面向CPN屬性的測試序列的自動生成方法

白紅英　葉新銘　王慧

摘 要：CPN（Coloured Petri Nets）非常適用于描述和分析含有并發(fā)、同步和通信等情況的復雜系統(tǒng)。該文提出了一種面向CPN屬性的自動生成測試序列的方法。首先給出了CPN屬性的形式化定義，然后根據(jù)系統(tǒng)的CPN模型給出了面向CPN屬性生產(chǎn)測試序列的算法，并應用該算法完成了面向CPN屬性的測試序列自動生成工具的開發(fā)。這對于CPN tools也是個非常有效的擴展。

關(guān)鍵詞：CPN屬性 測試序列 自動生成

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0026-02

一致性測試用于檢查系統(tǒng)實現(xiàn)是否符合系統(tǒng)設計的需求，是保障實現(xiàn)質(zhì)量的有效方法。測試人員手工編寫腳本來實現(xiàn)測試方案給測試工作帶來了很大的工作量。目前對測試序列自動生成技術(shù)的研究主要基于FSM進行的，該方法在實際應用中也存在諸多不足。實踐證明[1-2]與FSM相比，CPN[3]更適用于描述和分析含有并發(fā)、同步和通信等特征的復雜系統(tǒng)，并且CPN tools[4]支持模型相關(guān)性質(zhì)的分析。

屬性可以給出系統(tǒng)期望被測的重要的和特殊的要素，系統(tǒng)符合屬性說明系統(tǒng)具備這些被測要素。文獻[1]中提出基于屬性的測試中，測試的選擇標準和屬性是相關(guān)聯(lián)的，該測試的目的是關(guān)注系統(tǒng)中重要的、感興趣的和特殊的屬性。一般屬性被說明為測試目的，用于檢查系統(tǒng)某個特定功能的實現(xiàn)。文獻[2]中認為在相同測試深度下，面向?qū)傩詼y試相對于非面向?qū)傩缘臏y試需要更少的測試序列且得到的測試序列更具有針對性。

1 預備知識

1.1 CPN和CPN Tools

在Petri網(wǎng)基礎上CPN提出了一種層次Petri網(wǎng)和高級Petri網(wǎng)，可以對復雜系統(tǒng)進行仿真和檢驗。CPN Tools是支持分析和模擬系統(tǒng)的形式化建模工具，可以實現(xiàn)分析和生成系統(tǒng)的完整狀態(tài)空間的功能[6]。

1.2 CPN屬性相關(guān)定義

屬性說明對面向?qū)傩缘臏y試序列生成有重要影響，對CPN屬性的形式化定義做出如下說明。

CPN屬性：對于一個給定系統(tǒng)的CPN =（P，T，A，Σ，V，C，G，E，I）[3]，CPN屬性是該系統(tǒng)在其CPN模型中，在某種特定場景下應具有的特性、行為和功能，且它由CPN屬性初始狀態(tài)和CPN屬性末狀態(tài)來決定。

CPNI（CPN屬性初狀態(tài)）：在給定系統(tǒng)的CPN模型中，假設它的初始marking為M0，則有CPN屬性初狀態(tài)CPNI（M0）[3]，且（CPNI）不能為。

CPNE（CPN屬性末狀態(tài)）：對于給定的CPN屬性，假設它的初狀態(tài)CPNI，則有CPN屬性末狀態(tài)CPNE（CPNI）。

CPN屬性子路徑：對于給定的CPN屬性，CPNI與CPNE間的點火序列[3]稱為CPN屬性子路徑。

CPN屬性完全路徑：對于給定系統(tǒng)的CPN，假設系統(tǒng)的初始狀態(tài)為SI，末狀態(tài)為SE。SI與SE間包含CPN屬性子路徑的點火序列稱為CPN屬性完全路徑。它由以下三部分組成。

（1）前導點火序列：SI與CPNI間的點火序列。

（2）測試點火序列：CPNI與CPNE間的點火序列。

（3）后繼點火序列：CPNE與SE間的點火序列。

2 面向CPN屬性的測試序列生成算法

面向CPN屬性的測試序列生成算法是以CPN屬性驅(qū)動測試序列的生成，所以CPN屬性覆蓋作為測試例的覆蓋標準。

2.1 測試目的與CPN屬性

確切的測試目的對系統(tǒng)的測試非常重要。當測試執(zhí)行一組確定目的的測試例時，通過觀察被測實現(xiàn)的輸出行為和分析測試結(jié)果，可以判斷被測實現(xiàn)的性能或功能是否滿足系統(tǒng)的設計需求。

根據(jù)測試目的得出CPN屬性條件的算法如下。

上述算實現(xiàn)了面向CPN屬性的測試序列自動生成，要注意的是該算法針對的是待測系統(tǒng)的CPN模型，而非具體系統(tǒng)實現(xiàn)。

3 面向CPN屬性的測試序列自動生成工具

面向CPN屬性的測試序列自動生成工具包含三個模塊，分別為系統(tǒng)CPN模型的信息模塊、CPN屬性條件的輸入模塊以及面向CPN屬性的測試序列生成模塊。

該工具對于任一個系統(tǒng)的模型有一定的通用性，前提是該系統(tǒng)的CPN模型必須正確，并且已用CPN Tools生成了完全狀態(tài)空間。下面以HMIPv6協(xié)議[5]為例，對該工具的應用做出如下說明。

（1）用CPN Tools的狀態(tài)空間分析工具生成HMIPv6協(xié)議的CPN模型的某個完全狀態(tài)空間。

（2）用該工具打開HMIPv6協(xié)議CPN模型的.xml文件。

（3）查看系統(tǒng)CPN模型的狀態(tài)空間信息。在這里我們對系統(tǒng)模型中的每個狀態(tài)標明了一個序號以便用戶輸入CPNI和CPNE。如圖1為系統(tǒng)某個狀態(tài)信息。

（4）應用算法1得到符合測試目的的CPN屬性初狀態(tài)和CPN屬性末狀態(tài)的序號，應用算法2生成符合CPN屬性條件的測試序列，結(jié)果如圖2所示。

4 結(jié)語

該文首先給出了CPN屬性的形式化定義。然后提出了面向CPN屬性的測試序列生成算法。最后用工具實現(xiàn)了面向CPN屬性的測試序列的自動生成。在相同的測試目的中，面向CPN屬性的測試方法避免了在所有系統(tǒng)狀態(tài)內(nèi)尋找測試路徑，從而提高了測試序列的有效性且有一定的針對性。該文提出的面向CPN屬性的測試序列自動生成方法及其工具有一定的通用性，這對于CPN tools也是個有效的擴展。

參考文獻

[1] Xinming Ye，Jing Liu，Tao Sun，et al.CP-nets Model Based Formal Verification of HMIPv6 Protocol[C].Proc. of the 3rd International Conference on Computer Design and Applications，2011：6412-6415.

[2] Jing Liu，Xinming Ye，Jun Li.Analyzing Performance for Complex Protocol using Validated CP-nets Models[C].Proc.of the 10th IEEE Conference on Computer and Information Technology，2010：377-384.

[3] Kurt Jensen，Lars Michael Kristensen，Lisa Wells.Coloured Petri Nets and CPN Tools for Modeling and Validation of Concurrent Systems[J].International Journal on Software Tools for Technology Transfer，20079（3）：213-254.

[4] Kurt Jensen，Soren Christensen，Lars M. Kristensen. CPN Tools State Space Manual [EB/OL].http：//wiki.daimi.au.dk/cpntoolshelp/_files/manual.pdf，2006-01.

[5] H Soliman C，Castelluccia K，El Malki，et al.Hierarchical Mobile IPv6（HMIPv6）[M].IETF Mobile IPWorking Group，2002.