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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

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

    算法1 EFSM转换UPPAAL TA算法
    输入:EFSM模型M输出:UPPAAL TA模型M1步骤1 从M中选取$ s $,且ε s = ORs集合记为Sk; 步骤2 选取siSk,建立si对应的TA模型mi;将si的直接子状态转换为mi的位置;将si的迁移转换为mi的变迁;步骤3 将si中的事件映射为mi的broadcast chan;如果si包括not事件表达式,在mi中新增broadcast chan映射该not事件表达式;步骤4 如果si包括状态事件,mi中新增bool变量,对应位置增加条件为true的自迁移,入射变迁将bool变量置为true,出射变迁置为false;步骤5 如果si包括FINAL状态,mi新增bool变量描述该状态是否激活;mi对应的位置中增加条件为true的自迁移,入射变迁将bool变量置为true,出射变迁置为false;步骤6 将si的SYNC事件映射为mi中对应的bool变量合取表达式;步骤7 将si的事件表达式分解为单个事件或bool变量,mi根据si事件表达式对应的各个事件或变量依次进行状态转移;步骤8 遍历si的格局转移关系,调整mi结构,保证misi转移关系的一致性;步骤9 Sk = Sk \ si;步骤10 如果Sk =$ \emptyset $,则继续步骤11,否则重复步骤2~9;步骤11 遍历M 的格局转移关系,调整M1结构,保证转移关系一致;输出M1= m1 || m2 || … || mi.
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    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
    1a) 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.
    3a) 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.
    4a) 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分钟.
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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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