（通信与信息系统专业论文）ctcs2列控中心应答器报文测试用例自动生成研究.pdf

摘要 摘要 软件测试是保证软件质量的关键步骤。测试有效性取决于测试用例的正确生 成。本文以c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统的研制为背景，研究了应答器 报文测试用例的自动生成算法，以此提高了系统测试的效率、改善了测试的质 量。 全文介绍了c t c s 2 级列控系统的总体构成和各部分的功能要求，详细讨论 了c t c s 2 级列控系统中的车站列控中心的功能和技术特点。在此基础上，结合 实际课题任务，详细阐述了列控中心应答器报文测试系统的测试用数据及数据 结构，进而给出了应答器测试用例的自动生成算法。测试用数据及测试系统的 其它相关数据( 如测试结果等) 需要有安全可靠的数据库进行管理，论文阐述 了专用数据库技术的研究和数据库设计全过程，包括数据库客户端的具体程序 设计。最后在总结中提出展望。 关键词：c t c s 2 ，测试用例，算法，数据库 a b s t r a c t a b s t r a c t s o f t w a r et e s t i n gi st h ek e ys t e pt oa s s u r es o f t w a r eq u a l i t y v a l i d a t i o no ft h et e s t d e p e n d so nt h ec o r r e c t n e s so ft h et e s tc a s e b a s e do nt h eb a c k g r o u n do fd e v e l o p m e n t f o rt r a i nc o n t r o lc e n t e r ( t c c ) b a l i s et e l e g r a mt e s t i n gs y s t e m ，t h eg e n e r a t i n g a l g o r i t h mo fb a l i s et e l e g r a mt e s tc a s ei sp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o nt oa s s u r et h e e f f i c e n c yo fs y s t e mt e s ta n di m p r o v et h et e s t i n gq u a l i t y t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h es t r u c t u r ea n df u n c t i o nr e q u i r e m e n to fe v e r yp a r t o fc t c s 2t r a i nc o n t r o lc e n t e rs y s t e ma n dd i s c u s s e st h ef u n c t i o na n dt e c h n o l o g y c h a r a c t e r so ft r a i nc o n t r o lc e n t e ri nd e t a i l t h e na s s o c i a t e dw i ma s s i g n m e n t t h e s t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo ft e s td a t af o rt c cb a l i s et e l e g r a mt e s t i n gs y s t e ma r e d i s c u s s e di nd e t a i l f u r t h e rm o r e ，t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e st h ea u t o m a t i cg e n e r a t i n g a l g o r i t h mo fb a l i s et e s tc a s e as a f ea n dr e l i a b l ed a t a b a s ei sr e q u i r e df o rt h e m a n a g e m e n to ft e s t i n gd a t aa n do t h e rr e l a t e dd a t ao ft e s t i n gs y s t e m s op r i v a t e d a t a b a s et e c h n o l o g ya n dt h eb u i l d i n go ft h ed a t a b a s ea r ei n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gt h e d e t a i l e dp r o g r a md e s i g no ft h ed a t a b a s ec l i e n t a tt h ee n do ft h i sd i s s e r t a t i o n ，t h e p r o s p e c t so ft e s t i n gs y s t e ma r eg i v e nb a s e do nt h es u m m a r i z a t i o n k e yw o r d s ：c t c s 2 ，t e s tc a s e ，a l g o r i t h m ，d a t a b a s e i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 汐四年弓月f 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：伞伊 渺8 年3 月，de t 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 在众多的计算机应用领域中，铁路安全控制与防护系统( 即通常所说的信 号系统) 与航空航天、核工业、医疗等应用具有一个重要的共同特征，就是它 们的运行正确与否关系到人的生命、大量财产或生态环境的安危。这类系统中 的应用软件称为安全苛求软件( s a f e t yc r i t i c a ls o t t w a r e ) ，其根本特征是将安全性 视为第一性能。所谓软件安全性，就是计算机软件能够使其所控制的系统始终 处于不危及人的生命、财产和自然环境的安全状态的性质。然而，软件开发过 程中引入的软件缺陷往往是不可避免的。虽然最终提交的软件一般能够在常规 下很好地满足正常功能的要求，而在偏离正常的运行条件下，就有可能出现错 误的结果【l 】。因此，如何保证安全苛求软件的安全性和可靠性已成为人们必须解 决的一个问题。 保证软件产品的质量，需要从软件开发过程、开发技术水平、软件测试等 多方面进行保障。而软件测试又是保障软件质量的最重要的手段之一。软件测 试是伴随着软件的发展而产生的，是软件生命周期的一个重要阶段和关键步骤。 其实质是根据开发阶段的规格说明和程序的内部结构来设计出一批有代表性的 测试用例，并用这些测试用例在特定的环境中驱动被测系统的执行，观察执行 结果，分析故障并做出相应的调整。一个好的被测系统在提交之前其质量应该 得到保证，以至于软件组织机构花费大量的预算用于测试中。为了减少手工测 试的代价，增加软件的可靠性，测试用例的自动生成是非常关键的一步。因此， 探讨如何自动产生高质量的测试用例，有着很现实的意义。 1 2 国内外概况 1 2 1 问题的提出 研究表明，软件错误的及早发现能够减少错误修改的代价。改j 下软件错误 的时间与相应的代价可以用图1 1 来表示。 尽快尽早的对软件进行测试，发现软件的错误，是降低软件成本的主要手 第1 章绪论 段。但是，传统的软件测试用例生成主要依靠测试工程师的测试经验，这极大 的阻碍了软件测试的进程，测试用例的自动生成技术越来越成为学术界和工业 界研究的重点。 修复代 错误引入时间 时间 图1 1 改正软件错误代价与修改时间的关系 为了使测试数据能够自动生成，一般使用形式化或者半形式化的软件描述 规格。目前工业界广泛使用的是用z 符号语言( zn o t a t i o n ) 和v d m 来描述软 件的模型规格。z 符号语言是基于模式( s c h e m e ) 的形式化规格说明语言，它以 一阶谓词逻辑和集合论作为形式语言基础，将函数、映射、关系等数学方法用 于规格说明中，具有准确、简洁、无二义性等优点。文献【2 7 分别描述了根据 软件的z 规格说明，采用不同的测试数据充分性准则来自动生成测试用例的方 法。 但是，使用z 标记语言描述软件的规格说明需要使用者具有较高的数学素 养，测试用例的自动生成大多需要使用自动证明工具，如i s a b e l l e 和c a m 等工 具的支持。因此，这些方法还只是停留在研究的状态，并没有得到广泛的推广 使用。形式方法以其简洁、精确的表示方式，在软件丌发和测试中起着越来越 重要的作用。由于形式化是自动化的基础，近年来，围绕着基于形式化测试的 方法与工具的研究，也进行的如火如荼。但由于纯形式化的东西理解困难，并 且缺乏基于形式化语言的测试准则的描述和相应的支持形式方法的工具，这对 形式化测试的应用和度量带来了困难。 1 2 2 自动测试系统的研究概况 一个完备的自动测试系统需要包括以下几个部分，测试用例自动生成系统、 2 第1 章绪论 测试用例接1 ：3 、驱动被测软件的程序、主应用程序、出错步骤记录、b u g 库。 在这几部分中，测试用例自动生成模块是整个系统的难点。测试用例对测 试过程的重要性是不言而喻的，一个优秀、有经验的测试人员编写的测试用例 可以提高测试的合理性和工作效率，因此，如何让计算机自动生成完备的、合 理的测试用例也就成了整个测试系统的关键。 目前，比较常用的测试用例生成系统结构是由一个知识库和一个知识库支 持环境组成。知识库是可变的，由用户或开发人员向其中添加知识；而知识库 生成环境不变，通过它可以生成测试用例，知识库中的知识越多，生成的测试 用例就越多。其结构如图2 1 所示。 帚j 拇熬 输入1 。 知识库 埝她 橱d 3 十墨鲁i 皇 试需求 一 ”“。 知识支持环境 闺1 2 测试用例生成结构图 1 3 论文的研究背景 随着经济全球化、一体化的出现，世界范围内掀起了一个轮轨高速铁路建 设的新高潮，其特点集中表现在高速度、高舒适度、高安全度和高效率。而我 国为了适应世界的发展趋势，也为了更好的提高铁路运输服务水平，成功实现 了六次提速，列车运行最高速度达到2 5 0 k m h ，在建的2 0 0 2 5 0 k m h 和 3 0 0 3 5 0 k m h 客运专线的列车最高运行速度达到3 5 0 k m h ，在国际铁路联盟的定 义中，已属高速范围，传统的以地面信号为主体信号的信号系统已不能满足运 输要求和保证行车安全，需要对原有的信号系统进行改造，升级成为c t c s 2 级 列车控制系统。根据列控系统方案要求，需要在地面增设应答器和车站列控中 心。 车站列控中心是构成c t c s 系统的重要组成部分，它依据调度指挥系统下 达的临时限速命令和联锁系统当前的进路状态实时计算，选择预先编码生成并 存储于列控中心系统中的应答器报文数据，控制有源应答器向列车动态传送， 从而实现对列车运行的动态控制。因此，车站列控中心是列车的运行速度提高 3 第l 章绪论 到2 0 0 k m h 的关键信号设备峰j 。作为铁路系统中负责保证安全的信号系统，它的 错误输出特别是危险侧的安全防护失效将可能导致非常严重的后果，甚至造成 重大的生命财产损失，因此它的可靠性，尤其是安全性，对保障高速铁路的安 全快速发展起至关重要的作用。在这类设备研制、生产、运行过程中，运用现 代技术手段对设备的可靠性和安全性进行科学、高效、全面、按标准的检测和 评估是十分迫切而且必需的。 列控软件的开发者、测试者和用户对待软件测试评估的主观意愿是不同的。 开发者主观上往往希望在测试时软件没有错误；用户则希望找出尽可能多的错 误和那些被认为是隐患的问题以排除后患。因此，列控软件的测试和评估需要 由独立于开发者和用户的专门人员使用规定的标准、方法及工具来进行第三方 测试，并在测试的基础上对列控软件给出公正客观的评估。 独立于开发方的第三方测试方在对软件进行安全性测试时常会受到许多条 件限制，一个是知识产权保护的问题，另一个是通用性问题，即需要面对不同 制式和版本的被测软件。在这些限制下，采用“黑箱”测试( b l a c k b o xt e s t i n g ) 的方法是可行的，包括功能测试、数据驱动测试或基于规格说明的测试 ( s p e c i f i c a t i o n b a s e dt e s t i n g ) 。用这种方法进行测试时，可以不考虑软件内部结 构的情况，测试方只要知道该软件输入和输出之间的关系，看它的输入能否被 正确地接受，并正确地输出结果，即是否满足功能需求例。 正是在这样的背景下，笔者所在的同济大学安全软件测试评估研究室成功 研制了c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统( 以下简称“平台”) ，平台是一个 融入现代计算机仿真技术、网络通信技术、数据库技术、可视化技术和软件自 动测试等新技术的分布式软件测试评估工具，通过对软件自动测试和手工测试 完成列控软件的安全性测试评估。 1 4 论文的主要工作 本论文的内容是对作者多年课题工作的理论研究与实践经验的一个全面的 总结，通过软件测试平台的研制开发以及多轮的软件测试与回归测试实践，作 者不仅掌握了一定的编程技术，而且也对软件测试理论与实践，数据痒技术的 具体应用有了更深的认识。 作者所完成的具体课题内容为应答器报文测试用例的自动生成，通过对区间 4 第1 章绪论 的动态数据和静态数据以及搜索算法的研究，提出了应答器报文测试用例的生 成算法，进而阐述了有严格的顺序性要求的数据生成过程。测试系统的基础数 据及其它相关数据( 如测试结果等) 需要有安全可靠的数据库进行管理，论文 阐述专用数据库技术的研究和数据库设计全过程，包括数据库的规范化设计和 数据的完整性、安全性等保障技术。课题的内容的细节将在相应章节内叙述， 以下作一个简单介绍：。 1 介绍c t c s 2 级列控系统的总体构成和各部分的功能要求，详细讨论了 c t c s 2 级列控系统中的车站列控中心的功能和技术特点，并对其应答器报文做 了简要说明( 第二章) ； 2 论述c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统使用的测试方法，介绍系统 的软硬件结构，深入分析平台应答器报文的测试流程。( 第三章) ； 3 讨论列控中心应答器报文测试系统的测试用数据及数据结构，并阐述采 用站场拓扑结构运用图搜索的方法实现应答器测试用例的自动生成。( 第四章) ； 4 讨论测试用基础数据的数据库所采用的技术，阐述专用数据库的构建的 全过程以及系统客户端的实现，包括对完整性和安全性的考虑( 第五章) ； 5 在总结已有的成果的基础上，展望待深入研究的问题( 第六章) 。 5 第2 章c t c s 2 列控中心概述 第2 章c t c s 2 列控中心概述 经过六次大面积提速、长期试验研究和积极消化吸收国外先进技术，我国 铁路已经实现时速2 0 0 k m ( 部分区段实现时速2 5 0 k m ) 既有线提速改造。既有 线提速2 0 0 k m h 技术体系由工务、牵引供电、信号系统、动车机辆、信息系统、 无线通信系统等几部分组成。在信号系统中，既有线提速2 0 0 k m h 采用c t c s 2 级列车运行控制系统，由a t p 车载设备和列控中心、应答器、z p w - 2 0 0 0 系列轨 道电路及c t c 、计算机联锁、车站电码化等地面设备构成，系统采用目标距离 模式监控列车安全运行，具备列车超速防护、临时限速、追踪运行等基本功能。 以下对c t c s 2 进行具体介绍。 2 1c t c s 2 列控系统 2 1 1 系统概述 c t c s 2 级是基于轨道电路和点式信息设备传输信息的列车运行控制系统， 面向提速干线和高速新线，适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。是 一种点连式列车运行控制系统，功能比较齐全和适合国情【1 0 】。 2 1 2 系统结构 c t c s 2 系统两个子系统，即车载设备和地面设备。地面子系统又分轨旁系 统和室内系统两部分，其总体结构如图2 1 所示。 图2 1c t c s 2 级列控系统总体结构 6 第2 章c t c s 2 列控中心概述 ( 1 ) 地面设备 c t c s 2 级地面设备包括以下内容： z p w - 2 0 0 0 轨道电路：占用检查及传送空闲及进路信息； 车站列控中心：用于编制可编程应答器报文； 轨旁电子单元( l e u ) ：用于可编程应答器的编程； 可变应答器：提供进路股道、临时限速信息； 固定应答器：提供线路参数及定位基准。 ( 2 ) 车载设备 c t c s 2 级车载设备包括以下内容： 安全计算机：用于接收并处理信息，发送制动命令等； b t m 模块：用于接收应答器报文； s t m 模块：用于接收轨道电路信息； 人机接口( m m i ) ； 记录器。 c t c s2 级车载设备结构： 动车组的两端各安装一套独立的a t p 车载设备； 总体结构采用硬件冗余结构，关键设备均采用双套，核心设备采用三取 二或者二乘二取二结构； 高安全性和可用性：安全等级达s i l a 级。 2 1 3 系统控制模式f 1 1 】 c t c s 2 列控系统采用目标距离速度控制模式，采取连续式一次制动速度控 制的方式，车载信号设备根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车 制动曲线。如图2 2 所示。 图2 2 连续式一次制动速度控制的方式 制动速度控制曲线是一次连续的，需要一个制动距离内所有的线路参数， 7 第2 章c t c s 2 列控中心概述 通过地面应答器进行信息传输。目标距离是由轨道电路进行连续信息传输的， 构成了移动授权凭证。目标距离控制模式不必设定每个闭塞分区速度等级，采 用一次制动方式。目标距离控制模式追踪目标点是前行列车所占用闭塞分区的 始端，而后行列车从最高速度开始制动的计算点是根据目标距离、目标速度及 列车本身的性能计算决定的。目标点相对固定，在同一闭塞分区内不依前行列 车的走行而变化，而制动的起始点是随线路参数和列车本身性能不同而变化的。 两列列车空间间隔的长度是不固定的，所以可称为准移动闭塞。 目标距离速度控制曲线实际上有三条，如图2 3 所示。 图2 3c t c s 2 速度控制曲线示意 图2 3 中粗实线为紧急制动速度控制曲线，短划虚线为常用制动速度控制曲 线，点虚线为司机实际运行速度控制曲线。目标距离速度控制曲线，从最高速 度至零速的列车控制减速曲线为一条连贯和光滑的曲线，列车实际减速运行曲 线只要在常用制动控制曲线以下就可以了，列车超速碰撞了常用制动速度控制 曲线，设备报警并自动实施常用制动，如继续超速碰撞了紧急制动速度控制曲 线，则引发紧急制动。因为速度控制是连续的全程监控，所以不会超速太多， 紧急制动的停车点不会冒出闭塞分区，可以不需增加一个闭塞分区作为安全防 护区段，当然，设计时会在停车点与目标点之间留有一定的安全距离。目标距 离速度控制的列车制动的起始点随线路参数和列车本身性能不同而变化，空间 间隔的长度是不固定的，比较适用于各种不同性能和速度列车的混合运行，其 追踪运行间隔要比分级速度控制小，减速比较平稳，旅客的舒适度也要好些。 2 2 车站列控中心 2 2 1 系统概述 车站列控中心是实现提速至2 0 0 k m h 的关键信号设备，它依据调度指挥系 统下达的临时限速命令和联锁系统当前的进路状态实时计算，选择预先编码生 8 第2 章c t c s 2 列控中心概述 成并存储于列控中心系统中的应答器报文数据，控制有源应答器向列车动态传 送，从而实现对列车运行的动态控制。 2 2 2 系统结构 车站列控中心主要有列控中心主机和监测机组成，安装在车站机械室，是 构成c t c s 2 级系统的重要组成部分。列控中心主要由列控中心主机和监测机组 成。主机采用“二乘二取二可靠性和安全性冗余结构，如图2 4 所示。a ，b 两系结构完全相同，互为备用；主备之间采用专用的链路连接。每系采用双子 系的二取二安全冗余结构，由专用高性能计算机系统构成，双c p u 独立运算， 使用各自独立的两个双口r a m 实现大容量信息快速交换，同步运行。两个c p u 分别对运算结果进行比对，只在结果一致时输出控制命令；两个c p u 分别对两 个子系进行周期性的自检，自检通过后分别向监督校验单元输出相异且变化的 校验字。s u p v e r 单元亦采用智能二取二结构，板上两个处理器分别收到来自 两个c p u 的校验字并检查正确后给出板上安全鉴相电源的动态控制命令；两个 处理器还分别对两个c p u 的控制命令进行比较，一致时驱动比较继电器吸起。 当c p u 校验字错误或命令不一致，比较继电器落下，切断对l e u 的通信和智能 安全输出板f i m o 的输出控制电源，确保系统安全【1 2 j3 1 。 图2 4 系统双系简易结构图 2 2 3 车站列控中心与外部系统的通信 车站列控中心有两种不同的结构，分别适用于计算机联锁和6 5 0 2 电气集中 9 第2 章c t c s 2 列控中心概述 联锁。图2 5 为计算机联锁条件下的列控中心系统结构。 图2 5 计算机联锁条件下的列控巾心系统结构 车站列控中心有p1 2 、q1 2 1 、r 口、s1 ：34 个接口( 见图2 3 ) 。p 口、q 口、 r 口物理层采用r s 4 2 2 ，其中p 口、q 口应冗余配置。s 口物理层采用冗余配 置的r s 4 8 5 ，数据层与l e u 相匹配，按上、下行线分别配置。车站列控中心与 其他系统接口皆采取光电隔离措施，采用统一的连接方式，包括通道、接插件、 端子分配及编号等。 p 口为车站列控中心与t d c s 或c t c 站机联接的接口。车站列控中心接收 c t c 或t d c s 的时钟信息，与本身的时钟进行校对，相差超过3 0 s 时采取相应 的安全措施，同时报警提示。车站列控中心还通过t d c s 分机或c t c 自律机， 获得临时限速信息，并将临时限速的设置结果实时向c t c 或t d c s 车站、调度 中心反馈。 q 口为车站列控中心与车站联锁系统的接1 2 1 。车站列控中心从车站联锁系统 获得车站进路和相关实时信息。在车站发车进路、离去区段有临时限速时，列 控中心根据牵引计算及动车组制动需要，向车站联锁系统输出进站信号机点黄 灯、接近区段轨道电路发黄码等控制条件，由联锁完成控制及驱动。在临时限 速设置的逻辑错误、列控中心设备与相关设备通信故障、l e u 设备故障时，列 控中心及时通过该接口在车务终端上报警并提示。 s 口为车站列控中心与地面电子单元( l e u ) 的接口，采用串行通信。列控 l o 第2 章c t c s 2 列控中心概述 中心向l e u 发送实际报文，l e u 实时向有源应答器传送，同时实时接收l e u 传送的自检测、监测与有源应答器间通信状态等数据。 r 口为车站列控中心与车站微机监测系统的接口。列控中心自动将自身、 l e u 及相关通道自检、自诊信息，向车站微机监测系统传送。 2 2 4 列控中心主要功能 根据既有2 0 0 k m h 车站列控中心技术条件( 暂行) ，车站列控中心的主 要功能如下： 1 临时限速功能 临时限速命令的处理流程： 通过c t c 车务终端将命令号、限速起点、限速长度、速度级别、线路号 和预计限速时间长度等相关内容，通过编码后根据相关协议生成限速命 令数据包，然后向列控中心发送限速命令。 列控中心收到来自于c t c 车务终端的限速命令后，对收到的数据进行有 效性检查，在报文存储器内查询相应报文，并向c t c 车务终端发送回执， 同时把报文检索结果传送给监测机，由监测机进行显示。 一列控中心向l e u 发送检索到的报文，同时接收l e u 的信息反馈，通过 信息反馈来确定报文的实际执行情况和l e u 的工作状态。列控中心把信 息反馈内容传送给c t c 车务终端，同时把系统工作状态信息传送给监测 机，由监测机进行记录。 2 接车进路信息预告功能 在联锁系统上办理接车、发车或通过进路，信号开放后，联锁系统把接发车 进路信息发送给列控中心。列控中心根据接车进路信息，在报文存储器中查询 相应的报文并发送给l e u 。列控中心把接车进路信息发送给监测机，由监测机 进行记录。监测机可以实时显示当前接车进路信息。当发车进路或离去区段有 限速且低于某一速度级别时，进站信号需要降级显示。 3 列控中心监测机功能 一 实时显示接发车进路信息和各设备( 列控中心、联锁系统、c t c 自律机、 监测机、l e u 、应答器) 的工作状念。 _ 对过去一段时间内的系统工作状态进行记录，便于分析系统运行状况， 查找系统故障原因显示各设备间的通信内容。实时显示列控中心发送 第2 章c t c s 2 列控中心概述 给l e u 的报文，同时用译码软件对报文解析，用清晰易读的方式显示出 来，并储存发送的原始报文。 _ 根据已有的记录，对整个系统过去的工作状态进行历史再现。 4 报文管理功能 列控中心给l e u 发送的信息必须采用报文的形式，这些报文是用符合一定 规范的初始用户数据，经过信道编码算法产生的。对用户数据进行信道编码的 目的是：提高应答器与车载设备问的无线信道传输的安全性。 报文的生成流程如下： 用软件生成符合应答器报文定义的初始用户数据： 利用初始用户数据，经过报文生成软件( f f f i s 信道编码标准) 产生报 文； 把所有产生的报文存储到列控中心的报文存储器内。列控中心系统软件 根据c t c 自律机发来的用户数据，在报文存储器内查询相应的报文并传 给l e u 。 车站列控中心需要与a t p 地面设备和车载设备共同配合，才能够完成上述 功能，图2 6 显示了车站列控中心在整个既有2 0 0 k m h 提速线路a t p 系统设备 中的位置。 根据a t p 系统要求，需要在车站进站口和出站口布置有源应答器，用于传 递接车进路信息和线路临时限速信息。 图2 6 列控巾一t l , 在a t p 系统巾的位置 1 2 室内 室外 第2 章c t c s 2 列控中心概述 2 2 5 系统可靠性及安全性保证措施 列控中心主机采用成熟的“二乘二取二”硬件结构，任何单点故障均可诊 断并具有1 0 0 的安全可用保障；同一系内的二取二比较同时由c p u l 、c p u 2 和s u p v e r 进行，异常时c p u 停止命令输出且通过比较继电器在物理层切断 主机与l e u 的通信和f i m o 的驱动控制电源。 系统双系互为主备，主备系统间通过高速串行通道实现信息交换和同步， 关键信息和变量均采用编码技术。系统采用嵌入式高可靠、低功耗的工业级c p u 组件，元器件经多级筛选，确保性能稳定，从硬件上提高了系统的安全性与可 靠性。系统各部分层次分明，减少了系统内部配线数量，整个机柜内部采用2 4 v 直流电压供电，减少了电力干扰，关键的电源部分采用鉴相判断，保障输出信 息的安全准确，提高了系统的安全性。此外，系统还采取了防雷和抗电磁干扰 等措施，提高系统的可靠性和安全性。 在系统设计上，冗余的报文存储器和报文存储结构中的校验码以及报文使 用前对其进行译码，以验证数据的合法性等措施也进一步提高了系统的可靠性 和安全性。 列控系统内通信采用了多级多网结构，并且采用了双地址码校验、定时通 信、固定数据长度、通信序号、双监测机通信时，通信内容采用c r c 数据校验 也是确保数据传输安全可靠的措施之一。 系统具有丰富的报警和提示，如l e u 与应答器通信中断报警、列控中心与 l e u 通信中断报警、列控中心与c t c 自律机通信中断报警、列控中心与联锁系 统通信中断报警、列控中心与监测机通信中断报警等监测机还可实时记录各 设备的状态以及列控系统的工作情况，并可以通过再现，为查找故障，缩短故 障维修时间提供有力的技术支持。码和c r c 校验、通信超时导向安全、输出电 源防护等多种数据校验算法和安全保证措施，保障了系统通信数据的安全可靠。 列控中心与安全智能i o 模块之间亦采用“二乘二取二二”冗余结构的c a n 总线 通信方式，可以保证数据高效、安全的传输。列控中心与联锁系统、c t c 自律 机、监测机通信时，通信内容采用c r c 数据校验也是确保数据传输安全可靠的 措施之一【1 4 】。 1 3 第3 章c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统 第3 章c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统 根据铁道部颁布的铁路运输安全设备生产企业认定方法，车站列控中心 设备必须进行认定测试。为此，依据既有线2 0 0 k m h 车站列控中心运用技术 原则( 暂行) 中关于车站列控中心功能和功能仿真测试端口的要求，开发”既有 线2 0 0 k m h 车站列控中心软件测试平台”，并采取与计算机联锁制式测试相类似 的方法，设计应答器报文和功能覆盖率较高的虚拟车站和线路，对车站列控中 心进行较为完整的制式测试是认定测试的可行方法。 3 1 安全软件测试自动化技术 3 1 1 软件自动化测试的概念 软件测试的工作量很大( 据统计，会用到3 0 - - 5 0 的开发时间；一些可靠 性要求非常高的软件，测试时问甚至占到总开发时间的6 0 ) ，但测试却是在整 个软件过程中极有可能应用计算机进行自动化的工作，原因是测试的许多操作 是重复性的、非智力创造性的、需求细致注意力的工作。计算机就最适合于代 替人类去完成这些任务。企业在这方面的投资，会对整个开发工作的质量、成 本、和周期带来非常明显的效果。 自动化测试就是希望能够通过自动化测试工具或其他手段，按照测试工程 师的预定计划进行自动的测试，目的是减轻手工测试的劳动量，从而达到提高 测试效率和软件质量的目的。自动化测试适用于发现曾经发现过的老缺陷。而 手工测试适用于探索发现新缺陷。 测试自动化与软件配置管理是密不可分的。与测试有关的资源都应在配置 管理中进行统一的计划考虑。另外，测试工具的采用也是一个提高质量的关键， 有些专用的测试工具能帮助发现一些用任何测试案例都难以触及的错误。测试 自动化涉及到测试流程、测试体系、自动化化编译、持续集成、自动发布测试 系统以及自动化测试等方面整合。也就是说要让测试能够自动化，不仅是技术、 工具的问题，更是一个公司和组织的文化问题。首先要得到公司资金、管理上 的支持，其次要有专门的测试团队去建立适合自动化测试的测试流程、测试体 系；其次就是把源代码从受控库中取出、编译、集成、发布可运行系统、进行 1 4 第3 章c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统 自动化的单元测试和自动化的功能测试的过程。 关于软件测试自动化，有以下几个方面的问题。 ( 一) 、自动化测试的好处体现在以下几个方面【1 8 】 l 、对新版本执行回归测试 对于产品型的软件，每发布一个新的版本，其中大部分功能和界面都和上 一个版本相似或完全相同，这部分功能特别适合于自动化测试，从而可以让测 试达到测试每个特征的目的。 2 、更多更频繁的测试 为了让软件产品取得更大的成功，软件产品向市场的发布周期和开发周期 都应该尽可能的短，而在测试期间是每隔一段时间都要发布一个版本供测试人 员测试，一个系统的功能点往往有几千个上万个，人工测试是非常的耗时和繁 琐，这样必然会使测试效率低下。 3 、替代手工测试的困难 有些非功能性方面的测试：压力测试、并发测试、大数据量测试、崩溃性 测试，用人来测试是不可能达到的。在没有引入自动化测试工具之前，比如为 了测试并发，需要多人同时操作，在实际测试中是很难做到的。 4 、具有一致性和可重复性 由于每次自动化测试运行的脚本是相同的，所以每次执行的测试具有一致 性，人是很难做到的。由于自动化测试的一致性，很容易发现被测软件的任何 改变。 5 、更好的利用资源 理想的自动化测试能够按计划完全自动的运行，在开发人员和测试人员不 可能实行三班倒的情况下，自动化测试可以胜任这个任务，完全可以在周术和 晚上执行测试。这样充分的利用了公司的资源，也避免了开发和测试之间的等 待。 6 、解决测试与开发之间的矛盾 通常在开发的末期，进入集成测试阶段，由于每发布一个版本的初期，测试 系统的错误比较少，这时开发人员有等待测试人员测试出错误的时间。事实上 在叠代周期很短的开发模式中，存在更多的矛盾，但自动化测试可以解决其中 的主要矛盾。 ( 二) 、对自动化测试的认识误区存在于以下几个方面【1 8 】 1 5 第3 章c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统 1 、期望自动化测试能完全取代手工测试 不能期望自动化测试能完全取代手工测试，测试的主导依然是人。 2 、期望自动测试发现大量新缺陷 同样不能期望自动化测试去发现更多新的缺陷，事实证明新缺陷越多，自 动化测试失败的几率就越大。发现更多的新缺陷应该是手工测试的主要目的。 测试专家j a m e sb a c h 总结得8 5 的缺陷首先是靠人工发现的，而自动化测试只 能发现大约1 5 。自动化测试更多的是发现老缺陷。 3 、工具本身不具有想象力和创造性 工具毕竟是工具，出现一些需要思考、体验、界面美观方面的测试，自动 化测试工具无能为力。 4 、技术问题、组织问题、脚本维护 自动化测试的推行，存在很多困难，比如是否有足够的投入，组织是否重 视，是否存在符合要求的测试团队，是否有足够的技术水平，由于测试脚本的 维护工作量也挺大，维护的开销和得益等等问题都必须考虑。 ( - - ) 、不适合自动化测试的情况【1 9 】 自动化测试不是适合所有的软件开发商、所有的项目。 1 、定制型项目( 一次性的) 为客户定制的项目，维护期由客户方承担的，甚至采用的开发语言、运行 环境也是客户特别要求的，即公司在这方面的测试积累就少，这样的项目不适 合作自动化测试。 2 、项目周期很短的项目 项目周期很短，测试周期很短，就不值得花精力去投资自动化测试，好不 容易建立起的测试脚本，不能得到重复的利用是不划算的。 3 、业务规则复杂的对象 业务规则复杂的对象，有很多的逻辑关系、运算关系，工具就很难测试。 4 、美观、声音、易用性测试 人的感观方面的：界面的美观、声音的体验、易用性的测试，也只有人来 测试。 5 、测试很少运行：一个月只运行一次 测试很少运行，对自动化测试就是一种浪费。自动化测试就是让它不厌其 烦的、反反复复的运行才有效率。 1 6 第3 章c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统 6 、软件不稳定 软件不稳定，则会由于这些不稳定因素导致自动化测试失败。只有当软件 达到相对的稳定，没有界面性严重错误和中断错误才能开始自动化测试。 7 、涉及物理交互 工具很难完成与物理设备的交互，比如刷卡的测试等。 ( 四) 、适合自动化测试的情况【1 9 】 自动化测试之所以能被很多大的软件开发商所重视和推广，就是有自动化 测试的特点和高的投资回报率。 1 、产品型项目 产品型的项目，每个项目只改进少量的功能，但每个项目必须反反复复的 测试那些没有改动过的功能。这部分测试完全可以让自动化测试来承担，同时 可以把新加入的功能的测试也慢慢地加入到自动化测试当中。 2 、增量式开发、持续集成项目 由于这种开发模式是频繁的发布新版本进行测试，也就需要自动化测试来 频繁的测试，以便把人从中解脱出来测试新的功能。 3 、能够自动编译、自动发布的系统 要能够完全实现自动化测试，必须能够具有自动化编译，自动化发布系统 进行测试的功能。当然，不能达到这个要求也可以在手工干预下进行自动化测 试。 4 、回归测试 回归测试试自动化测试的强项，它能够很好的确保你是否引入了新的缺陷， 老的缺陷是否修改过来了。在某种程度上可以把自动化测试工具叫做回归测试 工具。 5 、多次重复、机械性动作 自动化测试最喜欢测试：多次重复、机械性动作，这样的测试对它来说从 不会失败。比如要向系统输入大量的相似数据来测试压力和报表。 6 、需要频繁运行测试 在一个项目中需要频繁的运行测试，测试周期按天算，就能最大限度的利 用测试脚本，提高工作效率。 7 、将烦琐的任务转化为自动化测试 软件的自动化测试非常的重要，一般如果能够提高测试效率以及成本，应 1 7 第3 章c t c s 2 列控中心麻答器报文测试系统 该尽可能的实行测试自动化。 在实际的软件测试过程中，对软件测试实行自动化的具体做法般为： 1 、测试案例( t e s tc a s e ，或称为测试用例) 的生成 用编程语言或更方便的剧本语言( s c r i p tl a n g u a g e 例如p e r l 等) 写出短小的 程序来产生大量的测试输入( 包括输入数据与操作指令) ，或同时也按一定的逻 辑规律产生标准输出。输入与输出的文件名字按规定进行配对，以便控制自动 化测试及结果核对的程序易于操作。 这里提到测试案例的命名问题，如果在项目的文档设计中作统一规划的话， 软件产品的需求与功能的命名就应该成为后继开发过程的中间产品的命名分类 依据。这样，就会为文档管理和配置管理带来很大的方便，使整个产品的开发 过程变得更有条理，更符合逻辑。任何新手半途加入到开发工作中也会更容易 进入状态。 2 、测试的执行控制 单元测试或集成测试可能多用单机运行。但对于系统测试或回归测试，就 极有可能需要多台机在网络上同时运行。有一个这样的原则，在开发过程中的 任何时候，如果需要等候测试的运行结果的话，这就是一个缩短开发时间的机 厶 z ；o 对于单个的测试运行，挖潜的机会在测试的设置及开始运行和结果的对比 及显示。有时候，需要反复修改程序，重新汇编和重新测试。这样，每一个循 环的各种手工键入的设置与指令所花费的时间，加起来就非常可观。如果能利 用m a k e 或类似的软件工具来帮助，就能节省大量的时间。 对于系统测试或回归测试这类涉及大量测试案例运行的情况，挖潜的机会 除了利用软件工具来实现自动化之外，就是怎样充分利用一切硬件资源。往往， 就算是在白天的工作时间内，每台计算机的负荷都没有被充分利用。能够把大 量测试案例分配到各台机器上去同时运行，就能节省大量的时间。另外，把大 量的系统测试及回归测试安排到夜间及周末运行，更能提高效率。 如果不购买商品化的工具的话，应当遵从正规的软件开发要求来开发出好 的软件测试自动化工具。在实践中，许多企业自行开发的自动化工具都是利用 一些现成的软件工具再加上自己写的程序而组成的。这些自己开发的工具完全 是为本企业量身定做的，因此可用性非常强。同时，也能根据需要随时进行改 进，而不必受制于人。当然，这就要求有一定的人力的投入。 1 8 第3 章c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统 在设计软件自动测试工具的时候，路径( p a t h ) 控制是一个非常重要的功能。 理想的使用情况是：这个工具可以在任何一个路径位置上运行，可以到任何路 径位置去取得测试案例，同时也可以把测试的结果输出放到任何的路径位置上 去。这样的设计，可以使不同的测试运行能够使用同一组测试用例而不至于互 相干扰，也可以灵活使用硬盘的空间，并且使备份保存工作易于控制。 、同时，软件自动测试工具必须能够有办法方便地选择测试用例库中的全部 或部分来运行，也必须能够自由地选择被测试的产品或中间产品采作为测试对 象。 3 、测试结果与标准输出的对比 在设计测试用例的时候，必须考虑到怎样才能够易于对比测试结果和标准 输出。输出数据量的多少及数据格式对比较的速度有直接影响。而另一方面， 也必须考虑到输出数据与测试用例的测试目标的逻辑对应性及易读性，这将会 大大有利于分析测试所发现的不吻合，也有利于测试用例的维护。 许多时候，要写一些特殊的软件来执行测试结果与标准输出的对比工作， 因为可能有部分的输出内容是不能直接对比的( 比如，对运行的日期时间的记 录，对运行的路径的记录，以及测试对象的版本数据等) ，就要用程序进行处理。 4 、不吻合的测试结果的分析、分类、记录和通报 上一点所谈到的，用于对测试结果与标准输出进行对比的特殊软件，往往 也同时担任对不吻合的测试结果进行简单分析、分类、记录和通报的任务。 “分析 是找出不吻合的地方并指出错误的可能起因。“分类”包括各种统 计上的分项，例如，对应的源程序的位置，错误的严重级别( 提示、警告、非 失效性错误、失效性错误；或别的分类方法) ，新发现的还是已有记录的错误， 等等。“记录”，是按分类存档。“通报：，是主动地对测试的运行者及测试用例 的“负责人”通报出错的信息。 这里提到测试用例的“负责人 的概念。是用以指定一个测试用例运行时 发现的缺陷，由哪一个开发人员负责仔细分析( 有时是另外的开发人员引进的 缺陷而导致的错误) 及修复。在设立测试用例库时，各用例均应有指定的负责 人。 最直接的通报方法是由自动测试软件发出电子邮件给测试运行者及测试用 例负责人。邮件内容的详细程度可根据需要灵活决定。 5 、总测试状况的统计，报表的产生 1 9 第3 章c t c s 2 列控中心应答器报文测试系统 这些都是自动测试工具所应有的功能。目的是提高过程管理的质量，同时 节省用于产生统计数据的时间。 产生出来的统计报表，最好是存放到一个约定的路径位