（交通信息工程及控制专业论文）基于TTCN3的磁悬浮运控车载设备测试系统的研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：随着我国国民经济的发展，迫切需要建设和发展高速轨道交通系统。 磁悬浮交通系统以其高速、节能越来越成为发展的趋势，必将在未来轨道交通中 大显身手。 磁悬浮系统主要由线路、车辆、牵引供电和运行控制四大系统组成。其中运 行控制系统担负着列车的运行安全，因此起着至关重要的作用。运行控制系统包 括中央调度管理系统、轨旁设备、车载设备和通信子系统四大部分【1 1 。 车载设备位于列车的端车上，完成列车防护、速度曲线监控、安全定位等功 能，其安全性、可靠性关系到磁悬浮列车的安全稳定运行。因此针对磁悬浮运控 车载设备研究相应的测试系统是十分必要的。论文从磁悬浮列车运行控制系统车 载设备的功能需求出发，详细介绍了磁浮运控系统车载设备测试系统的研究过程。 磁浮运控系统车载设备是一个集多种功能的高安全性复杂系统，传统测试手 段显得力不从心，本文从研究黑盒测试理论出发，将传统的测试手段有序结合起 来，得到了黑盒测试用例集，并进一步研究了基于i o 的测试用例约简技术，在此 基础上提出了改进算法，对黑盒测试用例集进一步约简。 针对测试受到测试系统容量、和测试成本限制问题，研究了测试用例的排序 问题，并将模糊思想引入测试用例排序问题，提出了基于模糊的测试用例排序方 法。 先进的测试用例描述方法及其相应的测试系统可以提高测试效率，本文采用 t t c n 3 核心语言及其测试系统，用来描述和执行测试用例。t t c n 3 是2 0 0 1 年欧 洲电信标准委员会确立的测试标准语言，其特点非常适合于如磁悬浮运控系统车 载设备这样的控制系统的测试。 论文最后介绍了磁悬浮运控系统车载设备测试平台的构成，并在此平台上完 成了针对磁悬浮运控系统车载设备的功能测试，验证了车载设备的功能，以及本 文提出的测试用例生成、约简和排序方法的可行性。 关键词：磁悬浮运控车载设备测试系统；测试用例生成；模糊推理；测试用例排 序；t t c n 3 分类号：u 4 9 a bs t r a c t a b s t r a c t ：a sc h i n a sn a t i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t - t h e r e i sa nu r g e n tn e e d t 0b u i l da n dd e v e l o ph i g h s p e e dp a s s e n g e rl i n es y s t e mo f t h ep a s s e n g e rt r a n s p o r ts y s t 锄 m a g l e vt r a n s p o n a t i o ns y s t e mi si n c r e a s i n gb e c o m i n g t h et r e n do fd e v e l o p m e n ta n dw l l l b eo nt h es t a g eo ft h ei n t e r - c i t yr a i lt r a f f i ct r a s p o r t a n t i o n m a 2 l e vs y s t e mi sm a i n l yc o m p o s e do fc i r c u i t s ，v e h i c l e s ，t r a c t i o np o w e r s u p p l ya n d o p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e m o p e r a t i o n a lc o n t r o ls y s t e mr e s p o n s i b l e f o rt h en o m l a l o d e r a t i o no ft r a i n sa n dp r e c i s ec o n t r o l ，i tp l a y sav i t a lr o l e ，i ti st h e c o r eo ft h ee n t i r e m a 9 1 e vs y s t e m o p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e mi n c l u d i n gt h ec e n t r a ld i s p a t c hm a n a g 哪饥t s v s t e m t r a c k s i d ee q u i p m e n t ，v e h i c l eo n b o a r de q u i p m e n t a n dc o m m u n i c a t l o ns y s t 锄 v r e h i c l eo n b o a r de q u i p m e n ti so n - b o a r do ft h et r a i n , i tt a k e sr e s p o n s i b i l i t yf o r t r a m p r o t e c t i o n ，i i 】【o m t o r i n go fs p e e d ，s a f e t y f e a t u r e ss u c ha sl o c a t i o n ，s a f e t y , r e l i a b i l i t y r e l a t e dt ot h em a g l e vt r a i ns a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o n s or e s e a r c h o nt e s ts y s t 锄 c o 眦s p o n d i n gt oo n b o a r de q u i p m e n to fm a g l e vo p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e m l se s s 饥t l a j t h i sa r t i c l es t a r t sf r o mt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h eo n - b o a r de q u i p m e n t o ft h e m a g l e vt r a i nc o n t r o ls y s t e m i n t r o d u c e dt h ep r o c e s s o ft h er e s e a r c ho ft h et e s ts y s t 锄 t 1 1 eo n - b o a r de q u i p m e n to f t h el l l a g l e vt r a n s p o r t c o n t r o ls y s t e m 1 sa m u l t i 缸州o n a lh i g h s e c u r i t yc o m p l e xs y s t e m ；t h e t r a d i t i o n a lm e a n so ft e s t l n g 1 s i n a p p l i c a b l e t h ea r t i c l es t u d y o nb l a c k - b o xt e s t i n gt h e o r ya n dt h et r a d i t i o n a lm e a j l so t t e s t i n ga i l dr a i s e dam e t h o dw i t ha l lo r d e r l ym a n l i e ro f t r a d i t i o n a lm e a n s ，b yt h et h e m e t h o dw ec a ne a s i l y 踟a t eb l a c k - b o xt e s t c a s es e t s a n df u r t h e rs t u d yi sa b o u t1 0 b a s e dt e s tc a s er e d u c t i o nt e c h n o l o g y , o nt h eb a s i so f t h i sp r o p o s e dai m p r o v e dm e t h o d o fi o - b a s e dt e s tc a s er e d u c t i o nt e c h n o l o g y f o rt e s t i n gb yt h et e s t i n gs y s t e mc a p a c i t y , a n dt e s tc o s tc o n s t r a i n t s w es t u d u d l e d o nt h es c h e d u l i n gp r o b l e mo ft h et e s tc a s e ，a n dt h ei n t r o d u c e df u z z yt h e o r y t ot h i s p r o b l e ma n dp u t t h et e s tc a s eb a s e do nf u z z ys o r to fw a y a d v a i l c e dt e s tc a s e sd e s c r i p t i o nm e t h o d sa n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gt e s t m gs y s t 锄 c a j li m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft e s t t h ep a p e ra d o p t e d t h et t c n 3c o r dl a n g u a g ea n di t s t e s ts v s t e m ，u s e dt od e s c r i b ea n di m p l e m e n t a t i o no ft e s tc a s e t t c n - 3i se s t a b l i s h e d a s at e s ts t a l l d a r db ye u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d sc o m m i t t e ei n2 0 0 1i s 丛 w e l ls u i t e dt oc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n dd i s t r i b u t e ds y s t e mt e s t i n g s u c ha st h e m a g n e t i co n - b o a r de q u i p m e n ti ni t sc h a r a c t e r i s t i c s a b s t r a c t f i n a l l y , w ei n t r o d u c e dt h ee s t a b l i s h m e n to ft h em a g l e vo n b o a r de q u i p m e n tt e s t p l a t f o r m a n di nt h i sp l a t f o r mw ef i n i s h e df u n c t i o nt e s to fm a g l e vo n b o a r de q u i p m e n t f r o mt h ef a c to ft e s tw et e s t i f i e dt h es a f e t yo fm a g l e vo n - b o a r de q u i p m e n ta n dp r o v e d t h ep r a c t i c a b l eo fo u rm e t h o da b o u tt e s tc a s eg e n e r a t i o n ，r e d u c t i o na n dt h es e q u e n c i n g k e y w o r d s ：v e h i c l eo n b o a r dm a g n e t i co p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e m ；t e s tc a s e g e n e r a t i o n ；f u z z yr e a s o n i n g ；t e s tc a s es o r t i n g ；t t c n 一3 c l a s s n o ：u 4 9 v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：渺8 年6 月f 9 日签字r 期：潮年f 月l 。日 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 姗糍轹粥解嗍：m 年明 北京交通人学硕十学位论文 致谢 本论文的工作是在我的导师李开成教授的悉心指导下完成的。李老师严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年研究生 期间李老师对我学习和科研的关心和指导。 本实验室的郜老师、刘老师、马老师、黄老师和刘老师悉心指导我们完成了 实验室的工作，对于我的科研和论文提出了许多宝贵的意见，在此对以上老师表 示感谢。 感谢实验室的袁磊老师，袁老师手把手指导了我许多实验室的工作，使我跨 进了科学研究的门槛，他严谨的科研态度和平易近人的学术作风为我树立了学习 的榜样，使我受益匪浅。论文的工作得到了袁老师的大力指导，在此表示感谢。 本文的完成也得益于德国工程师k a r s t c n 先生，他积极帮助我申请论文所需的 试用版软件，使得研究工作得以顺利进行，在此表示感谢。 两年的研究生生活，在紧张的学习之外，还有一班亲密的伙伴们陪我度过了 紧张而又快乐的科研生活。他们是滕竹、张正兴、孟军、戚瑶、谢雨飞、王呈还 有很多一起工作的同学们。在此衷心感谢你们，祝我们友谊永存! 另外还要感谢我的家人，你们是我求学路上不畏艰难勇敢前进的动力! 你们 的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 综述 1 综述 1 1引言 我国幅员辽阔、人口众多，8 0 0 1 5 0 0 k m 中长距离的客运市场潜力巨大。2 l 世纪，随着经济的持续快速发展和社会飞速进步、已经并将继续产生极大的高速 客运交通需求。目前，我国大容量高速客运交通基础设施的建设还远低于发达国 家水平，迄今尚无一条真正意义上的高速铁路客运专线，未来几年迫切需要建设、 发展与高速客运交通需求相适应的高速轨道交通体系【l 】。 高速磁浮交通系统由于有着较高的经济运行速度，不仅适合于相距数百公里 至一千多公里的交通枢纽之问的大运量快速客运交通，而且还适合于相距数十公 里至数百公里的中心城市与附近重要城市之间的现代大容量高速客运交通系统， 将是中国选择建设大容量客运体系时考虑的重要方案之一。 1 2磁悬浮列车运行控制系统及车载子系统 1 2 1磁悬浮列车运行控制系统 磁浮列车运行控制系统，简称o c s ( o p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e m ) ，o c s 与磁浮 交通系统的车辆、牵引供电、线路以及道岔等设备或系统协同配合，实现列车运 行控制、安全防护和调度管理等任务，并为车辆、牵引供电、线路的试验提供指 挥、控制及通信平台【2 】。 运行控制系统分为控制中心、轨旁设备、和车载设备三级结构。通信系统包 括运行控制系统核心通信网和车地无线通信网。通过运行控制核心网，实现控制 中心和轨旁设备的通信，通过车地无线通信网络实现车载设备和轨旁设备的通信 以及除运行控制系统之外的其他车载系统和轨旁设备的通信【3 1 。系统总体结构如图 1 所示。 北京交通大学硕十学位论文 车载设备歹一信同 歹 安全通信同 车薮控制系统车载控制系统 区域l 区域2 区域n 图1 磁浮运行控制系统结构 f i g u r e1s t r u c t u r eo fm a g n e t i cl e v i t a t i o nt r a i nc o n t r o ls y s t e m 运行控制系统的主要功能包括操作与显示、自动操纵列车、驾驶序列控制、 列车防护、进路防护、道岔防护、列车安全定位、速度曲线监控和牵引安全切断 等功能【3 1 。 1 2 2磁悬浮列车运行控制系统车载子系统 运行控制系统的车载子系统主要完成车载安全防护功能，这些功能包括列车 启动关闭、运行模式转换、车载控制设备监控及车门监控等。车载控制系统的接 口包括：与车载控制单元、与列车操纵控制台、与列车诊断单元、列车测速定位 单元( l e u ) 及列车无线通信模块的接口等【4 j 。 车载运行控制系统( v c s ) 位于磁浮列车的头车和尾车，是功能上完全相同 的两套冗余系统。其主控单元是三取二结构的车载安全计算机a 和车载安全计算 机b ，它们分别与位于头车和尾车的车载无线模块a 和车载无线模块b 相连。通 2 综述 过两个无线模块实时与轨旁设备交换控制命令与列车状态信息。如果安全计算机 有一个故障，另一个马上切换为主机继续工作，实现了车载控制完全意义上的热 备。头车和尾车设备通过列车总线相连， 控制系统结构如图2 所示。 头车 车羹蛞行控制系统 ：列午诊断竹元 i 列午操作控制台 a ： 、 列车总线为标准以太网结构。车载运行 尾车 图2 车载运行控制系统接口关系 f i g u r e2i n t e r f a c er e l a t i o n so fo n - b o a r do p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e m 1 ) 与车载控制单元的接口：车载控制单元能够实现的与安全相关的控制部件 包括：悬浮控制、导向控制、涡流制动控制、车载供电控制、车门控制、火灾报 警控制、乘客紧急信号处理。车载控制单元与车载安全计算机通过标准的r s 4 8 5 接v i 实现，为提高数据传输的安全性，采用双通道冗余方式【4 】。 2 ) 与测速定位系统( 测速定位单元) 的接口：测速定位系统完成列车的位置 报告和速度计算，负责向车载安全计算机系统传递冗余非安全的定位数据。安装 在车辆上的多个定位逻辑电路把从各定位传感器采集来的定位信息通过串行通道 传送给车载安全计算机，车载安全计算机利用一个通讯处理过程来判断数据传输 是否正确、实时，并利用安全计算机系统内部的软件模块综合各定位通道传来的 数据得到唯一、准确的定位数据。 3 ) 与列车控制台的接口：列车操作控制台主要完成对列车的辅助操作和显示 功能。对列车的辅助操作包括列车的悬浮降落、集流器的伸出收回、制动检测请 求、乘客紧急信号、车内照明开关控制等。控制台显示功能包括列车运行的最大 速度力口速度、当前速度、列车当前状态( 悬浮、导向、制动、牵引力、制动检测 等) 运行方向、车内状况等。 北京交通人学硕士学位论文 4 ) 与车载诊断单元的接口：列车各部件的功能通过各自内部的采集和传感模 块得到该部件的状态信息，并将状态信息传递给车载诊断单元。列车诊断单元将 接收到的状态信息与预设的值比较，判断该部件是否处于故障状态。如果故障诊 断计算机将记录故障时间、故障通道、故障部件，并将这些信息传递给车载安全 计算机。 1 3选题的目的和意义 1 3 1背景 磁悬浮交通系统的构思源于德国，1 9 6 9 年德国联邦交通部提出了研制接近飞 机速度的地面交通系统的设想，以后不久将方案确定为磁悬浮交通并丌始研究。 日本也于1 9 7 0 年开始磁悬浮超导的研究。德国于1 9 7 1 年制造出第一辆常导磁悬 浮列车t r 0 1 ；日本于1 9 7 2 年制造出第一辆超导磁悬浮列车m l l 0 0 。经过三十年 的改进，德国第八代磁悬浮列车于1 9 9 9 年1 0 月投入运行，最高时速达4 5 0 公里； 日本也于2 0 0 0 年前后修建了一条最高时速达5 5 2 k m 的试验线路【5 j 。 我国从1 9 9 1 年开始对磁悬浮列车进行有组织的研究，并取得了很大进展。1 9 9 2 年由铁道部科学研究院牵头，长春客车厂、国防科技大、中国科学院、西南交通 大学等四所高校及其他单位参加的磁悬浮列车“八五 课题攻关组成立，目标是 研制一辆1 4 吨的磁悬浮列车和2 0 0 米轨道。由此拉开了磁悬浮研究的序幕，至今 取得重大进展。目前连接浦东机场和市区的上海磁悬浮交通示范线是世界上唯一 投入商业运营的磁悬浮交通系统。从2 0 0 3 年1 月4 日投入运行至今，系统运行平 稳，验证了磁悬浮交通的成熟性、可用性、经济性和安全性【6 1 。 本文以实验室自主研制的磁悬浮车载安全计算机工程样机为依托，建立磁悬 浮运控车载设备的测试平台，开展仿真测试和实际测试的研究。 1 3 2目的和意义 整个磁悬浮系统是一个涉及到线路、车辆、牵引、悬浮、通信、运行控制的 复杂系统，分别由多家单位承担一部分子系统的研究。实验室承担了车载运行控 制系统的研究，并在实际线路上得到了应用，取得了很好的效果。在此基础上构 建车载运行控制系统的测试系统具有现实意义和实用价值。 1 ) 单独的车载设备无法实现正常工作，必须要和其他系统共同配合工作，仿 真设备模拟和车载设备接1 2 1 的系统，为车载运行控制系统提供虚拟工作环境【j 丌。 4 综述 2 ) 构建实验室工作环境，为车载运行控制系统的调试和进一步完善提供工作 平台。 3 ) 仿真系统更加经济，便捷，免去了多家单位聚集在一起才能调试的麻烦， 使得开发工作得以离线进行，更加具有自主性，节约了时间和经济成本。 4 ) 为车载运行控制系统提供安全的调试测试平台，避免静态调测的不足和动 车调试的危险性。 5 ) 为车载运行控制系统提供优化和预测参数，仿真测试系统配合车载设备不 仅可以模拟系统正常工作的状态，也可以模拟系统在多种故障组合情况下的承受 能力，并得到系统测试数据，为车载运行控制系统改进提供了参考。 6 ) 仿真系统与车载运行控制系统协同工作，形成车载运行控制系统工作演示 操作平台，便于培训、教学和演示。 1 4研究方案、内容及论文结构 1 4 1研究方案 在构思设计磁悬浮运控车载设备测试系统的时候，从车载运行系统的规范和 功能入手，分析编写针对不同功能的测试用例，有两种方案实现磁悬浮运控车载 设备测试系统。 方案1 ：针对与磁悬浮车载安全计算机交互的外部系统功能，设计仿真系统， 改变仿真系统参数，达到对磁悬浮车载系统测试的目的，如图3 所示。 ip 车 10 控制 !i 一 ；仿真列车；：仿真列车j ! i ! i !；啦t !； !i ! i l j 图3 方案1 磁悬浮运控车载设备测试系统 f i g u r e3o p t i o n1o n b o a r dm a g n e t i cl e v i t a t i o nt r a i nt e s ts y s t e m 北京交通人学硕十学位论文 采用c 语言或c + + 语言实现列车定位系统、车载控制单元、操作计算机、诊 断计算机主要功能，为了仿真系统运行，还需模拟列车运行。上述各单元与车载 安全计算机通过底层通信软件实现信息交互。测试人员通过软件界面实现改变各 仿真模块运行状态和运行参数，达到模拟各中测试用例的情况对车载安全计算机 进行测试。 方案2 ：采用基于t t c n 3 欧洲标准测试语言的测试系统【8 】，测试系统结构如 图4 所示。 图4t t c n - 3 测试系统抽象结构 f i g u r e4a b s t r a c ts t r u c t u r eo ft t c n - 3t e s ts y s t e m 被测部分i u t 有一个上层测试接1 ：3u t ( u p p e r t e s t ) 和下层测试接e ll t ( l o w e r t e s t ) 。u t 和l t 通过控制观察点p c o ( p o i n t so f c o n t r o la n do b s e r v a t i o n ) 对系统 进行测试。u t 扮演用户来使用i u t 提供的功能，l t 则模仿一个和i u t 通信的实 体，即u t 与砌t 的交互是通过l t 来实现的。测试协调过程t c p ( t e s tc o o r d i n a t i o n p r o c e d u r e s ) 负责协调l t 和u t 的动作。t 和l t 之问通过抽象服务原语a s p ( a b s t r a c ts e r v i c ep r i m i t i v e s ) 进行通信，从概念角度看，i u t 和l t 的通信是通过 协议数据单元p d u ( p r o t o c o ld a t au n i t s ) 交换数据，但从测试过程来看，p d u 的 采用a s p 对基本服务动作进行编码，即在抽象层次上采用p d u 进行数据交换，因 此实际测试中不再考虑a s p 过程【9 】。 测试用例在测试机构中运行的过程如图5 所示。一个砌t 首先由测试用例的触 发条件激活，并从稳定状态进入被测状态；经过测试用例在测试体中的运行进入 结束状念；对测试结果进行检查分析，从而进入结束状态；根据结果提出反馈， 进入下一次测试状态。 6 综述 7 l ，、，i ：一 11 z 一， f 后置说明j e 、 幺一一一 状态 ! 一 厂磊忑“、j f _ 。、 ，y _ 一一，1 态、一结身 。，。结束耪 一 、一 图5 基于t t c n - 3 测试用例测试过程 f i g u r e5t e s to ft t c n 一3t e s tc a s e 采用第一种方案有两个缺点： 1 ) 首先要构建与车载运行控制系统接口的仿真系统，由于与车载运行控制系 统的信息交互比较复杂，各仿真模块自身行为也比较复杂，因此仿真系统的构建 比较困难。采用传统的c 或c + + 语言，往往将测试的过程集中在仿真软件的编写 和通信的实现方面，大大影响了对测试用例研究的投入。 2 ) 测试人员并不了解诸如测速定位单元或车载控制单元等功能模块的开发过 程，所开发的仿真系统其仿真度和正确性得不到保障。因此往往会出现用错误的 系统对某一系统进行测试，从而得到错误的结论。 采用基于t t c n 3 的测试系统( 即方案2 ) 有如下优点【9 】： 1 ) t t c n 3 是欧洲电信标准委员会主用于测试的语言，典型的应用领域包括 协议测试、服务测试、模块测试、基于平台、a p i s 等的c o r b a 测试。磁悬浮车 载运行控制系统是一个复杂的、存在分布式通信的控制系统，采用t t c n 3 系统 十分方便。 2 ) t t c n 3 测试系统独立于测试方法、层和协议的测试套描述。磁悬浮测试 系统由于和多个功能模块存在信息交互，且通信方式多样，因此测试套类型不同。 3 ) 最重要的一点，t t c n 3 测试系统使测试人员关注与测试用例的设计方面， 对于底层通信方面可以加载现有的s u t a d a p t o r 模块，或仅做少量改动即可实现。 综合以上原因，本文采用基于t t c n 3 测试系统来构建磁悬浮运控车载设备 的测试系统。 北京交通人学硕十学何论文 1 4 2研究内容 磁悬浮车载设备测试系统的研究主要有以下几方面内容： 1 ) 磁悬浮车载运行控制系统功能需求研究，这是设计磁悬浮测试系统的基础。 2 ) 基于t t c n 3 的测试用例描述和t t c n 3 测试系统的研究。研究将抽象的 测试用例描述成高级语言的t t c n 3 程序，由t t c n 3 测试系统经过编译、执行最 后得到测试结果。 3 ) 测试理论和测试方法研究。常用的测试方法包括经典的黑盒测试理论、常 规的黑盒测试用例生成方法、以及基于i o 的黑盒测试用例方法，需要根据磁悬浮 车载运行控制系统的特点，研究并提出合适的测试用例生成方法和约简算法。 4 ) 测试用例排序问题研究。基于t t c n 3 的测试系统容量有限，测试套一次 包含1 0 0 左右个测试用例，而针对磁悬浮车载运行控制系统生成的测试用例数目 庞大，因此需要研究测试用例的排序，提高测试效率。 由于有关磁悬浮车载运行控制系统的功能需求的研究在参考文献 3 和 4 中已 做了详细研究，所以本文侧重研究后面三个内容。 1 4 3 论文结构 论文结构如下： 第一章：综述。介绍论文研究的背景、目的和意义，以及论文采用的方案和 研究内容，针对磁悬浮车载运行控制系统特点，提出采用基于t t c n 3 测试系统 来构建磁悬浮车载设备测试系统的方案。 第二章：t t c n 3 核心语言和测试系统。详细介绍t t c n 3 核心语言，分析 t t c n 3 测试系统的结构和测试用例的设计方法。 第三章：改进的基于1 0 测试用例生成和约简。首先研究了经典的黑盒测试理 论和测试方法，传统的测试过程为了得到尽可能全面的测试用例将每种测试方法 都用一遍，本文有序组织了几种测试方法，用以生成测试用例集，在此基础上研 究了基于i o 的测试用例生成和约简算法，提出了改进算法，约简了测试用例集。 第四章：测试用例执行顺序研究。针对测试用例排序问题，通过模糊算法的 研究，提出了基于模糊推理的测试用例排序方法。 第五章：测试与分析。构建了磁悬浮运控车载设备的测试平台；采用改进的 i o 测试用例生成约简算法和基于模糊的测试用例排序方法生成了基于t t c n 一3 核 心语言的磁悬浮运控车载设备测试系统的测试用例；在测试平台上，进行了仿真 实验，并对实验结果进行分析。 综述 第六章，总结与展望。总结全文，提出下步研究内容。 1 5本章小结 本章介绍了磁悬浮运控系统及其车载系统，阐明了测试的对象及测试内容； 介绍了研究的背景，分析了研究的目的和意义；最后介绍了研究方案和研究内容、 及全文结构。 9 北京交通人学硕十学何论文 2t t c n 3 核心语言及测试系统 t t c n 3 是欧洲电信标准委员会( e t s i ) 于2 0 0 1 年确定的标准测试语言。这 种功能强大，使用灵活的测试语言对测试人员编写测试用例有很大帮助，适用于 构建磁悬浮运控车载设备的测试系统。 2 1t t c n 3 表示形式 t t c n 3 有多种表示形式，为了在标准和工业领域把该语言的应用范围扩展到 更为广泛的测试应用范围，t t c n 3 被分成多个部分进行说明：第一部分是文本形 式定义，是t t c n 3 的核心语言；第二部分在e s2 0 18 7 3 2 1 1 中定义，是t t c n 3 的表格表示形式；在第三部分t r1 0 18 7 3 3 1 2 q h 定义t t c n 一3 的图形表示格式【1 0 】。 之所以将文本格式的t t c n 3 称为核心语言，主要因为：核心语言是各种表 示格式的语法语义基础，同时也是各种t t c n 3 工具之间和基于t t c n 3 的测试套 之间的标准化转换格式，并且核心语言的使用和可以独立与表格格式和图形格式， 但表格格式和图形形式却不能独立于核心语言的使用，如图6 所示。 a s n 1 类型 表格形式 早期t t c n 版本 i r c n 3 核心语言 图形形式 ii ii i i - 1 = 1 - ，l , j l - j 工i n ，上l 其他形式 乡专7 i 出犬：1 1 ll 且 图6 t t c n 一3 表示形式 f i g u r e6d e s c r i p t i o nf o r m a to ft t c n - 3 2 2t t c n 一3 核心语言基本元素 1 0 t t ( n - 3 用户 t t c n 3 核心语肓及测试系统 t t c n 3 的顶层单元是模块。一个模块中不能包含子模块，但是它可以从其它 模块中引入定义。模块可以带有参数列表去提供测试套参数化的一个形式，这与 t t c n 2 的p i c s 和p i x i t 参数化机制相似。 一个模块由一个定义部分和一个控制部分组成。模块的定义部分定义测试成 分、通信端口、数据类型、常数、测试数据模板、函数、测试端口上调用的过程 特征( s i g n a t u r e s ) 、测试例等掣1 1 】。 模块的调用部分调用测试例并控制它们的执行。控制部分也可以声明( 局部) 变量等，程序语句( 如i f - e l s e 和d o w h i l e ) 可以用于各个测试例的选择和执行顺序。 t t c n 3 不支持全局变量的概刽1 0 】。 t t c n 3 有许多预定义的基本数据类型和结构类型，如记录( r e c o r d s ) 、集合 ( s e t s ) 、联合( u n i o n s ) 、枚举( e n u m e r a t e d ) 类型和数组。引入的a s n 1 类型和 值可以与t t c n 3 一起使用。这些预定义的类型使得我们在编写测试用例时，可 以解决大部分数据类型的问题，无需自己定义。 模板是一种特殊的数据结构，它为描述在测试端口上被发送和接收的测试数 据提供参数化和匹配机制。通过模板定义发送或接受数据的格式，也可通过模板 定义期待的数据格式，通过匹配机制判别测试例运行的结果与期待结果是否相符。 t r c n 3 最强大的机制莫过于通信机制，磁悬浮运控车载设备测试系统的各种通信 方式都可以采用t t c n 3 提供的通信机制完成。在这些通信端口上的操作提供基 于消息和基于过程的通信能力，过程调用可以用于非基于消息的测试实现。 t t c n 3 具有测试例动态测试行为。t t c n 3 程序语句包括强有力的行为描述 机制，如通信和定时器事件的选择性接收。动态测试是t t c n 3 的优点之一，即 可以根据前面运行的测试用例的结果来选择是否继续运行或改变系统配置。 t t c n 3 也支持测试判定赋值和日志机制，这种机制方便调试测试系统。表1 为 t t c n 3 常用语言元素。 表1t t c n 一3 语言元素 t a b l e1e l e m e n to ft t c n 一3c o r el a n g u a g e 语言元h 素相关联的是否在模是否在模是否在函是否在测旧口j r 关键字块定义中块控制中数可选步试成分中 被描述被描述测试例中被描述 被描述 t t c n 3 模块 m o d u l e 定义 其他模块的定 i m p o r t 是 义引入 北京交通人学硕十学位论文 语言元素相关联的是否在模是否在模是否在函是否在测旧口，l 力 关键字块定义中块控制中数可选步试成分中 被描述被描述测试例中被描述 被描述 组定义 g r o u p 是 数据类型定义 t y p e 是 通信端口定义 p o r t 是 测试成分定义 c o m p o n e n t 是 特征定义 s i g n a t u r e 是 外部函数常量e x t e m a l是 定义 常量定义c o n s t是是是是 数据特征模板 t e m p l a t e 是 定义 函数定义 f u n c t i o n 是 可选步定义 a l t s t e p 是 测试例定义 t e s t c a s e是 变量声明 v a r 是是是 是 定时器声明t i m e r是是是 2 2 1标识符 与高级程序语言一样，标识符用来表示t t c n 3 的特征语言。t t c n 3 要求标 识符具有唯一性，即在相同的可见性范围内所有的标识符应互不相同。t t c n 一3 标 识符是大小写敏感的，而关键词应该小写，t t c n 3 对象的标识符不能用作关键词。 2 2 2可见性 可见性范围的每个单位由声明( 可选的) 组成。可以通过使用t t c n 3 语言 语句和操作，用范围单位一一模块的控制部分、函数、测试例、可选步和复合语 句中的“声明和语句块”来额外描述行为的某种形式在模块定义部分中但在其它 范围单位之外的定义是全局可见的，也就是说它们可以用在模块的任意位置，包 括该模块定义的所有函数、测试例和可选步以及控制部分。从其它模块中引入的 1 2 t t c n 一3 核心语言及测试系统 标识符对于引入模块来说也是全局可见的。模块控制部分中的定义具有的是局部 可见性，即只能用在该控制部分中。 范围单位的层次关系如图7 所示。高层的范围单位声明对其所在层次关系中 的同一分支中下面层次的所有单位来说是可见的，而层次关系中低层的范围单位 声明对于其上层的那些单位来说是不可见的。 t t c n 3 的可见性范围主要有以下七个基本单位 1 0 】： 1 ) 模块定义部分； 2 ) 模块控制部分； 3 ) 成分类型； 4 ) 函数； 5 ) 可选步； 6 ) 测试用例； 7 ) 复合语句中的声明和语句块。 2 2 3可参数化 图7t t c n 3 语言可见性范围关系 f i g u r e7v i s i b i l i t yo ft t c n - 3c o r el a n g u a g e t t c n 3 根据以下限制支持值的参数化【1 0 】： 1 ) 不能参数化的语言元素有：c o n s t 、v r r 、t i m e r 、c o n t r o l 、g r o u p 和i m p o r t ： 2 ) 语言元素模块( m o d u l e ) 允许静态的值参数化去支持测试套参数，也就是 北京交通人学硕+ 学位论文 说，在编译时这个参数化的值可以是可以解析的，也可以是不能解析的，但在开 始运行时被解析，终究意味着在运行时模块的参数值是全局可见的，但是不能改 变。 3 ) 所有用户定义的类型，包括结构化的类型定义和特殊的配置类型，支持静 态值的参数化，即这个参数化应该在编译时进行解析； 4 ) 语言元素t e m p l a t e 、s i g n a t u r e 、t e s t c a s e 、a l t s t e p 和f u n c t i o n 支持动态的值参 数化，即这个参数化过程序在开始运行时进行。 表2 给出了可以参数化元素和能够作为参数传入的语言元素表： 表2t t c n 3 可参数化语言一览表 t a b l e2p a r a m e t e r i z e do f 丌c n - 3c o r el a n g u a g e 关键字值参数化 在形参实参列表中允许出现的 类型 m o d u l e 在运行开始时静态所有基本类型、所有用户定义类 型和地址类型的值 t y p e 在编译时静态所有基本类型、所有用户定义类 型和地址类型的值 t e m p l a t e 在运行时动态所有基本类型、所有用户定义类 型和地址类型的值 f u n c t i o n 在运行时动态所有基本类型、所有用户定义类 型、地址类型、组件、端口、模 板、定时器的值 a l t s t e p 在运行时动态所有基本类型、所有用户定义类 型、地址类型、组件、端口、模 板、定时器的值 t e s t c a s e 在运行时动态所有基本类型、所有用户定义类 型、地址类型和模板类型的值 s i g n a t u r e 在运行时动态所有基本类型、所有用户定义类 型、地址类型和模板类型的值 说明：r e c o r do f 、s i z eo f 、e n u m e r a t e d 、p o r t 、c o m p o n e n t 、s u b t y p e 不允许参数化 2 2 4类型和值 t t c n 3 支持类似与普通程序语言一样的基本类型和值，也支持结构化的类型 1 4 t t c n 一3 核心语言及测试系统 和值，具体的用法和高级语言中没有什么异同，同时支持数组类型及一种在其它 程序语言中见不到的任意类型。 2 3t t c n 3 测试系统 t c n 3 只是一种测试语言，或者说是一种测试方法标准。定义这种测试语言 的初衷也是因为测试实践的需要。在长期的通信和分布式系统测试中，传统程序 语言对于测试行为和被测系统的描述变得很困难，于是t t c n 系列语言发展起来 了。t t c n 3 测试语言在其标准化过程中，就已经考虑到了厂商设计测试系统的问 题。虽然不同厂商生产出了不同的t t c n 一3 测试系统，但其内部结构大体是一致 的【12 1 。 2 3 1t t c n 3 测试系统模型 t t c n 3 语言很大程度上是一种概念性的语言，用t n 3 描述的测试用例不 能直接用于测试。毕竟所有的程序代码终将成为机器码。于是完整的t t c n 3 测 试系统应该不仅仅是能够书写t t c n 3 测试用例，还必须能够将其编译成为测试 系统能够识别的代码，交由执行系统执行测试用例。图8 为典型的t t c n 3 测试 系统模型13 1 。 t e s ts y s t e mu 。e r i+ l te s tma i l l a g e i i ne t co n t r o i b 世1匿叫匮西 lf 一一