基于时间自动机的CTCs-3级列控系统变异测试方法研究

摘要

高速铁路列控系统是典型的安全苛求系统，系统发生任何错误都有可能引起灾难性的后果，直接影响到人民的生命和财产安全。因此，保证列控系统的正确和安全至关重要。测试是保证高铁列控系统正确和可靠的重要技术手段，长期以来，如何生成测试案例和如何确保测试案例集的完备性一直是列控系统测试中的关键问题，关系到测试的效率和质量。而测试案例的质量该如何评价，究竟能不能对系统进行充分地检测，这就涉及到测试案例集完备性的评估问题，需要有相应的方法来对测试案例集进行检验。
　　变异测试可以模拟系统中可能存在的错误或缺陷，提供了一种度量测试案例集完备性的方法，可以直接地、定量地衡量测试案例集的完备性，评估测试案例集发现系统异常和缺陷的能力;同时，通过变异分析还可以有针对性地对原测试案例集进行修改和补充，进一步提高其完备性。本文将变异测试引入时间自动机，首先根据规范并利用UPPAAL对列控系统典型场景进行仿真建模;然后，围绕模型进行变异测试，评估其测试案例集的完备性;进而探究测试案例集的完善方法。
　　论文主要的研究内容如下:
　　(1)研究和分析了列控系统测试案例和变异测试技术的国内外研究现状，并详细介绍了变异测试和时间自动机等理论，为提出本文的研究方法奠定了基础。
　　(2)将变异测试和时间自动机进行深度结合，提出基于时间自动机的列控系统变异测试方法，实现CTCS-3级列控系统的形式化建模和验证、时间自动机中的变异分析和测试案例集完备性评估、变异模型的分析和测试案例集的完善等功能，从而构建了完整的闭环研究过程。
　　(3)将基于时间自动机的变异测试方法应用于CTCS-3级列控系统等级转换场景和RBC切换场景，首先，对场景进行形式化建模，并验证了模型与规范的一致性关系;其次，围绕模型实施了变异分析和完备性评估，得到了针对场景的测试案例集完备性指标;最后，基于变异模型对原测试案例集进行了修改和补充，提高了原案例集的完备性。
　　(4)以C＃作为开发语言，在Visual Studio2010平台下设计并实现了变异体辅助生成工具，在变异分析过程中，该工具可以半自动地统计各个变异算子生成的变异体的个数，为变异测试的实施带来了便利。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 列控系统测试案例研究现状

1．2．2 变异测试技术研究现状

1．3 研究内容与章节安排

1．4 本章小结

2 变异测试技术和时间自动机理论

2．1 变异测试技术

2．1．1 基本假设

2．1．2 变异算子

2．1．3 等价变异体

2．1．4 变异分析

2．2 时间自动机理论及UPPAAL

2．2．1 时间自动机中的基本概念

2．2．2 UPPAAL

2．3 本章小结

3 基于时间自动机的变异测试方法

3．1 CTCS-3级列控系统的建模方法与验证

3．1．1 列控系统的建模原则

3．1．2 列控系统模型的建立方法

3．1．3 列控系统模型的测试和验证

3．2 基于时间自动机的变异分析与完备性评估

3．2．1 时间自动机中的变异算子和变异体

3．2．2 时间自动机中的变异分析和评估过程

3．3 基于变异模型的测试案例集完善方法

3．4 本章小结

4 列控系统等级转换场景的变异测试

4．1 基于时间自动机的等级转换场景建模

4．1．1 等级转换场景的分析

4．1．2 等级转换场景模型的建立

4．1．3 等级转换场景模型测试和验证

4．2 等级转换场景的变异分析与完备性评估

4．2．1 步骤1：测试案例的筛选和归并

4．2．2 步骤2：变异体的生成和筛选

4．2．3 步骤3：变异分析的执行和结果

4．3 等级转换场景下测试案例集的完善

4．4 本章小结

5 列控系统RBC切换场景的变异测试

5．1 基于时间自动机的RBC切换场景建模

5．2 RBC切换场景的变异分析与完备性评估

5．3 RBC切换场景下测试案例集的完善

5．4 本章小结

6 结论

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

附录

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士期间取得的研究成果

学位论文数据集