 3 on board a train control system[J]. IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine, 2022, 14(5): 41-58. doi: 10.1109/MITS.2021.3069900
    [14] SUN Y J, LI K C, YUAN L, et al. Safety test case generation of train-ground transmission function for CTCS based on fault models[C]//2019 IEEE Intelligent Transportation Systems Conference (ITSC). Auckland: IEEE, 2019: 3355-3360.
    [15] 李耀,张晓霞,郭进,等. 高铁信号系统安全关键功能测试建模方法[J]. 西南交通大学学报,2022,57(1): 28-35,45. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200378

    LI Yao, ZHANG Xiaoxia, GUO Jin, et al. Testing modeling method for safety critical function of high-speed railway signal system[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(1): 28-35,45. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200378
    [16] 李耀,张晓霞,郭进,等. 铁路信号系统软件测试建模方法[J]. 西南交通大学学报,2022,57(2): 392-400,424. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200530

    LI Yao, ZHANG Xiaoxia, GUO Jin, et al. Modeling method for testing railway signal system software[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(2): 392-400,424. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200530
    [17] AMMANN P, OFFUTT J. Introduction to Software Testing[M]. New York: Cambridge University Press, 2017.
    [18] 吴彪. 基于EFSM的测试用例自动生成方法的研究[D]. 杭州:浙江理工大学,2016.
    [19] MIKK E, LAKHNECH Y, PETERSOHN C, et al. On formal semantics of statecharts as supported by STATEMATE[C]//Proceedings of the 2nd BCS-FACS conference on Northern Formal Methods. Ilkley: [s. n.], 1997: 1 -12.
    [20] 朱雪阳,唐稚松. Statecharts的组合语义与求精[J]. 软件学报,2006,17(4): 670-681. doi: 10.1360/jos170670

    ZHU Xueyang, TANG Zhisong. Compositional semantics and refinement of statecharts[J]. Journal of Software, 2006, 17(4): 670-681. doi: 10.1360/jos170670
    [21] SOLIMAN D, THRAMBOULIDIS K, FREY G. Transformation of Function Block Diagrams to UPPAAL timed automata for the verification of safety applications[J]. Annual Reviews in Control, 2012, 36: 338-345. doi: 10.1016/j.arcontrol.2012.09.015
    [22] LI Y, ZHANG X X, ZHANG Y D, et al. Towards A test paths generation method for CTCS level transition[J]. MATEC Web of Conferences, 2020, 325: 1001-1005. doi: 10.1051/matecconf/202032501001
    [23] 李兰心,王海峰,齐志华,等. 基于SCADE模型的车载ATP测试用例生成方法[J]. 铁道学报,2020,42(9): 102-110. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2020.09.013

    LI Lanxin, WANG Haifeng, QI Zhihua, et al. SCADE model-based method of test cases generation for onboard ATP system[J]. Journal of the China Railway Society, 2020, 42(9): 102-110. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2020.09.013
    [24] 魏柏全. 基于TAIO变异分析的新型列控系统安全功能测试评价研究[D]. 北京:北京交通大学,2018.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-07
  • 修回日期:  2024-02-29
  • 网络出版日期:  2024-06-04

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