基于场景法的列控系统等级转换功能测试用例设计

RAILWAY摇STANDARD摇DESIGN

铁道标准设计

Vol.63摇No.7Jul.2019

文章编号:10042954(2019)07014105

基于场景法的列控系统等级转换功能测试用例设计

窦摇磊,张亚东,李摇耀,饶摇畅

(西南交通大学信息科学与技术学院,成都摇611756)

摘摇要:为了改善当前列控系统等级转换功能测试用例覆盖不全面的问题,以CTCS鄄2级转CTCS鄄3级功能为研究对象,采用场景法分析转换逻辑,设计测试用例。首先,分析CTCS鄄2级转CTCS鄄3级的功能逻辑;然后,介绍场景法设计测试用例的过程及基本流和备选流划分原则;最后,采用场景法对CTCS鄄2级转CTCS鄄3级过程中的基本流和备选流进行划分,确定基本流和备选流有向图,设计测试用例。结果表明,该方法设计的测试用例能够提高列控系统功能性和安全性测试的完备性,从而保障列控系统产品的质量。关键词:高速铁路;列控系统;等级转换;场景法;事件流;测试用例

中图分类号:U284郾48摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.201809100006

DesignofTestCasesforLevelTransitionFunctionof

TrainControlSystemBasedonSceneMethod

(SchoolofInformationscienceandTechnology,SouthwestJiaotongUniversity,Chendu611756,China)

DOULei,ZHANGYa鄄dong,LIYao,RAOChang

Abstract:Inordertoimprovetheincomprehensivetestcasecoverageofthecurrenttestsystemlevelandtheconversionlogicisanalyzedbythescenemethodtodesigntestcases.First,thefunctionlogicofCTCS鄄2convertedtoCTCS鄄3isanalyzed.Then,theprocessofdesigningtestcasesbyscenariomethodandtheprincipleofbasicstreamandalternativestreamdivisionareintroduced.Finally,thescenemethodisusedtodividetheelementaryflowandthealternativeflowintheprocessofconvertingcases.Theresultsshowthatthetestcasesdesignedbythismethodcanimprovethecompletenessoftheproducts.

conversionfunction,CTCS鄄2levelconvertedtoCTCS鄄3levelfunctionistakenastheresearchobject,

CTCS鄄2toCTCS鄄3,todeterminethebasicflowandthealternativeflowdirectedgraphandtodesigntestfunctionalandsafetytestsofthetraincontrolsystem,thusensuringthequalityoftraincontrolsystemKeywords:Highspeedrailway;Traincontrolsystem;Levelconversion;Scenemethod;Eventflow;Testcase

摇摇CTCS-3级列控系统是我国高铁和客运专线的“中枢神经冶,代表着我国列控系统的最高水平,其功能逻辑失效可能危及行车安全造成严重的事故。由于我国铁路线路运营情况复杂,存在无线区域覆盖不全和无线中断等情况,CTCS-3级列控系统在没有无线覆盖的区域或者在无线通信中断的情况下将转换到

收稿日期:20180910;修回日期:20180918

基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(61703349);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2682017CX101,2682017ZDPY10);中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2017X007鄄D);甘肃省高原交通信息工程及控制重点实验室项目(20161103)

作者简介:窦摇磊(1995—),男,硕士研究生,E鄄mail:L_doude@163.com。

CTCS-2级控车,进入无线覆盖的区域或者无线通信恢复的情况下转换到CTCS-3级控车。列控系统功能多、逻辑复杂,在保证列车安全高效运行的过程中起到了重要的作用,复杂场景下列控系统的功能的一致性尤为重要[12],因此有必要研究复杂场景下列控系统的功能测试问题。当前对列控系统简单场景功能测试的测试用例设计已经有比较成熟的做法[3]。但对于复杂场景的功能测试则存在用例的覆盖性方面的不足[4],当前列控系统既有的测试方法主要有基于功能特征生成测试案例[5],基于模型生成测试案例[6]等方法。基于功能特征生成测试案例对设计人员要求较

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铁道标准设计第63卷

高,且测试案例的完备性和流程的完善性需要验证[7]抽象成场景规范的形式化模型的难点;而基于模型的方法则存在需要将系统规范分析[6]场景法是通过事件触发形成相应的场景流程。

,进

而形成一系列事件的结果,场景法能够清晰地描述系统内部各种过程和功能[8]性,能够提高测试效果。

,可以提高测试用例的覆盖目前场景法已经成功运用在临时限速服务器等系

统用例设计中并取得了很好的效果[910]领域也有着广泛的应用[1112],在软件测试统在复杂场景测试中存在的覆盖性不足的问题。为了改善当前列控系,本文采用场景法设计对列控系统特定功能测试的测试用例。以等级转换中CTCS-2级转CTCS-3级为例,在分析等级转换流程的基础上,将场景法用于等级转换功能测CTCS-3试用例的设计中,通过分流有向图级场景中的基本流和备选流析CTCS-2级转,最后基于有向图设计得到覆盖性更高,进而得出事件、流程更加完善的测试用例。实现了用最少的测试用例对列控系统等级转换中CTCS-2级转CTCS-3级的有效测试,能够提高测试的效果和效率。1摇等级转换

轨道电路方式检查列车占用CTCS-3级列控系统是基于无线传输信息并采用、基于GSM-R无线通信网络传输列控信息的列车运行控制系统[13]CTCS-3CTCS-2级区域通过CTCS-3/CTCS。列车在到CTCS-2级区域时或者级列控系统控车GSM-R。CTCS-2无线通信中断时-2级边界进入级列控系统是,转换基于轨道电路和点式信息设备传输列车运行许可信息的列车运行控制系统CTCS-2/CTCS-3。列车在CTCS-2级区域运行时级区域通过摇转换到CTCS-3级列控系统控车级边界进入CTCS-3[14]。

,

本文以CTCS-2级转CTCS-3级为例设计测试用

例,详细论述CTCS-2级转换到CTCS-3级转换原理、处理逻辑和工作流程。

1郾1摇CTCS-2级转CTCS-3级处理逻辑

Train列车在Protection,CTCS-2列车自动防护级区域运行时)检测到,当ATP(GSMAutomatic

后连接并注册到-R网络ATP安全连接和RBC(RadioGSM,经过等级转换预告应答器组Block-RCenter,网络,经过无线闭塞中心RE应答器组时LTA、等级转换)建立执行应答器组CTCS-3LTO执行等级转换[15]。在CTCS-2/CTCS-3足后转换级边界经司机确认且到CTCS-3级行车CTCS-3。CTCS级控车条件满级处理逻辑如图1所示。

-2级转换到

图1摇等级转换处理逻辑

1郾2摇CTCS-2级转CTCS-3级工作流程

典型的CTCS-2级转换到CTCS-3级包含下述过程。

(1)ATP连接并注册到检测到GSM-RGSM-R网络之后网络

到GSM-R网络。ATP将GSM-R网络的注册情况通,开始连接和注册

过DMI(2)告知司机,ATP继续保持CTCS-2级行车。

列车运行中前端位置经过与RBC建立通信会话

RE应答器组时,ATP接收到建立通信会话命令后开始呼叫RBC;若RE应答器组丢失ATP行车并通知司机与RBC,建立安全连接失败则ATP继续保持。若ATP呼叫,CTCS-2级行车。若RBC继续保持成功但与CTCS-2RBC级系统版本不兼容,则终止通信会话并释放安全连接,继续

第7期窦摇磊,张亚东,李摇耀,等—基于场景法的列控系统等级转换功能测试用例设计

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保持ATPCTCS-2成功与级行车RBC。

数据,如ATP接收来自建立通信会话后RBC的行车许可,开始传输相关

MA、配置参数等,ATP向RBC发送列车位置报告、收到配置参数确认等[14](3)列车运行过程中列车前端位置通过获得行车许可

。

LTA预告应答器组时,ATP发送列车位置报告给RBC,在RBC判断列车前方进路唯一后,ATP将收到来自RBC的行车许可MA和等级转换预告命令。若LTA预告应答器组丢失,ATP仍接收到来自RBC的等级转换预告命令和行车许可MA。ATP在接收到行车许可MA后,将其进行存储3级边界并且转换为,该MA信息在列车通过CTCS-3级控车时使用CTCS-2/CTCS-[16](4)。

当列车前端通过等级转换执行

LTO执行应答器组并接收到来自LTO执行应答器组的消息且CTCS-3级控车条件满足时LTO,自动转换为CTCS-3级行车。若未收到来自令,将在列车前端通过了执行应答器组的信息CTCS-2,根据RBC/CTCS-3的等级转换命级边界并且满足CTCS-3级控车条件时转为CTCS-3级控车。在执行等级转换时,若ATP不具备CTCS-3级控车条件,则继续以CTCS-2级行车;在ATP具备CTCS-3级控件条件时自动转换到CTCS-3级行车。

在执行切换时,ATP要求司机确认即将执行的等级转换CTCS-2以确保等级转换的正确实现。求司机确认即将进行的转换/CTCS-3级边界还需列车运行当列车距离;若司机没有确认5s时,ATP,在控车请等级转换为CTCS-3后5s以内,仍然允许司机对等级转换进行确认。如若在整个确认区域内司机都没有对等级转换做出确认,ATP输出常用制动并记录制动原因ATP。如若制动过程中司机进行了等级转换操作确认,列车停车自动缓解输出的常用制动。

,反之ATP将制动直到2摇基于场景法的测试用例设计

场景法可以针对需求模拟出不同的场景进行所有功能点及业务流程的覆盖,适用于解决业务流程清晰的系统或功能。2郾1摇场景法

基于场景法的测试用例设计方法主要用于事件触发流程,当某个事件触发后就形成相应的场景流程,不同的事件触发顺序和不同的处理结果,就形成一系列事件流[17]现的业务流程。场景测试针对软件或功能中所有可能出,通过建立完整的业务流程模型,模拟真

实业务场景的测试。场景法设计测试用例的过程如下:

(1)(2)明确系统的业务流程或功能逻辑(3)分析事件流,划分基本流和备选流;

;2郾2摇(4)根据基本流和备选流确定测试场景为每个测试场景设计对应的测试用例;

场景法事件流

。场景法的事件流一般包含基本流和备选流,在

用例场景生成时,基本流是完成某个操作所经过的必须步骤,而备选流则是完成必须步骤中出现的一些可选操作。经过用例的每条路径都用基本流和备选流来表示,基本流是经过用例的最简单路径。一个备选流可能从基本流开始,在某个特定的条件下执行,然后重新加入到基本流中;也可能起源于另一个备选流,或者终止用例而不再加入到某个流。将一系列的事件触发流程看成不同的路径,通过设计足够多的测试用例来覆盖基本流和各种备选流等各类事件流,即为场景测试。

基于基本流和备选流确定测试场景以及测试用例的问题,就转换为如何确保上述基本流和备选流构成的事件流有向图中所有的弧至少被使用一次并且让每条弧尽可能少地重复使用。这是典型的具有多重弧有向图的中国邮路问题,求解这类问题目前已经有许多成熟的解法,如Edmonds鄄Johnson算法[18]算法[19]、粒子群优化法[20]等、。

路径优化算法、蚁群算法以及改进的蚁群算3摇CTCS-2级转CTCS-3级测试用例设计

场景法分析CTCS-2级向CTCS-3级转换的关键是对转换过程中的事件流进行划分,确定出其中的基本流和备选流CTCS-3是转换过程中可能出现的异常情况级转换过程中必须要经过的步骤。基本流描述了正常执行CTCS-2。,备选流则级向3郾1摇等级转换基本流

CTCS-3基本流(B)描述了正常执行CTCS-2级向

包含了以下步骤级转换过程:ATP,结合图检测并连接1可知GSM-R,正常转换过程网络;连接成功开始注册GSM-R网络;注册成功并给出通知;经过RE应答器组开始请求连接RBC;与RBC建立安全连接ATP;收到兼容的版本信息;置;接收到等与RBC传输数据级转换命;通过令;司LTA机确应答器组时报告位建立通信会话后认等级转换;ATP收到LTO应答器组消息且CTCS-3控车条件满足;转换到CTCS-3级控车。对基本流的具体分析及说明如表1所示。

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基本流(B)基本流1(B1)—淤基本流2(B2)—于基本流3(B3)—盂基本流4(B4)—榆基本流5(B5)—虞基本流6(B6)—愚基本流7(B7)—舆基本流8(B8)—余基本流9(B9)—俞基本流10(B10)—訛輮輥基本流11(B11)—訛輯輥基本流12(B12)—訛輰輥

铁道标准设计表1摇等级转换基本流

基本流说明

ATP检测到区域内的GSM-R网络后,ATP开始连接GSM-R网络ATP成功连接到GSM-R网络,开始注册GSM-R网络ATP注册GSM-R网络成功,ATP通知司机注册成功

ATP收到来自RE应答器组的呼叫RBC命令,开始请求与RBC建立安全连接ATP与RBC成功建立安全连接,ATP向RBC发送“通信会话开始冶消息

ATP收到的版本信息兼容,则ATP认为通信会话已经建立,并向RBC发送“通信会话已建立冶消息

第63卷

ATP与RBC建立通信会话后,开始与RBC间传输数据,传输的数据包括ATP向RBC发送的当前等级及模式等列车数

据、参照于LRBG的列车位置报告和接收来自RBC的MA请求参数信息、配置参数等列车前端通过LTA应答器组时,ATP向RBC报告列车位置

RBC判断前方进路唯一,ATP接收到来自RBC的包含等级转换预告命令的MA消息,通过DMI通知司机“CTCS-3级转换预告信息冶,DMI输出声音和语音,并将接收到的CTCS-3级MA信息进行存储

列车距离CTCS-2/CTCS-3级边界的距离还需要列车走行5s时,ATP请求司机对即将要进行的等级转换做出确认和需要司机应答声音

在确认区域内列车对等级转换做出了确认,ATP通过DMI输出按键提示音,ATP收到LTO应答器组消息且CTCS-3控车条件满足

转换到CTCS-3级,ATP向RBC发送位置报告,DMI显示“进入CTCS-3级冶。转换到CTCS-3级后,只接受CTCS-3级MA,拒绝新接收到的CTCS-2级MA

3郾2摇等级转换备选流

备选流(A)描述了CTCS-2级向CTCS-3级转换1和1郾2节的转换过程分析,转换过程中可能出现的异常情形包括与GSM-R网络连接失败、GSM-R网络过程中可能出现的异常情形或者可能的操作,结合图

注册失败、RE应答器组丢失、ATP与RBC建立安全连接失败、系统版本不兼容、LTA应答器组丢失、RBC判断前方进路不唯一以及执行转换时CTCS-3级控车条件不满足等。对备选流的具体分析及说明如表2所示。

表2摇等级转换备选流

备选流(A)备选流1(A1)—訛輱輥备选流2(A2)—訛輲輥备选流3(A3)—訛輳輥备选流4(A4)—訛輴輥备选流5(A5)—訛輵輥备选流6(A6)—訛輶輥备选流7(A7)—訛輷輥备选流8(A8)—訛輮輦

备选流说明

GSM-R网络连接失败:在淤的基础上,ATP检测到GSM-R网络,但与GSM-R网络连接失败,通知司机GSM-R网络

无法连接,保持CTCS-2级行车,结束用例

GSM-R网络注册失败:在于的基础上,ATP与GSM-R网络建立安全连接,但注册失败,ATP通知司机并继续保持CTCS-2级行车,结束用例

RE应答器组丢失:RE应答器组丢失,ATP继续以CTCS-2级行车,结束用例

ATP与RBC建立安全连接失败:在榆的基础上,但ATP与RBC没有成功建立安全连接,通知司机与RBC建立安全连接失败,继续以CTCS-2级行车,结束用例

系统版本不兼容:在虞的基础上,ATP收到不兼容的系统版本,则向RBC发送“版本不兼容消息冶并通知司机版本不兼容,ATP请求终止通信会话,保持CTCS-2级行车,结束用例LTA应答器组丢失:LTA应答器组丢失,ATP定时向RBC报告位置

RBC判断前方进路不唯一:RBC判断进路不唯一,ATP维持当前等级,结束用例

司机确认等级转换,ATP未收到LTO应答器组信息但转换时CTCS-3级控车条件满足:在规定的确认区域内司机对等级转换做出确认,ATP通过DMI输出按键提示音,ATP未收到来自LTO应答器组的执行应答器信息,列车估计前端到达CTCS-2/CTCS-3级边界且满足CTCS-3级控车条件

司机确认等级转换,执行转换时CTCS-3级控车条件不满足但后续CTCS-3级控车条件又满足:在规定的确认区域内司机对等级转换做出确认,ATP通过DMI输出按键提示音,执行转换时ATP不满足CTCS-3级控车条件,则以CTCS-2级控制列车运行,后续CTCS-3级控车条件满足

CTCS-3级控车条件一直不满足:在规定的确认区域内司机对等级转换做出确认,ATP通过DMI输出按键提示音,执行转换时CTCS-3级控车条件一直不满足,则ATP保持CTCS-2级行车,结束用例

备选流9(A9)—訛輯輦

备选流10(A10)—訛輰輦

3郾3摇等级转换用例设计

CTCS-2级转CTCS-3级场景下包含了注册GSM-R和与GSM-R建立连接失败后由重新注册并建立连接等情形,从而使得命令进入正常流程的场景,鉴于此类场景与基本流B具有重复性,会导致设计的测试用例冗余,因而不考虑这类重复场景的测试用例。基于CTCS-2级转CTCS-3级处理逻辑和工作流程,利用场景法基本流和备选流的分析方法分析转换过程

中必须经过的步骤以及可能出现的异常情形,分析得到CTCS-2级转CTCS-3级场景下的12个基本流和10个备选流。备选流A1、A2、A3、A4、A5、A7、A10从基本流开始,执行后结束用例;备选流A6、A8、A9从基本流开始,执行后重新加入基本流。设计出CTCS-2级转CTCS-3级等级转换事件流有向图如图2所示。

将等级转换事件流有向图稍作变化后可以使用经

第7期窦摇磊,张亚东,李摇耀,等—基于场景法的列控系统等级转换功能测试用例设计

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典的Edmonds-Johnson算法找出最优邮路,进而设计出测试CTCS-2级转CTCS-3级功能的11个测试场景,为每个测试场景设计对应的测试用例,CTCS-2级转CTCS-3级测试用例如表3所示。

3郾4摇测试用例对比

《CTCS-3级列控系统测试案例(v3郾0)》(以下简称“59号文冶)作为CTCS-3级列控系统测试的指导文147,148,149,150,151,152,153,154对应的案例[21],其中功能特征147,148,150,151,152,154对应的案例用于测试CTCS-2级转CTCS-3级正常转换过程的情形,功能特征149,153对应的案例用于测试CTCS-2级转CTCS-3级过程中的RBC判断前方进路不唯一和未收到LTO应答器组但转换时满足CTCS-3级控车条件两种可能的异常情形。用例1,8,9分别对应描述了上述三种情形;用例2,3,4,5,6,7,10,11设计的异常情形在59号文中CTCS-2级转CTCS-3级部分未涉及到,补充了转换过程中其他可能出现的异常情形,本文场景法设计得到的用例对59号文案例的覆盖情况如表4所示。

上述分析可知,设计得到的测试用例覆盖了59号文CTCS-2级转CTCS-3级部分的案例,且与59号文中该部分的案例在覆盖性上相比更加全面,在转换过件。其中CTCS-2级转CTCS-3级部分为功能特征

2009年,原铁道部颁布了科技运[2009]59号文

图2摇事件流有向图程中设计更多的异常场景,增强CTCS鄄2级转CTCS鄄3

表3摇等级转换测试用例

用例1234567810119

淤于盂榆虞愚舆余俞訛輮訛輥輯訛輥輰輥淤訛輱輥淤于訛輲輥淤于盂訛輳輥

事件流流程

正常执行CTCS-2级向CTCS-3级转换过程检测到GSM-R网络但连接失败连接到GSM-R网络但注册失败ATP与RBC建立安全连接失败

注册到GSM-R网络但RE应答器组丢失安全连接建立成功但系统版本不兼容通信会话已建立成功但LTA应答器组丢失

用例说明

转换成功,只接受CTCS-3级MA转换失败,维持当前等级转换失败,维持当前等级转换失败,维持当前等级转换失败,维持当前等级转换失败,维持当前等级转换失败,维持当前等级转换成功,只接受CTCS-3级MA转换成功,只接受CTCS-3级MA转换失败,维持当前等级转换成功,只接受CTCS-3级MA

预期结果

淤于盂榆訛輴輥

淤于盂榆虞訛輵輥

淤于盂榆虞愚舆訛輶俞訛輥輮訛輥輯訛輥輰輥淤于盂榆虞愚舆余訛輷輥淤于盂榆虞愚舆余俞訛輮訛輥輮訛輦輰輥淤于盂榆虞愚舆余俞訛輮訛輥輯訛輦輰輥淤于盂榆虞愚舆余俞訛輮訛輥輰輦

通过LTA预告应答器组时,ATP发送列车位置报告给RBC,RBC

判断列车前方进路不唯一

ATP未收到LTO应答器组信息但转换时CTCS-3级控车条件满足执行转换时CTCS-3级控车条件不满足但后续CTCS-3级控车条件又满足

执行转换时CTCS-3级控车条件一直不满足

表4摇测试用例覆盖情况

场景法

CTCS3-FT-1471、案例2;

CTCS3-FT-1501、案例2;

CTCS3-FT-152CTCS3-FT-149

覆盖59号文案例

案例1、案例2;CTCS3-FT-148案例案例1、案例2;CTCS3-FT-151案例案例1、案例2;CTCS3-FT-154案例1案例1

使用Edmonds鄄Johnson优化算法可以确保由事件流有向图生成的测试用例最优且用例的数量最少[18],提高了测试效率。4摇结语

本文将场景法应用于测试列控系统等级转换功能,以等级转换中CTCS-2级转CTCS-3级为例,详细分析了转换过程中的处理逻辑和工作流程。使用场景法对等级转换的过程进行基本流和备选流的划分,得出该场景下的事件流以及事件流有向图,进而设计得

(下转第152页)

用例1

用例8用例9用例2,3,4,5,6,7,10,11

CTCS3-FT-153案例1

级转换过程中的功能性和安全性测试,可以提高测试用例对等级转换需求的覆盖性,提高了测试的效果。

152

铁道标准设计第63卷

间隔确定方法理论,结合我国动车组运用实际,建立了一种适用于动车组运用维修使用的维修任务间隔确定方法。并利用CRH380B(L)型动车组已有数据,对所建立的理论模型进行了验证,验证结果与实际运用情形比较贴切。本文是对动车组现有维修周期优化方法的一次探索,通过理论计算结果,可以直观地判断出处于“维修不足冶或“过度维修冶状态下的维修项目,从而可以有针对性地去对维修间隔进行科学的调整。同时,本文所述方法是对现有方法的补充。参考文献:

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