CN104050079A - 一种基于时间自动机的实时系统测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于时间自动机的实时系统测试方法，其具体实现过程为：根据稳定符号状态迁移图来静态生成含时间延迟变量的迁移动作序列；引入时间延迟变量目标函数,采用线性约束求解方法动态求解迁移动作序列中的时间延迟变量并执行测试。该一种基于时间自动机的实时系统测试方法和现有技术相比，该测试方法对各类实时系统的一致性测试是十分有效的，实用性强，提高测试用例的错误检测能力并减少生成的测试用例的数目，适用范围广泛，易于推广。

Description

一种基于时间自动机的实时系统测试方法

技术领域

本发明涉及计算机领域系统测试技术，具体的说是一种提高实时系统质量、基于时间自动机的实时系统测试方法。 

背景技术

从20世纪90年代中期开始，随着时序逻辑(temporal logic，简称TL)、时间自动机(timed automata，简称TA)、时间标号迁移系统(timed labeled transition system，简称TLTS)等时间相关形式模型理论的逐步成熟，人们开始研究如何利用时间相关的形式模型来对实时系统进行测试。然而，由于实时系统引入了时间维，理论上来说其状态空间是无限的。另外，系统中的时间约束也增加了分析系统可能行为的难度，这些都给实时系统测试带来了极大的困难。 

与运行环境的交互行为存在时间约束的系统，称为实时系统。对于很多实时系统而言，系统的功能性错误或者对时间约束的偏移，都会产生灾难性的后果。为了提高实时系统的质量，一般采用验证或测试的方法，其中，测试是唯一能够在运行时刻检验实时系统动态行为的方法，基于此，现提供一种基于时间自动机的实时系统测试方法。 

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种实用性强、基于时间自动机的实时系统测试方法。 

本发明的技术方案是按以下方式实现的，该一种基于时间自动机的实时系统测试方法，其具体实现过程如下： 

一、根据稳定符号状态迁移图来静态生成含时间延迟变量的迁移动作序列； 

二、引入时间延迟变量目标函数，采用线性约束求解方法动态求解迁移动作序列中的时间延迟变量并执行测试。 

作为优选，所述步骤一中稳定符号状态迁移图由时间安全输入/输出自动机描述的系统模型转换为不含抽象时间延迟迁移的。 

进一步的，所述稳定符号状态迁移图的获得过程为： 

将时间安全输入/输出自动机的每一个位置与其时间不变量组合构成最初的符号状态集合W； 

将W中的每一个符号状态根据与其相关的迁移的条件进行拆分； 

如果一个可达符号状态X已经是稳定的，将X加到σ并将其所有紧后符号状态加入α中；否则，将X移出α；这里的α是可达符号状态集； 

对X的拆分结果进行判断，如果存在含有初始状态的符号状态Y，则将其加入到α； 

将X的紧前符号状态移出σ，并根据拆分结果更新ρ，这里的σ是当前α集合中稳定的符号状态集合，ρ是当前符号状态集，从而最终得最稳定的符号状态集合； 

将该稳定符号状态集合中去除与测试无关的抽象时间延迟迁移，得到不含抽象时间迁移的稳定符号状态迁移图。 

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是： 

本发明的一种基于时间自动机的实时系统测试方法相对于其他实时系统测试方法而言，该方法采用改进的符号状态拆分算法和抽象时间迁移去除技术，获得了更加简洁且满足稳定性的USTGSS，从而可以将时间测试用例中的迁移动作和时间延迟量分开处理，其中：前者是在USTGSS基础上，利用输入/输出标号迁移系统静态测试方法获得；后者通过建立线性约束系统和引入时间极值函数在测试过程中动态求解得到。用这种方法，可以根据系统的TSIOA模型，很方便地生成满足各种结构覆盖和时间延迟极值覆盖标准的测试用例集合，因此，本专利所提出的测试方法对各类实时系统的一致性测试是十分有效的，实用性强，提高测试用例的错误检测能力并减少生成的测试用例的数目，适用范围广泛，易于推广。 

附图说明

附图1为本发明的时间安全输入/输出自动机模型示意图。 

附图2为本发明中获得最稳定符号状态集合示意图。 

附图3为本发明中获得稳定符号状态迁移图示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种基于时间自动机的实时系统测试方法作以下详细说明。 

本发明采用TA的一种变体——时间安全输入/输出自动机，(即timed safety input/output automata，简称TSIOA)作为系统的形式模型，该模型如附图1所示。基于该模型通过增加预处理过程以及采用更加简洁的符号状态拆分算子等方法改进了PR算法，并从所生成的MSTGSS中去除了与测试无关的抽象时间延迟迁移，从而得到更加简单的不含抽象时间迁移稳定符号状态迁移图(untimed stable transition graph of symbolic state，简称USTGSS)。获得USTGSS之后，便利用它来构造和执行测试用例，为了提高测试用例的错误检 测能力并减少生成的测试用例的数目，在生成迁移动作序列时，要考虑针对USTGSS的各种结构覆盖标准，而在求解时间延迟量时还需要引入时间延迟策略。现提供一种基于时间自动机的实时系统测试方法，其具体实现过程如下： 

一、根据稳定符号状态迁移图来静态生成含时间延迟变量的迁移动作序列； 

二、引入时间延迟变量目标函数，采用线性约束求解方法动态求解迁移动作序列中的时间延迟变量并执行测试。 

所述稳定符号状态迁移图由时间安全输入/输出自动机描述的系统模型转换为不含抽象时间延迟迁移的。 

进一步的，上述稳定符号状态迁移图的获取包括以下两个步骤。其中第一个步骤是获取稳定符号状态集合，第二个步骤则是获取稳定符号状态迁移图。 

如附图2所示，其中第一个步骤获取稳定符号状态集合具体包括以下内容： 

在上述步骤中，参数A是一个时间安全输入/输出自动机TSIOA；ρ是当前符号状态集；α是可达符号状态集；σ是当前α集合中稳定的符号状态集合。 

第3)步～第6)步是预处理过程，其中：第3)步、第4)步将A的每一个位置与其时间不变量组合构成最初的符号状态集合W。 

第5)步、第6)步将W中的每一个符号状态根据与其相关的迁移的条件进行拆分。 

算法从第8)步开始对符号状态集中符号状态进行拆分，如果一个可达符号状态X已经是稳定的，那么第12)步将X加到σ并将其所有紧后符号状态加入α中；否则，将X移出α。 

为了避免α为空，第14)步对X的拆分结果进行判断，如果存在含有初始状态的符号状态Y，则将其加入到α。 

第15)步、第16)步分别将X的紧前符号状态移出σ，并根据拆分结果更新ρ。 

根据前面的定理，算法第10)步中split拆分操作得到的符号状态集合是最简稳定的，所以最终得到的符号状态集合是最简稳定的。 

如附图3所示，获取稳定符号状态迁移图的步骤二如下所示，该步骤中通过抽象时间延迟迁移去除(abstract time delay transitions removing，简称ATDTR)算法用于去除符号状态迁移图中的抽象时间迁移： 

该步骤二所获得的USTGSS即为不含抽象时间迁移稳定符号状态迁移图(untimed stable transition graph of symbolic state，简称USTGSS)，利用它来构造和执行上述测试用例。 

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管该具体实施方式部分对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的实质和范围。 

Claims (3)

1.一种基于时间自动机的实时系统测试方法，其特征在于其具体实现过程为：

一、根据稳定符号状态迁移图来静态生成含时间延迟变量的迁移动作序列；

二、引入时间延迟变量目标函数,采用线性约束求解方法动态求解迁移动作序列中的时间延迟变量并执行测试。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间自动机的实时系统测试方法，其特征在于：所述稳定符号状态迁移图由时间安全输入/输出自动机描述的系统模型转换为不含抽象时间延迟迁移的。

3.根据权利要求2所述的一种基于时间自动机的实时系统测试方法，其特征在于所述稳定符号状态迁移图的获得过程为：

将时间安全输入/输出自动机的每一个位置与其时间不变量组合构成最初的符号状态集合W；

将W中的每一个符号状态根据与其相关的迁移的条件进行拆分；

如果一个可达符号状态X已经是稳定的,将X加到σ并将其所有紧后符号状态加入α中；否则,将X移出α；这里的α是可达符号状态集；

对X的拆分结果进行判断, 如果存在含有初始状态的符号状态Y, 则将其加入到α；

将X的紧前符号状态移出σ,并根据拆分结果更新ρ，这里的σ是当前α集合中稳定的符号状态集合，ρ是当前符号状态集，从而最终得最稳定的符号状态集合；

将该稳定符号状态集合中去除与测试无关的抽象时间延迟迁移，得到不含抽象时间迁移的稳定符号状态迁移图。