CBTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具自動化測試框架研究

摘要：針對CBTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具測試中由于數(shù)據(jù)量大、回歸輪次多等原因?qū)е碌暮臅r、耗力的現(xiàn)狀，提出了一種自動化測試框架，旨在提高測試效率，縮短測試時間，減少人為錯誤。該自動化測試框架易于擴(kuò)展，可以靈活地應(yīng)用到各個項目中。

關(guān)鍵詞：自動化測試框架;測試腳本;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

0? ? 引言

基于通信的列車控制（Communication Based Train Control，簡稱CBTC）系統(tǒng)已經(jīng)成為城市軌道交通信號系統(tǒng)的發(fā)展方向[1]。數(shù)據(jù)，作為CBCT系統(tǒng)中的核心組成部分，肩負(fù)著為整個CBTC系統(tǒng)的運行提供線路數(shù)據(jù)信息、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息等重要功能。為了快速準(zhǔn)確地生成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具應(yīng)運而生，該工具提供了子系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)的生成、系統(tǒng)數(shù)據(jù)和子系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)的安全校驗以及子系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)的生成等功能。由于生成數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性是CBTC系統(tǒng)安全連續(xù)運行的重要保證，因此需要對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具進(jìn)行充分有效的測試。

在項目執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)，目前的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具測試存在以下問題：

（1）手工黑盒測試回歸效率低。

（2）由于數(shù)據(jù)量大，手動測試存在偶然性和不確定性。

（3）回歸的覆蓋率不足，容易遺漏問題。在項目執(zhí)行過程中，由于執(zhí)行進(jìn)度和交付時間緊等原因，測試策略通常是回歸測試，也就是根據(jù)需求變更和代碼變更挑選回歸范圍，在回歸覆蓋率和測試時間之間折中，但這樣很容易遺漏問題。

本文針對前面提到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具測試中由于數(shù)據(jù)量大、回歸輪次多等原因?qū)е碌暮臅r、耗力的現(xiàn)狀，提出一種自動化測試框架，旨在：

（1）降低回歸成本，減少人力和時間投入;

（2）提高回歸覆蓋率，每一輪測試都可以做到全回歸;

（3）提高回歸的穩(wěn)定性，使測試結(jié)果確定。

1? ? CBTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具概述

圖1是CBTC信號系統(tǒng)的架構(gòu)，包括列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（簡稱“ATS子系統(tǒng)”）、區(qū)域控制器（簡稱“ZC子系統(tǒng)”）、聯(lián)鎖子系統(tǒng)（簡稱“CBI子系統(tǒng)”）和車載子系統(tǒng)（簡稱“OBCU子系統(tǒng)”）[2]。

下面簡單介紹一下各子系統(tǒng)的功能：

（1）ATS子系統(tǒng)完成列車運行監(jiān)控、報警顯示、進(jìn)路排列和運行圖的調(diào)整等功能，還可以提供近期的列車運行記錄的查詢。

（2）OBCU子系統(tǒng)是控制列車運行和保證列車實現(xiàn)移動閉塞制式的關(guān)鍵設(shè)備。

（3）ZC子系統(tǒng)是重要的地面控制設(shè)備，主要功能是對本區(qū)域內(nèi)運行的列車進(jìn)行管理，同時考慮列車進(jìn)路、道岔狀態(tài)、線路限速以及其他障礙物的條件，向列車發(fā)送“移動授權(quán)”。

（4）CBI子系統(tǒng)是為了保證行車安全，在進(jìn)路、道岔和信號機之間存在的相互制約關(guān)系。主要負(fù)責(zé)采集道岔、信號機、屏蔽門、緊急按鈕等的狀態(tài)信息，并控制它們，完成列車進(jìn)路的辦理和取消。

每個子系統(tǒng)都需要軌旁數(shù)據(jù)（比如線路上道岔、軌道等軌旁設(shè)備的信息）和子系統(tǒng)數(shù)據(jù)（比如站臺信息、進(jìn)路信息等）的支持，而子系統(tǒng)軟件運行時則要讀取特定格式（比如二進(jìn)制或者XML格式）的文件，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具的作用就是將軌旁數(shù)據(jù)和子系統(tǒng)數(shù)據(jù)根據(jù)各子系統(tǒng)的設(shè)計要求，轉(zhuǎn)換成規(guī)定格式的設(shè)計數(shù)據(jù)。下面簡單介紹一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具。

CBTC系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具是用于系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的軟件平臺，功能包括：

（1）導(dǎo)入、導(dǎo)出軌旁數(shù)據(jù);

（2）導(dǎo)入、導(dǎo)出系統(tǒng)參數(shù);

（3）導(dǎo)入、導(dǎo)出子系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù);

（4）數(shù)據(jù)校驗，工具可以檢查出源數(shù)據(jù)的格式錯誤，并正確報警。

該工具的輸入數(shù)據(jù)是軌旁數(shù)據(jù)和子系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)，多為Excel格式;輸出為子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，多為二進(jìn)制格式。

為了確保系統(tǒng)運行正常，一定要保證轉(zhuǎn)換前后數(shù)據(jù)的一致性。

2? ? 自動化測試框架概述

框架是整個或部分系統(tǒng)的可重用設(shè)計，表現(xiàn)為一組抽象構(gòu)件及構(gòu)件實例間交互的方法;另一種定義認(rèn)為，框架是可被應(yīng)用開發(fā)者定制的應(yīng)用骨架。前者是從應(yīng)用方面給出的定義，而后者是從目的方面給出的定義。從框架的定義可以了解，框架可以是被重用的基礎(chǔ)平臺，也可以是組織架構(gòu)類的東西。其實后者更為貼切，因為框架本來就是組織和歸類所用的。

自動化測試框架可以提供自動化測試執(zhí)行和管理功能的架構(gòu)模塊，測試完成后統(tǒng)計測試結(jié)果。自動化測試框架需要滿足以下幾個要求：

（1）自動化測試更便于實施，也就是說，寫測試腳本要方便，要讓不怎么懂技術(shù)的測試人員也可以寫自動化測試腳本。

（2）解決自動化測試腳本本身存在的問題，如異常處理和場景恢復(fù)等[3]。一個自動化測試框架在批量執(zhí)行腳本的情況下，不論遇到什么情況，如腳本運行錯誤、腳本質(zhì)量錯誤、測試環(huán)境異常、被測設(shè)備死機或掛起等，都要有能力重新清理測試環(huán)境，使測試環(huán)境恢復(fù)到最初始的狀態(tài)，并執(zhí)行接下來需要執(zhí)行的腳本。

（3）易于維護(hù)。自動化測試是為了提高效率，因此測試框架和測試腳本都要易于維護(hù)，不能讓維護(hù)變成另一種工作量。

（4）可重用性[4]，在框架里，可以實現(xiàn)一些通用功能，簡化腳本開發(fā)過程。

（5）測試報告美觀易讀。

因此，自動化測試框架應(yīng)具備以下功能：

（1）Log：日志記錄和管理功能，針對不同情況，設(shè)置不同的日志級別，方便定位問題。

（2）Report：生成測試報告。

（3）Common：公共函數(shù)、方法以及通用操作的管理，遵循高內(nèi)聚、低耦合的原則，為編寫腳本提供便利。

（4）TestCase：測試用例管理功能。

（5）Harness：提供多種測試用例的執(zhí)行方式，方便測試人員執(zhí)行腳本;還負(fù)責(zé)異常梳理和場景恢復(fù)。

3? ? 針對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具的自動化測試框架

3.1? ? 測試框架架構(gòu)

測試框架架構(gòu)如圖2所示，其中DataTool為被測體，測試框架包括：

（1）Log：提供日志功能，設(shè)置不同的日志級別，可以在案例執(zhí)行過程中寫入日志，方便定位問題。

（2）Harness：提供了測試案例的管理方式和執(zhí)行方式。

（3）TestCase：提供腳本編寫的模板，測試人員可以基于框架編寫測試腳本。

（4）Common：提供一些可重用功能，以簡化腳本編寫難度。

（5）Report：測試結(jié)束生成測試報告，提供簡潔明了的測試結(jié)果和測試日志。

（6）ExcelReader：針對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具開發(fā)的Excel讀取和修改模塊，用來讀取數(shù)據(jù)工具的輸入數(shù)據(jù)。

（7）BinaryReader：針對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具開發(fā)的二進(jìn)制文件讀取模塊，用來讀取和解析數(shù)據(jù)工具的輸出數(shù)據(jù)。

對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的測試流程為：測試腳本分別讀取輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，依據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行運算，然后將輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，記錄日志。

對于數(shù)據(jù)校驗的測試流程為：根據(jù)測試目的，修改輸入數(shù)據(jù)，運行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具讀取修改后的輸入數(shù)據(jù)，通過測試腳本讀取報警內(nèi)容，和期望結(jié)果進(jìn)行比對，記錄日志。

3.2? ? Log功能

Log功能提供如下接口：

（1）LogPass（string msg）：記錄測試通過。

（2）LogFail（string msg）：記錄測試失敗。

（3）LogInfo（InfoType iType，string msg）：記錄測試日志，其中日志類型分為Info、Error、Debug和Highlight四種類型，方便測試人員定位問題。

測試人員可以在編寫腳本時調(diào)用Log模塊記錄日志，還可以通過該模塊根據(jù)判據(jù)記錄測試結(jié)果。

3.3? ? Harness功能

Harness模塊提供了如下3個主要功能：

（1）測試腳本管理：該模塊提供了測試腳本的編寫模板，測試人員可以根據(jù)模板編寫腳本，如果有其他需求，該框架也可以很簡便地擴(kuò)展。

（2）測試腳本執(zhí)行：該模塊支持多種執(zhí)行方式，使用模塊提供的命令行，可以按照測試人員分類執(zhí)行，也可以按照測試類別分類執(zhí)行。

（3）測試場景恢復(fù)：測試框架還支持在腳本執(zhí)行前后進(jìn)行特定的場景恢復(fù)操作，保證腳本之間的獨立性。

3.4? ? TestCase功能

在該測試框架中，每個測試腳本均為一個命名唯一的函數(shù)，且都有唯一的屬性，Harness模塊會根據(jù)該屬性讀取并執(zhí)行測試腳本。這樣，測試人員只需要關(guān)注腳本編寫本身，極大地降低了對測試人員編碼水平的要求。

測試人員編寫腳本時可以根據(jù)測試目的調(diào)用Common和Log模塊提供的接口。

3.5? ? Common功能

Common模塊提供了一些可復(fù)用的功能，封裝成統(tǒng)一的接口，供測試腳本調(diào)用，降低了腳本編寫難度。主要功能包含：

（1）支持多種數(shù)據(jù)類型的結(jié)果比對，并生成日志;

（2）讀取二進(jìn)制文件，支持大小端，并且按照規(guī)定的格式解析二進(jìn)制文件;

（3）讀取XML文件;

（4）讀取和修改Excel文件，這樣，測試人員可以通過接口調(diào)用來修改Excel文件，而非人工操作，極大地提高了測試效率和測試準(zhǔn)確率。

3.6? ? Report功能

Report模塊提供了兩種形式的報告：txt格式和xml格式。

（1）txt格式的測試報告包含測試腳本執(zhí)行過程中生成的日志，如圖3所示。

（2）xml格式的測試報告提供了測試結(jié)果總結(jié)，如圖4所示，包含測試環(huán)境、測試時間、測試腳本名稱和測試結(jié)果，執(zhí)行失敗的腳本會高亮。測試報告的內(nèi)容和格式也可以根據(jù)測試需求進(jìn)行修改和擴(kuò)展。

4? ? 結(jié)語

數(shù)據(jù)工具自動化測試框架可以用于數(shù)據(jù)工具測試，作為框架，它的結(jié)構(gòu)是開放的，使用時可以根據(jù)測試的需要對其進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)，可靈活運用到各種項目中。在項目執(zhí)行過程中，通過使用該工具，可以極大地提高測試效率和測試準(zhǔn)確率，對測試人員的代碼水平也沒有太高的要求。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 2009—2012年中國城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃及行業(yè)設(shè)備報告[R].

[2] IEEE Standard for User Interface Requirements in Communications-Based Train Control （CBTC） Systems： 1474.2—2003[S]，2003.

[3] KELLY M.Choosing a test automation framework[EB/OL]. [2020-03-20].https：//www.ibm.com/developerworks/rational/library/591.html.

[4] NAGLE C.Test Automation Frameworks[EB/OL].[2020-03-

20].http：//safsdev.sourceforge.net/FRAMESDataDriven-TestAutomationFrameworks.htm.

收稿日期：2020-03-24

作者簡介：胡甜（1982—），女，湖北紅安人，博士，工程師，軟件測試主管，研究方向：嵌入式軟件白盒測試、軟件自動化測試。