CNONIX標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試研究＊

吳潔明，李碩征

（北方工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，北京100144）

1 引言

中國(guó)出版物在線信息交換CNONIX（China Online Information Exchange）標(biāo)準(zhǔn)為解決圖書(shū)出版整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中，不同實(shí)體之間由于數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)格式的不一致而造成的信息使用效率低下的問(wèn)題，提供了一個(gè)切實(shí)可行的方案。該標(biāo)準(zhǔn)是在國(guó)外ONIX標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)國(guó)情制定的，旨在為我國(guó)圖書(shū)出版整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)階段提供標(biāo)準(zhǔn)的圖書(shū)信息交換格式，提高信息的質(zhì)量以及使用效率［1］。

CNONIX作為計(jì)算機(jī)技術(shù)在圖書(shū)出版領(lǐng)域的應(yīng)用，需要大量的軟件進(jìn)行支撐。對(duì)相關(guān)的第三方軟件的標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試是保證相關(guān)軟件能夠符合CNONIX標(biāo)準(zhǔn)，保證CNONIX規(guī)定的數(shù)據(jù)項(xiàng)和數(shù)據(jù)格式得以正確應(yīng)用的必要措施。本文首先介紹了CNONIX的數(shù)據(jù)格式；然后討論了CNONIX標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試的方法；最后通過(guò)一個(gè)CNONIX消息片段，對(duì)測(cè)試流程予以說(shuō)明。

2 相關(guān)工作

國(guó)際上，對(duì)軟件產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試與確認(rèn)的工作始于20世紀(jì)60年代末，從20世紀(jì)70年代初的程序語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試發(fā)展到20世紀(jì)90年代的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試［2］。標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試已經(jīng)從單純的計(jì)算機(jī)、通信標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展到醫(yī)療機(jī)械、電子政務(wù)等領(lǐng)域。然而，我國(guó)在這方面發(fā)展較慢。普遍認(rèn)為，國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試開(kāi)始于90年代，而且多是學(xué)術(shù)上的研究，局限于開(kāi)發(fā)接口類標(biāo)準(zhǔn)上的測(cè)試，比如SQL標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試，還有就是JDBC、ODBC類的規(guī)范測(cè)試以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面的測(cè)試。在軟件產(chǎn)業(yè)實(shí)際應(yīng)用中的普及還有待提高。

軟件標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試大多屬于黑盒測(cè)試，廣泛采用“瀑布模型”［2］。本文的測(cè)試方法也是建立在這種模型上的。

ONIX于1999年由歐美多個(gè)國(guó)家共同制定，2000年正式推出。程麗紅、馬蕾等人［3，4］詳細(xì)介紹了ONIX，并認(rèn)為借鑒該標(biāo)準(zhǔn)是解決我國(guó)圖書(shū)發(fā)行行業(yè)信息不暢問(wèn)題的一種辦法。2011年，相關(guān)單位參考ONIX開(kāi)始制定更符合我國(guó)國(guó)情的CNONIX。

3 CNONIX元素分析

CNONIX屬于數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了整個(gè)圖書(shū)出版、發(fā)行過(guò)程中需要用到的所有數(shù)據(jù)元，并將其分為復(fù)合元素和元素兩類，它們之間的關(guān)系如圖1所示。

Figure 1 Structure of elements圖1 數(shù)據(jù)元的結(jié)構(gòu)

圖1說(shuō)明CNONIX中的數(shù)據(jù)形式是從復(fù)合元素開(kāi)始的，復(fù)合元素包含元素和更低級(jí)別的復(fù)合元素。這種形式不斷地遞歸下去，直到某一個(gè)復(fù)合元素不再包含更低級(jí)別的復(fù)合元素為止。

CNONIX規(guī)定，采用XML格式的文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每個(gè)可用的XML文件應(yīng)該包含一組消息頭，復(fù)合元素以及一組或多組產(chǎn)品記錄復(fù)合元素。一條完整的消息格式如例1所示。如果消息中使用字符集，應(yīng)使用XML聲明的格式。

元素是CNONIX標(biāo)準(zhǔn)中最小的數(shù)據(jù)單元，每個(gè)元素都有各自的屬性，包括選擇性、重復(fù)性、類型、位數(shù)、CNONIX代碼表編號(hào)等，同時(shí)還擁有英文標(biāo)識(shí)。復(fù)合元素是由若干關(guān)聯(lián)的元素組成的數(shù)據(jù)集合，同樣擁有英文標(biāo)識(shí)，但是只包含選擇性和重復(fù)性等屬性。

英文標(biāo)識(shí)用于在XML文件中聲明元素或復(fù)合元素（為了方便，下文中如無(wú)特殊說(shuō)明復(fù)合元素和元素都統(tǒng)稱為元素），屬性用于規(guī)范開(kāi)始標(biāo)簽和結(jié)束標(biāo)簽之間的內(nèi)容的約束。下面以CNONIX中的CNONIX for Books為代表（以下簡(jiǎn)寫(xiě)為CNONIX）予以說(shuō)明，具體約束詳見(jiàn)表1。

Table 1 Element attributes constraints表1 元素屬性約束

類型屬性決定元素的輸入類型；長(zhǎng)度是輸入的字符的長(zhǎng)度；代碼表編號(hào)是指元素按照標(biāo)準(zhǔn)需要調(diào)用的代碼表的編號(hào)。根據(jù)CNONIX標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)一個(gè)元素的類型為數(shù)字時(shí)，位數(shù)為定長(zhǎng)，輸入的內(nèi)容必須為CNONIX代碼表的編號(hào)；當(dāng)類型為字符和數(shù)值時(shí)，位數(shù)為變長(zhǎng)。

根據(jù)元素的選擇性以及使用條件，可以將所有的元素分為基本必備元素、基本擴(kuò)展元素、條件必備元素和條件擴(kuò)展元素。其中，基本必備元素是指在消息中應(yīng)該必須出現(xiàn)的元素；基本擴(kuò)展元素是指選擇性的、可選的元素；條件必備元素指當(dāng)某一元素出現(xiàn)時(shí)，必須出現(xiàn)的元素；條件擴(kuò)展元素指當(dāng)某一元素出現(xiàn)時(shí)，可以出現(xiàn)也可以不出現(xiàn)的元素?？傮w來(lái)說(shuō)，擴(kuò)展元素通常用來(lái)對(duì)必備元素進(jìn)行補(bǔ)充。

4 測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

CNONIX的推廣需要一系列的產(chǎn)品來(lái)支撐該標(biāo)準(zhǔn)。其中，能夠根據(jù)用戶的需要自動(dòng)生成相應(yīng)的XML文件的軟件是必須要在投入使用前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試的。這是因?yàn)镃NONIX標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的重點(diǎn)就是用于進(jìn)行信息交換的元素的屬性及數(shù)據(jù)內(nèi)容。

有些時(shí)候需要測(cè)試的僅僅只是一個(gè)XML文件，例如，用戶自己用記事本編輯一個(gè)XML文檔來(lái)完成信息交換工作。在這種情況下，信息交換的參與者并不是利用專業(yè)的軟件自動(dòng)生成XML文件。但是，為了能夠正常地進(jìn)行信息交換，仍然需要在使用前對(duì)該XML文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證，判斷其對(duì)于CNONIX標(biāo)準(zhǔn)的符合性。

本文針對(duì)這兩種情況分別設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試方案。

4.1 對(duì)待測(cè)軟件的符合性測(cè)試

同大多數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試一樣，對(duì)于待測(cè)軟件的CNONIX標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試不需要考慮待測(cè)軟件內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行邏輯，只需要考慮在合法或非法輸入的情況下是否能夠得到符合標(biāo)準(zhǔn)的XML文件或相應(yīng)的錯(cuò)誤信息?？梢詤⒖加嘘P(guān)黑盒測(cè)試的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。整個(gè)測(cè)試的流程如圖2所示。

（1）根據(jù)待測(cè)軟件選取相應(yīng)的輸入項(xiàng)，包括合法輸入及非法輸入，記錄合法輸入。

（2）檢查所有輸入中是否包含了所有的基本必備元素和條件必備元素。

（3）將所有的輸入作為測(cè)試用例輸入到待測(cè)軟件中，記錄所有可以獲得輸出的輸入。

（4）分析待測(cè)軟件的輸出。如果合法輸入沒(méi)有得到相應(yīng)的輸出，則待測(cè)軟件不符合CNONIX標(biāo)準(zhǔn)。

（5）除合法輸入外，如果還有其它輸入可以獲得輸出，則待測(cè)軟件在處理相應(yīng)的非法輸入時(shí)不符合CNONIX標(biāo)準(zhǔn)。

（6）根據(jù)合法輸入生成標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)文件a（完全符合CNONIX標(biāo)準(zhǔn)）。

（7）將合法輸入對(duì)應(yīng)的輸出b同a進(jìn)行比對(duì)，如果一致則通過(guò)測(cè)試，否則不通過(guò)測(cè)試。

（8）生成測(cè)試報(bào)告。

Figure 2 Testing process圖2 測(cè)試流程

4.2 測(cè)試用例分析

在進(jìn)行測(cè)試之前，需要考慮如何生成測(cè)試用例。CNONIX中每個(gè)元素的各個(gè)屬性對(duì)于輸入數(shù)據(jù)的各個(gè)方面做了明確的規(guī)定，所以可以采用等價(jià)類劃分法來(lái)生成測(cè)試用例。同時(shí)，對(duì)于輸入條件中規(guī)定了取值的范圍或者值的個(gè)數(shù)這種境況，由測(cè)試工作經(jīng)驗(yàn)得知，大量的錯(cuò)誤是發(fā)生在輸入或輸出范圍的邊界上，而不是在輸入內(nèi)部［5］。因而，本文在等價(jià)類用例的基礎(chǔ)上對(duì)某些屬性補(bǔ)充上邊界值，扣除重復(fù)的部分。

例如，對(duì)于位數(shù)屬性，輸入內(nèi)容的長(zhǎng)度可以分為最大長(zhǎng)度（max）、大于最大長(zhǎng)度（＞max）、1和0四種情況。通過(guò)表1可以看出，如果單純計(jì)算各種屬性的不同情況共有2＊2＊3＊4＊2＝96種可能，顯然各屬性對(duì)于生成測(cè)試用例來(lái)說(shuō)存在交集。因此，必然存在更具有代表性的測(cè)試用例可以覆蓋多種可能。同時(shí)，考慮到實(shí)際應(yīng)用，如此多的可能也帶來(lái)了相當(dāng)大的困擾。

所有屬性中，選擇性和重復(fù)性約束的是元素的輸入次數(shù)，其它屬性約束的是應(yīng)該輸入的內(nèi)容。為了便于說(shuō)明，設(shè)每個(gè)元素需要的測(cè)試用例個(gè)數(shù)為N。

首先考慮元素的選擇性和重復(fù)性。很明顯，對(duì)于每一種元素都有三種可能：不存在、唯一及大于1（重復(fù)）。其中，如果測(cè)試用例中該元素不存在，表明沒(méi)有輸入該元素，顯然其余各屬性不需要考慮。對(duì)于重復(fù)性，為了最大限度地縮減測(cè)試用例，同時(shí)不失一般性，考慮重復(fù)次數(shù)為2，即將一條符合標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試用例，重復(fù)輸入兩次。所以，每個(gè)元素需要的測(cè)試用例個(gè)數(shù)為：

N＝N′＋2

其中，N′為不考慮選擇性和重復(fù)性時(shí)，每個(gè)元素需要的測(cè)試用例數(shù)。2是表示考慮重復(fù)一次以及不作輸入這兩種情況。

考慮剩下的三種屬性。就位數(shù)屬性來(lái)說(shuō)，對(duì)于定長(zhǎng)以及未規(guī)定最大長(zhǎng)度的元素有三種情況；對(duì)于變長(zhǎng)且規(guī)定了最大長(zhǎng)度的元素，只考慮邊界值，有0、1、max和max＋1四種情況。其中，長(zhǎng)度為0的情況相當(dāng)于沒(méi)有輸入，在選擇性中已經(jīng)討論。同時(shí)，因?yàn)殚L(zhǎng)度為1和max都為符合條件的輸入，將這兩種情況合并，取長(zhǎng)度為max的輸入作為代表。綜上，針對(duì)位數(shù)屬性做如下考慮：

其中，式（1）位數(shù)為變長(zhǎng)，n為最大長(zhǎng)度；式（2）位數(shù)為定長(zhǎng)，n為規(guī)定長(zhǎng)度。

就類型來(lái)說(shuō)，字符類型較為特殊，因?yàn)檩斎雰?nèi)容為數(shù)字、數(shù)值或者文字、符號(hào)都可以理解為字符。此時(shí)需要考慮的就是其它屬性對(duì)輸入的約束。數(shù)字類型和數(shù)值類型的區(qū)別是數(shù)字類型的最左側(cè)一位可以為0，數(shù)值類型則不可。例如，表2中所列的兩種元素。對(duì)于“最新印次”元素可以選取“999”作為合法輸入，“1000”、“099”及“a99”作為非法輸入，共三個(gè)測(cè)試用例。而對(duì)于“版權(quán)年份”元素可以選取“2012”作為合法輸入，“20120”作為非法輸入，共兩個(gè)測(cè)試用例。

Table 2 Element attributes（1）表2 部分元素屬性（1）

最后，考慮CNONIX代碼表編號(hào)屬性，因?yàn)椴⒉皇撬性囟及搶傩?。如果，一個(gè)元素包含該屬性，那么還需要驗(yàn)證該元素的輸入是否與對(duì)應(yīng)的CNONIX代碼表中的代碼相匹配。例如，對(duì)于正文字符集代碼（〈ScriptCode〉）元素，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的代碼表中代碼為四位英文字符集，如Syrc（敘利亞文）是一個(gè)合法的輸入，而Ssss、Syrcc、Syr等都是與之對(duì)應(yīng)的非法輸入。

另外，通過(guò)分析CNONIX標(biāo)準(zhǔn)中各元素的屬性得知，所有類型為數(shù)值型的元素都不含有CNONIX代碼表屬性。

因此，把元素的所有屬性綜合起來(lái)考慮，需要測(cè)試用例最多的元素的屬性為數(shù)字型、定長(zhǎng)且有CNONIX代碼表屬性的元素。例如，對(duì)于表3中的元素（List 73規(guī)定輸入為00～39的數(shù)字），在不考慮重復(fù)性和選擇性的情況下，需要的測(cè)試用例至少有四個(gè)?？尚械囊唤M為：｛01，011，0a，99｝，其中只有01是合法輸入。

Table 3 Element attributes（2）表3 部分元素屬性（2）

綜上，針對(duì)每個(gè)元素的測(cè)試用例至多有N＝4＋2＝6個(gè)。

4.3 XML文件的標(biāo)準(zhǔn)符合性

根據(jù)之前的討論，CNONIX中規(guī)定的所有元素分為基本必備元素、基本擴(kuò)展元素、條件必備元素、條件擴(kuò)展元素四類。對(duì)于XML的檢測(cè)正是基于這四種分類的基礎(chǔ)上。以下是測(cè)試的邏輯：

（1）檢查待測(cè)文件是否符合XML格式，包括XML的相關(guān)聲明、開(kāi)始標(biāo)簽和結(jié)束標(biāo)簽是否匹配等。

（2）檢查待測(cè)文件中的CNONIX的聲明標(biāo)簽。

（3）檢查基本必備元素。

（4）檢查基本擴(kuò)展元素。

（5）檢查最外層的條件擴(kuò)展元素，即產(chǎn)品記錄復(fù)合元素下一級(jí)別的復(fù)合元素，這些通常可以用來(lái)聲明該文件實(shí)現(xiàn)的是哪一階段的信息交換。

（6）判斷XML文件最外層未驗(yàn)證元素中條件必備元素的合法性。

（7）判斷XML文件最外層未驗(yàn)證元素中條件擴(kuò)展元素的合法性。

（8）重復(fù)第（6）步和第（7）步，直到所有元素都完成了驗(yàn)證。

需要特別說(shuō)明的是，這里的驗(yàn)證只能驗(yàn)證元素格式的合法性，對(duì)于數(shù)據(jù)內(nèi)容無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。由于部分條件必備元素的條件也許是條件擴(kuò)展元素（不是必選項(xiàng)），所以只有在同一層所有元素都進(jìn)行過(guò)驗(yàn)證以后才能對(duì)下一級(jí)別元素進(jìn)行驗(yàn)證。

如果將整個(gè)XML文件看作是一棵樹(shù)的話，那么CNONIX聲明標(biāo)簽就是整棵樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。

如果僅考慮基本元素的話，第（3）步和第（4）步中對(duì)于基本必備元素和基本擴(kuò)展元素的驗(yàn)證可以采用深度優(yōu)先遍歷，順序是先頭文件信息后產(chǎn)品記錄信息。

如果砍掉所有基本必備元素的分支（消息頭復(fù)合元素和產(chǎn)品記錄復(fù)合元素保留），那么對(duì)其他元素的驗(yàn)證類似廣度優(yōu)先遍歷。

4.4 實(shí)例分析

下面的例2是一個(gè)CNONIX消息的片段：

例2 CNONIX信息片段

現(xiàn)用上節(jié)所述方法予以分析。在這段信息中：

（1）基本必備元素有：Header、ProductSender、SendDateTime、Notification Type；

（2）基本擴(kuò)展元素有：Sender Identifier、Message Number、CollateralDetail和Cited Content；

（3）條件必備元素有：SenderIDType、Content－DateRole、Cited Content Type；

（4）條件擴(kuò)展元素有：TextContent、Content Audience。

因此，標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證的具體流程如下：

（1）整條信息中包含XML文件的聲明以及CNONIX的聲明，表明這條信息是用于進(jìn)行CNONIX標(biāo)準(zhǔn)下的信息交換的。

（2）檢查基本必備元素，依次驗(yàn)證Header、Sender、SendDate Time、Product、Notification－Type。

（3）檢查基本擴(kuò)展元素，順序是先驗(yàn)證SenderIdentifier，再驗(yàn)證MessageNumber、Collateral－Detail，最后驗(yàn)證Cited Content。

（4）檢查Sender IDType、CitedContent Type。

（5）檢查T(mén)extContent、Content Audience，至此最外層的條件元素檢查完畢，下面檢查下一次條件元素。

（6）檢查Content Date，本次迭代中最外層條件元素檢查完畢，進(jìn)行下一次迭代。

（7）檢查ContentDateRole，至此所有元素檢查完畢。

5 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于本文的分析，采用JAVA（JDK7.0）作為編程語(yǔ)言，借助于Eclipse 4.2.0和Apache Tomcat 6.0環(huán)境搭建了一個(gè)CNONIX標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試平臺(tái)。同時(shí)，采用Oracle 10g作為數(shù)據(jù)庫(kù)保存標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各元素的約束。

5.1 測(cè)試用例生成

因?yàn)閷?duì)于元素的選擇性和重復(fù)性的測(cè)試只需要重復(fù)輸入一次或不輸入，所以這兩個(gè)屬性在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中沒(méi)有考慮，只考慮了類型、位數(shù)以及CNONIX代碼表這三個(gè)屬性。仍然是以上文提到的三個(gè)元素作為測(cè)試實(shí)例，重新整理后如表4所示，其中List 73規(guī)定的輸入為00～99的兩位數(shù)字。

Table 4 Element attributes（3）表4 部分元素屬性（3）

生成測(cè)試用例的時(shí)候，首先根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的元素全部約束生成一條合法的輸入，然后修改位數(shù)、類型、代碼表等屬性以生成不合法的輸入。每條非法輸入都是通過(guò)對(duì)合法輸入最小改動(dòng)得到的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

Table 5 Element attributes（4）表5 部分元素屬性（4）

需要再次強(qiáng)調(diào)的是，表5中的結(jié)果是在不考慮元素的選擇性和重復(fù)性的情況下得到的。

5.2 XML文件的驗(yàn)證

對(duì)XML文件的驗(yàn)證，在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上借助了dom4j API，同時(shí)需要使用XSD（XML Schema Definition）語(yǔ)言記錄標(biāo)準(zhǔn)中各元素（及復(fù)合元素）的規(guī)則。在進(jìn)行測(cè)試之前需要做些準(zhǔn)備工作。首先，根據(jù)4.2節(jié)和4.3節(jié)的分析，按照相應(yīng)方法生成與待測(cè)XML文件對(duì)應(yīng)的XSD文件來(lái)保存校驗(yàn)規(guī)則。其次，為了引入XSD文件，需要修改XML中的標(biāo)簽，將〈ONIXMessage release＝"3.0"〉改為〈ONIXMessage release＝"3.0"xmlns：xsi＝"http：//www.w3.org/2001/XMLSchema－instance"xsi：no NamespaceSchema Location＝"XSD文件地址"〉，以便使用dom4j API配合XSD語(yǔ)言來(lái)對(duì)相應(yīng)的XML文件進(jìn)行驗(yàn)證。

最后，需要再次強(qiáng)調(diào)的是，這一部分里提到的測(cè)試和驗(yàn)證，只是測(cè)試信息的結(jié)構(gòu)是否符合CNONIX標(biāo)準(zhǔn)，并不能驗(yàn)證信息的具體內(nèi)容。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)CNONIX系列標(biāo)準(zhǔn)提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試的設(shè)計(jì)方案，并以CNONIX for Books為代表討論了作為輸入的測(cè)試用例的數(shù)量及生成方案。最后，考慮到CNONIX屬于數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，為了方便信息的流通，設(shè)計(jì)了一個(gè)直接檢驗(yàn)相關(guān)XML文件的方案，并提供了一個(gè)實(shí)例片段進(jìn)行了說(shuō)明。

通過(guò)討論，發(fā)現(xiàn)由于元素量大、每條元素屬性影響明顯，進(jìn)行覆蓋測(cè)試需生成大量的測(cè)試用例。雖然在文中了對(duì)單個(gè)元素的屬性進(jìn)行了分析，但是以此為依據(jù)進(jìn)行測(cè)試需要的測(cè)試用例數(shù)量仍然不小。因而，在未來(lái)的工作中，將重點(diǎn)研究元素之間的相關(guān)性，期望可以進(jìn)一步縮減測(cè)試用例數(shù)目。

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