COTS构件集成软件系统的测试方法研究

论文摘要

电力系统是一个大规模、时变的复杂系统,它在国民经济和国家安全中占有重要的地位。随着电力网络拓扑系统变得越来越复杂,运用高效的模拟仿真计算软件已成为电力系统工作者进行电力系统规划、保护、调度及故障研究的重要工具。为了提高该类软件开发效率,减少成本,保障质量和可靠性,越来越多的电力系统软件也像其它大型软件系统开发一样,采用了目前先进的开发技术-基于COTS构件集成技术开发软件系统。而基于COTS构件集成软件系统,是一种独特的软件组装过程,是多种异质构件的松耦合结构,且构件易被更新易被替换,演化速度快,系统的可靠性与质量对构件质量和构件集成质量有高度的依赖性,对该类软件的测试就成为保障软件系统可靠性的重要手段。针对如何解决COTS构件集成构件异构、原代码不可知、测试理论与测试方法不完备的测试难题,本文在以下几个方面开展了研究工作：首先,为了揭示构件集成软件的内在运行规律,利用观测与踪迹语言理论,使用状态、事件、内容依赖关系和上下文依赖关系定义软件结构,提出了具有独立关系的构件集成软件有限自动机观测模型,观测和记录软件的动态行为,为全面、系统地测试奠定了理论基础。其次,提出了基于合约检查的COTS构件包装方法,从构件的外部包装入手,建立外部跟踪机制,提高了构件的易测试性,为执行基于有限自动机观测模型的构件集成软件测试提供了前提。再者,为了模拟构件的运行环境,捕获构件在集成环境中出现的异常,提出了一个针对构件集成软件的通用测试平台框架（ITACBS）解决了测试平台的组成设计、规范化表述、错误追踪等问题,对该类软件测试的准备、执行和分析进行了总体规划,并形成了完整的测试过程。此外,利用区间相容技术对约束集论域进行削减,采用改进的遗传算法在经过削减的论域内进行动态搜索,并引入免疫遗传的思想,提出了将区间相容算法与免疫遗传算法融合产生测试用例的新思路,使测试用例的路径覆盖率更高,收敛率更快。最后,利用基于互联网设计、分析、模拟电力系统的开源新一代电力系统仿真软件系统InterPSS,对本研究所涉及的理论、方法、技术进行实践与验证。研究与实践表明：本文从构件集成软件测试观测模型的创建、构件易测试性探索、集成测试环境平台的实现、智能化测试用例的生成等方面,全面、细致、深入地提出了构件集成软件测试的整体解决方案,所形成的一整套理论与方法是可行、有效的,具有一定的通用性和可扩展性,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的引出
• 1.1.1 基于COTS的软件开发
• 1.1.2 基于构件技术的电力系统软件
• 1.2 基于构件的软件系统CBSS
• 1.2.1 CBSS
• 1.2.2 CBSS的构建、特点及结构
• 1.3 构件测试所面临的问题
• 1.3.1 构件开发者所面临的测试问题
• 1.3.2 构件使用者所面临的测试问题
• 1.4 本文研究的内容及目的
• 1.4.1 CBSS集成测试所面临的问题
• 1.4.2 本文研究的内容及目的
• 1.5 本文的组织结构与内容
• 2 构件测试现状及本文研究的总体思路
• 2.1 构件的基本概念
• 2.2 构件软件的测试方法
• 2.3 构件集成软件测试充分性研究
• 2.4 测试用例自动生成的研究
• 2.5 构件集成软件的易测试性研究
• 2.6 国内相关的研究状况
• 2.7 本文对CBSS集成测试的整体解决思路
• 2.7.1 基于模型的软件测试
• 2.7.2 CBSS集成测试的整体解决思路
• 2.8 本章小结
• 3 构件集成软件行为观测测试模型
• 3.1 构件集成软件的灰盒测试与行为分析
• 3.1.1 构件集成软件中的事件与状态
• 3.1.2 构件集成软件的运行行为
• 3.2 观测构造理论及应用
• 3.2.1 观测理论
• 3.2.2 踪迹语言与应用
• 3.3 构件集成软件的观测模型
• 3.3.1 具有独立关系的有限自动机观测模型
• 3.3.2 观测模型的建立
• 3.4 基于有限自动机观测模型的构件集成软件测试
• 3.4.1 构件集成测试的基本要素
• 3.4.2 测试要素的提取
• 3.4.3 构件集成软件测试机理
• 3.4.4 构件集成软件测试过程模型
• 3.5 基于观测模型的构件集成软件测试充分性及测试准则讨论
• 3.5.1 测试充分性说明
• 3.5.2 测试准则
• 3.6 本章小结
• 4 基于合约检查的COTS构件包装
• 4.1 构件易测试性的度量
• 4.2 构件合约与验证
• 4.2.1 构件合约
• 4.2.2 构件合约的获取
• 4.2.3 构件合约的验证
• 4.3 构件合约检查
• 4.4 COTS构件包装
• 4.4.1 构件合约的类结构
• 4.4.2 合约检查描述文件与构件包装
• 4.5 小结
• 5 构件集成软件系统测试平台架构
• 5.1 构件集成软件测试平台架构（ITACBS）
• 5.1.1 ITACBS架构
• 5.1.2 ITACBS架构测试过程
• 5.2 ITACBS配置体系
• 5.2.1 ITACBS测试配置项
• 5.2.2 配置项的XML描述与解析类
• 5.3 ITACBS编译体系
• 5.3.1 编译体系执行过程
• 5.3.2 接口分析与合约加载
• 5.3.3 构件包装与观测点插装
• 5.4 ITACBS执行体系
• 5.5 小结
• 6 基于智能算法的测试用例自动生成
• 6.1 ⅠGA的测试用例生成方法
• 6.1.1 ⅠGA产生测试用例的机理
• 6.1.2 ⅠGA主要参数设定
• 6.1.3 ⅠGA算法实验结果
• 6.2 eBoxGA的测试用例生成方法
• 6.2.1 eBoxGA生成测试用例的思想
• 6.2.2 基于eBox的CSP求解
• 6.2.3 eBox相容区间过滤算法
• 6.2.4 eBoxGA测试用例生成与效率
• 6.3 ⅡGA的测试用例生成方法
• 6.3.1 ⅡGA
• 6.3.2 ⅡGA算法流程
• 6.3.3 ⅡGA中的疫苗抽取、接种与免疫选择
• 6.4 eBoxGA与ⅡGA相融及各算法实验结果比较
• 6.4.1 eBoxGA与ⅡGA相融
• 6.4.2 智能测试用例自动生成算法实验设定
• 6.4.3 实验结果分析
• 6.5 小结
• 7 基于构件的InterPSS电力系统仿真软件测试
• 7.1 InterPSS软件
• 7.1.1 InterPSS简介
• 7.1.2 InterPSS体系架构及运作流程
• 7.2 InterPSS测试与分析
• 7.2.1 sample程序
• 7.2.2 sample的测试观测模型
• 7.2.3 sample的ITACBS配置
• 7.2.4 sample的ITACBS编译
• 7.2.5 sample的简单潮流计算测试执行与分析
• 7.3 小结
• 8 总结与展望
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 今后的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文