面向实时软件的Markov链时间使用模型测试用例生成方法研究

摘要

计算机软件技术广泛应用于各个领域，人们对于软件系统的可靠性要求日渐提高，实时软件可靠性是关注的焦点之一，而软件可靠性测试是提高软件可靠性的一个重要方法。随着面向对象技术的发展，基于模型的软件可靠性测试成为软件可靠性研究的一个重要分支，国内外学者对其开展了较为深入和广泛的研究，也取得了一定的成果，但在基于测试模型的实时软件可靠性测试用例生成方面还存在一定问题。
　　本文通过深入分析相关文献发现：现有文献较好地解决了从UML模型到Markov链使用模型的转换问题，在转换过程中，通过对带有时间约束的状态扩展出时间驻留状态和对偶的时间违背状态的方式，能够解决时间约束对不同状态的影响。但是没有考虑被测软件激励中的时间约束对用例生成的影响，而激励执行时间约束在实时软件系统中是一个普遍的现象。针对现有方法存在的不足，本文通过扩展Markov链使用模型，提出构建加入时间约束的Markov链时间使用模型，利用该模型生成测试序列，该模型既考虑了模型中的状态驻留时间约束，也考虑了激励执行时间约束。
　　除此之外，现有可靠性测试方法在测试数据的选取方法基本采用的是满足当前约束条件下的随机策略，该法简便易行但是没有兼顾同一路径下多处引用目标变量的约束关系，导致生成较多无效测试用例，这使评估出的可靠性与软件真实可靠性有很大偏差，本文使用基于区间代数运算的区间削减算法求解线性约束表达式得到输入变量的有效取值范围，以及利用分支函数的思想构造目标函数，使用分段牛顿法求解输入变量的非线性约束,使生成的测试用例有效性大幅提高。
　　在此基础上，阐述了基于Markov链时间使用模型的实时软件测试用例生成的完整方案和具体技术路线，并实现了一个原型系统，最后通过实例验证了方法的实用性与有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 引言

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 论文章节安排

第2章 可靠性测试与实时软件测试

2.1 软件测试理论

2.2 软件可靠性

2.3 软件可靠性测试

2.4 实时软件可靠性测试

2.5 小结

第3章 Markov链时间使用模型测试序列生成方法

3.1 Markov链与使用模型

3.2 Markov链时间使用模型

3.3测试序列自动生成方法

3.4 小结

第4章 测试序列输入变量有效数据自动选取方法

4.1 线性约束表达式中测试数据的选取

4.2 非线性约束表达式中测试数据的选取

4.3 测试序列输入变量有效数据选取方案

4.4 小结

第5章 实时软件可靠性测试系统实现与验证

5.1 系统设计与实现

5.2 实验验证

5.3 小结

第6章 结束语

6.1 总结

6.2 未来的展望

致谢

参考文献

附录: 作者读研期间参加的科研项目与研究成果