基于TIOA及Ecdar的高铁ATO系统变异测试方法研究

作     者：张志轩 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李开成

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：高铁ATO系统 变异测试 输入输出时间自动机(TIOA) 测试案例 Ecdar 

摘      要：近年来,随着我国高速铁路的发展和运输压力的增大,将列车自动驾驶(ATO)技术应用到高速铁路上的需求尤为迫切。因此,新增了 ATO功能的高速铁路ATO系统应运而生。测试是保证高铁ATO系统正确性和可靠性的重要技术方法,而测试案例作为测试中的核心问题,关系到测试的质量和效率。如何自动地生成测试案例集并确保其覆盖度和完备性一直是列控系统的关键问题与研究重点。变异测试通过有目的地向程序/系统中注入不同类型的故障来模拟程序/系统在运行中可能出现的缺陷,由此生成的变异体可以用来生成新的测试案例。本文将变异测试技术和输入输出时间自动机(TIOA)理论相结合,设计了基于TIOA及Ecdar的高铁ATO系统变异测试方法,实现了高铁ATO系统的形式化建模与验证,以及基于变异测试的测试案例自动生成。论文主要工作如下。首先,介绍了 TIOA相关理论、变异测试技术和集建模、验证和测试功能于一体的工具Ecdar,在此基础上设计了本文的高铁ATO系统变异测试方法,包括高铁ATO系统形式化建模与验证方法,11种变异算子以及测试案例生成方法。其次,从整体架构、系统接口和运营场景三个方面总结了高铁ATO系统。通过分析列车在区间跨TSRS运行场景的信息交互过程和功能需求,设计并建立了该场景的TIOA模型,然后验证了该模型的逻辑功能和时序功能。接着,将变异算子注入至TIOA模型进行变异以生成变异体模型,并使用Java在Intellij下开发了区间跨TSRS运行场景的SUT程序。之后根据测试案例生成方法,通过将原模型、变异体模型、SUT程序作为Ecdar的输入,使用Ecdar生成了测试案例。最后,使用C#在VS 2015下开发了测试案例解析与转化工具,然后使用该工具将生成的XML形式测试案例转化为了可读性更高的中文案例。之后,以高铁ATO系统测试情况及现有列控系统测试案例集为依据,总结了 3条筛选原则,并从转化后的测试案例中筛选出了适用于高铁ATO系统的测试案例。这些测试案例不仅可以用来丰富原有的测试案例集,也验证了本文所研究的变异测试方法的有效性。图47幅,表18个,参考文献67篇。