基于邻接矩阵的软件测试环境规划设计方法

张晓娜,金朋飞,严长伟

(中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳　471003)



基于邻接矩阵的软件测试环境规划设计方法

张晓娜,金朋飞,严长伟

(中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳471003)

摘要:在分析软件测试环境的基础上,研究了软件试验中测试用例设计面临的突出问题,从软件测试环境的规划出发,基于有向图的邻接矩阵,设计满足一定覆盖度标准的软件测试环境规划方法,可为软件试验提供技术参考和研究方向。

关键词:软件试验;测试设计;测试环境;有向图;邻接矩阵

修回日期： 2015-10-30

金朋飞(1979-),男,硕士研究生,工程师。

严长伟(1986-),男,硕士研究生,研究实习员。

随着计算机技术的飞速发展和现代武器装备信息化要求的不断提高,电子信息装备建设发展步伐加快,其自动化、智能化水平有了极大的提高,整体呈现软件化趋势。软件在电子信息装备中所占的比重与日俱增,其作用也日益显著,其质量成为了电子信息装备研制成败的决定性因素[1]。为了保证电子信息装备软件的质量,软件试验成为一种非常有效的手段,其不仅仅考核指标要求,还充分考虑满足运行环境的隐含需求,因为软件的失效不仅仅是由于软件中存在缺陷,失效也可能是由于环境条件引起的或者由于硬件环境的改变而影响软件的执行。因此,在软件测试开发过程的测试设计阶段,如何合理有效地规划测试环境的搭建就成为软件试验的重要研究内容之一。

1测试环境概述

测试环境(Test Environment),ISTQB中定义为“执行测试需要的环境,包括硬件、仪器、模拟器、软件工具和其他支持要素[2]”,按阶段划分为单元测试环境、部件测试环境、配置项测试环境、系统测试环境等[3],按用途分为硬件环境、软件环境和网络环境[4],按场地分为真实环境(现场测试)和仿真环境(实验室测试)[3]等。

目前,国内许多研究机构都进行了仿真试验环境构建技术的研究。其中,文献[5]提出了基于操作系统虚拟化和软路由技术的大规模IP网络仿真试验环境构建方法。文献[6]研究了试验环境概念模型的构建方法,提出了概念模型验证的原则,并从语义语法和语用三个方面建立了概念模型的验证指标体系,形成了一套完整的试验环境需求分析与验证的体系结构。文献[7]在探讨传统软件测试方法遇到的困境及其局限性基础上,有针对性地研究软件测试环境仿真技术,运用此技术能有效提高软件测试覆盖度。文献[8]针对C4ISR仿真试验系统在试验准备阶段的环境构建和配置问题,研究并提出一种基于XML的仿真配置方法。这些文献采用不同技术实现针对不同需求的试验环境构建方法,但是,总体缺乏对实际运行环境构建的研究,基于此,本文以软件系统运行过程的交互情况为规划目的,以覆盖所有通信链路为评价标准,设计测试环境规划方法。

2面临的主要问题

电子信息装备软件在经过软件研制方内部的集成测试和系统集成测试后(即一方测试),然后提交独立的电子信息装备独立测评机构进行第三方测评,之后进入电子靶场依照指标要求进行装备设计定型试验。但是,在电子信息装备设计定型试验信息中却包含了很多实验室仿真条件下不能暴露的软件缺陷信息[9-11]。在某系统设计定型试验过程中,发现由于环境而引起的软件失效,分析其根本原因在于通信链路的传输速率、带宽、误码率等因素。因此,为了切实提高电子信息装备软件的质量,应进行软件试验单独定型。

软件试验是在实际应用环境中所开展的软件测试,其不同于第三方测评和装备设计定型试验。因为第三方测评很多是在仿真环境下进行的测试,一般不考虑通信链路的影响;而装备设计定型试验更多的是考虑系统指标/战技指标,对软件的考核与其比重不相适应。在软件试验中,测试开发面临的主要问题是确定测试用例的相关元素。

测试依据:涉及的参考来源,如系统/软件需求规格说明、设计文档等;

优先级:比如高、中、低;

测试配置:哪个测试对象?在什么硬件/软件平台上?

测试目标:测试对象的质量属性:功能性、可靠性、易用性、效率、可维护性、可移植性等。

前置条件:在执行测试前测试对象必须所处的状态;

测试步骤:为输入测试数据需要采取哪些行为?

测试数据:测试输入数据表;

期望结果:期望的结果;

验证原则:查询实际结果与期望结果是否一致;

后置条件:在测试结束后的测试对象的状态(理想情况下后置条件应该与前置条件一致)。

其中,软件试验在第三方测评的基础上着重考虑测试环境的影响,对应测试用例的“测试配置”元素,不仅考虑测试节点上测试对象、软硬件平台,还考虑通信链路的影响。

3基于邻接矩阵[12]的测试环境规划设计方法

在某系统软件试验过程中,除了考虑硬件环境和软件环境之外,尤其注重考虑网络环境,即在实际通信链路环境下测试其软件质量特性,同时考虑到其信息的流动大致分为指控流和情报流,以应用为导向规划通信链路。在测试设计过程中采用以下步骤:

1) 根据测试需求中每一质量特性所涉及的数据信息类别进行细化分解,例如“适合性”指标之一“空情信息融(综)合能力”中涉及原始空情、综合空情等数据信息;

2) 根据相关测试依据,获取系统空情信息流程图,如图1;

图1　空情信息流程图

图2　空情信息有向图

4) 以信息的触发点作为信息流始点,以信息的结束点作为信息流终点,形成不同的信息流,采用边覆盖标准设计不同的逻辑测试用例。例如,根据图1,设计空情信息融(综)合能力(X)逻辑测试用例组(X)LUseCase={acb,ae,adjif,agh}={Link13Link32Link23,Link13Link34,Link13Link36Link67Link76Link63,Link13Link35Link53};

5) 根据不同类别信息在通信设备上的传输情况,考虑通信节点以及通信链路,然后选择不同的通信设备(不同的通信设备构成不同的有线/无线通信网络),这亦是测试设计的重点,根据某节点输出的信息类别查找相应的通信设备,如果存在多个,则按顺序选择,同时相应链路节点输入的信息类别和通信设备与之一致,选择两节点的交集,得出有向图的邻接矩阵如表1,例如,对于路径:

6) 因此,逻辑测试用例组

(X)LUseCase={Link13Link32Link23,Link13Link34,Link13Link36Link67Link76Link63,Link13Link35Link53}

7) 为了提高测试效率,确定一组测试用例的先后执行顺序(形成一个测试套件),在同一测试环境下执行,见表1中序号所示。序号具体查找方法如下:

a)依次查找到的首个节点下某行i=0(或i=i+1)通信设备的“1”值为起始点j=① (或j=j+1),以此列所在的节点为后续节点；

b)依次查找后续节点的某行通信设备的“1”值为j=j+1,以此列所在的节点为后续节点；

c)重复执行b),直至查找到某节点某行通信设备无“1”值；

d)重复执行a)。

表1　空情信息有向图对应的邻接矩阵

得到测试套件如下:

据此规划其通信链路如图3所示。

图3　通信链路规划图

上述方法可满足某类信息流覆盖各个通信链路这一准则下的全面覆盖。

4结束语

电子信息装备软件比重的日益增加,对软件质量提出了更高的标准。而环境作为影响软件失效的重要因素之一,同时作为软件试验的基础,其规划的系统性和充分性直接影响软件质量的度量。

本文通过附加节点的信息类别和通信设备,并考虑节点的输入和输出对有向图进行改进,得出邻接矩阵,并找出可达路径,实现所有的通信链路覆盖。在未来电子信息装备软件设计定型试验过程中,应增加软件试验的比重,深入了解测试对象,充分识别测试需求,研究测试方法,并充分发挥资源优势,构建不同规模的测试环境,提高测试的充分性和有效性,从而有效提升软件试验水平,最终为进一步提高软件质量和装备的使用效能打下坚实的基础。

参考文献:

[1]徐国平,姚皋音.浅析舰载电子装备软件保障的现状与对策[J].中国修船,2011,24(2):46-48.

[2]国际软件测试认证委员会.软件测试专业术语中英文对照表[S].2.4版(2014年7月4日),中文修订版(2015年5月28日).

[3]中国人民解放军总装备部司令部.总装备部软件工程规范[S].2008.

[4]赵斌.软件测试技术经典教程[M].北京:科学出版社,2007:10-11.

[5]李大伟.大规模IP网络仿真试验环境构建方法[J].指挥信息系统与技术,2013,4(6):70-74.

[6]叶礼邦,李超,付海波,等.试验环境需求分析与验证方法[J].指挥控制与仿真,2014,36(1):111-116.

[7]林洁,吴慈伶,孙俊若,等.雷达软件测试环境仿真平台技术研究与实践[J].现代雷达,2010,32(6):92-95.

[8]楚威,孙丰鑫,刘力力.C4ISR系统仿真试验环境构建与配置方法[J].计算机与现代化,2013,220(12):79-80.

[9]顾滨兵,王艳军,王勇利.装备试验中的软件缺陷信息在军用软件测试中的应用[J].计量与测试技术,2013,40(1):40-44.

[10]洛刚,王国盛,聂晶.信息化装备试验建设思考[J].装备指挥技术学院学报,2010,21(6):106-109.

[11]姚志军,郭齐胜,陈永和.武器装备试验转型问题研究[J].装备学院学报,2013,24(6):111-114.

[12]胡运权.运筹学基础与应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006.

Design Method of Software Test Environment Based on Adjacency Matrix

ZHANG Xiao-na,JIN Peng-fei,YAN Chang-wei

(Luoyang Electronic Equipment Test Center,Luoyang 471003,China)

Abstract:Based on the analysis about the software test environment, this paper studies the key problems of the test case design in the software test, based on the adjacency matrix of directed graph, designs the software test environment plan method up to coverage criteria. All these researches can provide technology reference for the future development of software test.

Key words:software test; test design; test environment; directed graph; adjacency matrix

作者简介：张晓娜(1981-),女,河南人,硕士研究生,助理研究员,研究方向为建摸与仿真,软件评测。

收稿日期：2015-08-25

中图分类号:TP311.52

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.01.027

文章编号：1673-3819(2016)01-0127-04