系統測試改進分析

郁文斌

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073；2．北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

系統測試改進分析

郁文斌1，2

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073；2．北京市高速鐵路軌道交通運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

針對鐵路信號產品臨時限速服務器（Temporary Speed Restriction Server，TSRS）科研項目系統測試，通過引入一種軟件測試過程反饋控制分析模型對測試過程進行理論分析，發現系統測試中的缺陷。根據分析數據結果，針對TSRS產品特點引入正交化方法設計案例，以改進測試相關的參數，在測試結果滿足預期且保證測試質量的前提條件下提高測試效率，從而改進系統測試。將對系統測試改進方法后續工作進行展望，提高鐵路信號產品系統測試的質量和效率。

鐵路；信號；臨時限速服務器；系統測試；反饋控制模型

1　介紹

TSRS是基于信號故障安全計算機的控制系統。它根據調度員的臨時限速操作命令，實現對各列控中心、無線閉塞中心分配和集中管理列控限速指令，旨在保證列控限速設置的安全性，以確保臨時限速作業的順利實施。TSRS產品屬于鐵路信號系統的安全設備，安全等級為SIL4，遵從鐵路總公司的技術規范[1]。

2009年12月26日，LKX-T型TSRS首次在武廣客專開通運營，標志著TSRS系統從攻關研發走向工程運用，其后廣泛應用于CTCS-2和CTCS-3級[3]系統，裝備線路里程將達近萬公里。

因此，給TSRS測試工程師提出更高的要求和挑戰。作為測試者，是保障鐵路安全產品TSRS現場部署前質量的最后一道防線。如果測試不充分，讓潛在的安全問題潛伏在現場部署的系統軟件中，后果不堪設想；最大限度追求測試充分，需要對測試資源提出更苛刻的要求。如何既能最大限度的保證測試充分，杜絕隱患同時又能提高測試效率是一個有意義的問題。

本文，對比當前系統測試分析模型的若干研究成果，諸如Joao W.Cangussu提出的軟件測試過程的一種反饋控制模型[4]，Joao W.Cangussu在另一個論文中提出的軟件測試過程的一種隨機控制模型[5]，Aniket Mitra在其研究課題中提出的軟件測試測試的隨機模型和最優化控制[6]，Srikanth在其論文[7]給出提高錯誤檢測率的方法。引入反饋控制模型[3]分析TSRS系統測試過程的數據，通過改進測試案例設計方法提高測試策略的維度，從而達到提高測試效率的目的。

2　反饋控制模型

根據文獻[1]的結果，使用反饋控制模型[4]，系統測試階段需要定義如下變量和參數：r為剩余錯誤數；Wf為測試團隊規模（人數）；Sc為軟件復雜度；t為時間；γ為測試過程整體質量的恒定特征；ef為有效測試力；er為減少剩余錯誤數的阻礙力。Sc為基于維度的凸組合加權值。系數γ是一個表征測試過程整體質量的參數。ef用來度量測試團隊在減少系統軟件錯誤數的實際效力。er用來表示在減少系統軟件錯誤數時所做的無用功，其阻礙減少錯誤數的效力。

根據數學模型[4]，能夠得到如下微分方程公式：

ef和er根據數學模型[4]3個假設條件消元：

其中，Fd表示對于ef的干擾力，本文中根據項目實際情況，可以認為Fd=0。

本模型方程的使用需要對參數初始化值進行估計，根據測試子階段觀測的實際數據通過解（1）和（2）得到，具體原理參見文獻[4]。本文中，僅根據其中極端分析情況對TSRS系統測試進行結果分析。

3　系統測試結果分析

本節以項目P1（TSRS系統測試的優化研究項目）和項目P2（TSRS基礎軟件修改項目）所記錄的數據通過模型[4]進行分析。

項目P1根據測試數據，系統測試總共進行2輪。第一輪持續時間為2013年5月14日至2013年10月31日，第二輪測試為回歸測試，持續時間為2013年11月26日至2013年12月10日。整個系統測試階段，總共發現問題數111個。

項目P2根據測試數據，系統測試總共進行3輪。第一輪持續時間為2014年12月1日至2015年1月20日，發現問題數17個；第二輪測試持續時間為2015年1月26日至2015年2月7日，發現問題數5個；第三輪測試持續時間為2015年2月9日至2015年2月11日，發現問題數為0個。

3.1數據分析及問題的提出

對于項目P1，測試參數Wf=5，Sc=7，γ=0.8，tα≈1.6t〞high，根據模型[3]，P1處于一個不合理的范圍。

在[1]中，定性分析P1測試時間未達標，測試負責人的選擇是在P2中做出調整和改進，以使有限的測試資源更有效的配置到測試中。

對于項目P2，根據[1]，在P1項目的總結基礎上，通過對人員復用和案例去冗余做出改進，提高模型參數γ值，Wf=3，Sc=7，γ=0.92，tlow≤tα≤thigh，根據模型[3]，P2符合預期。

針對第1章中的問題“如何既能最大限度的保證測試充分，杜絕隱患的同時又能提高測試效率”，對于P2項目，是否能夠對系統測試過程做出改進？根據P2的參數分析，答案是肯定的。

3.2解決措施

本節中，根據上述分析結果，對P2項目的系統測試過程進行分析：測試過程中，對測試環境進行了調整，提高人力利用率Wf=3。同時，在制定測試案例過程中，通過冗余原則設計案例的測試策略以提高γ。但是，根據測試結果分析發現，實際在測試試驗中，對于復雜功能的案例設計中，全部功能點測試可引入正交實驗法進行設計。對于TSRS測試特點，功能測試考慮因子為：1）客專限速；2）既有線路限速；3）TSRS間限速。每一因子的水平數為：1）正線上行；2）側線上行；3）正線下行；4）側線下行。因此，可以采用正交表L16（45）考慮試驗的選取。通過此方法，案例數從P2的409降到274。

4　數據驗證

本節分析項目P3（TSRS平臺移植項目）的測試記錄數據，驗證引入正交試驗法設計案例后所提高的測試效率，分析如下：

系統測試總共進行了3輪，第一輪持續時間為2015年5月5日至2015年5月27日，發現問題數25；第二輪測試持續時間為2014年6月27日至2015年7月8日，發現問題數6個；第三輪測試持續時間為2014年7月8日至2015年7月25日，發現問題數為0個。

在測試過程中，測試人員數Wf=3，由于被測系統軟件與P1、P2相同，則復雜度Sc與之前相同。

同P2比較調整如下：項目測試期限與P2相當，測試人員已熟悉TSRS產品測試并有良好的測試技能，N1、N2和P2相同，測試策略基于項目P2成果，對測試案例設計采用正交試驗，N3也與P2相當，N4、N5、N6與P2相同，據此γ與P2相當，即γ≈0.92。

ξ和ζ同P2，根據文獻[4]中的估計，γ≈γhigh，Slow≤Sc≤Shigh，"α=0.05，遺留問題數目rα所需要的時間tα應滿足：tlow≤tα≤thigh，本項目中，tα=22+11+ 17=50（天），得出tlow≤tα≤thigh，符合預期。而且根據文獻[4]對于剩余問題數的分布曲線，本測試3輪發現問題數的分布趨勢在合理范圍內。

P3與P1、P2作對比，分析結果如表1、2所示。

表1　案例效率類比

表2　時間效率類比

根據表 1和表 2，得出分析如圖1所示。

根據圖1所示，可見無論從測試案例效率，還是測試時間效率，P3都比P2有提高。

5　總結

本文主要在系統測試分析[1]的基礎上，通過控制反饋模型[4]分析P1項目、P2項目測試數據，發現系統測試中的缺陷，提出對案例引入正交試驗方法進行設計的解決方案，提高測試效率，并通過P1、P2、P3三個項目的實際數據進行結論驗證。

同時，本文沒有對模型參數進行估計，僅根據文獻[4]的極端分析結果對TSRS系統測試進行了分析。后續工作將根據測試子階段相關數據，對參數r0、ξ和ζ進行估計，得出符合TSRS測試的微分方程（1）和（2）的特征根及特征曲線，通過預估測試子階段問題數的維度而非本文的測試策略維度提高測試效率。

[1]郁文斌，孫志科.系統測試分析[C]//中國鐵道學會.綜合軌道交通體系學術沙龍論文集.2015.

[2]鐵運[2012]213號 臨時限速服務器技術規范（暫行）[S].

[3]傅世善.鐵路信號論文選集[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[4] J.W.Cangussu，Raymond A.DeCarlo，et al.A Formal Model of the Software Test Process[J].IEEE Transactions on Software Engineering，2002，28（8）：782-796.

[5] J.W.Cangussu.A Stochastic Control Model of the Software Test Process[J].Software Process，2004，9(2):55-56.

[6] Mitra A.Stochastic Modeling and Optimal Control for System Testing of Software[D].VU Unversity，2013.

[7] Srikanth H，Williams L，Osborne J.System test case prioritization of new and regression test cases[J].IEEE International Symposium，2005，5（14）：10.

Aiming at the system test of TSRS (Temporary Speed Restriction Server) research project, the paper analyzes theoretically the test process to discover defaults during the system test by introducing a software test process feedback control analysis model. According to the analysis results, the orthogonal test method can be adopted in the test case design considering TSRS features to improve the relevant test parameters and fi nally promote test effi ciency on the premise of that the test results conform to the prospective achievements, as well as guaranteeing test quality. The paper also presents the prospect for the system test improvement method to promote the quality and effi ciency of railway signal products system tests.

railway; signal; temporary speed restriction server; system test; feedback control model

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.007

2015-07-30）