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动态故障树分析在测试用例设计中的应用 杨春晖刘梦朗 工业和信息化部电子五所软件质量工程研究中心 摘 要 在分析装备外场使用相关故障信息的基础上，提出了一种基于动态故障树分析方法的测试用例设 计方案，将故障树分析技术用于指导软件测试用例设计，并给出了相关分析方法和步骤，最后通过实例分 析，证明这种方法的可行性。 关键词 外场故障动态故障树测试用例 1．引言 软件开发过程中，测试工作是必不可少的一步，软件测试工作决定着软件产品质量的好坏。测试用例 的设计和编制是软件测试活动中最重要的环节之一。测试用例设计的标准是能够暴露应用软件中隐藏的缺 陷，所以在设计选择测试用例时要考虑那些易于发现缺陷的数据，在所有可能的输入条件和输出条件中确 定测试用例，用以暴露更多的软件故障。本文利用外场装备使用获得的故障信息数据，采用动态故障树分 析方法，指导软件测试用例的设计，希望通过针对特定故障信息的测试用例，在花费较少工作量的情况下 暴露大量的故障，达到发现软件缺陷的目的。 2．针对故障信息的测试用例设计流程 参考一般软件测试用例设计流程和方法，针对故障信息的测试用例设计过程如图l所示。统计外场使 用装备出现的故障模式和类别，对已掌握的故障信息进行汇总、整理和分类，先将对应的故障信息向上追 溯到对应的用户使用操作层面，再分析用户使用操作及故障之间的关联性，综合相关环境及数据范围，利 用用户使用操作及相关性影响分析的成果，形成针对外场故障设计的典型测试用例。 外场装备使用 故障信息 图l 潮试用饲设计漉程 针对故障信息的测试用例设计由以下步骤构成： 151 (1)软件故障分析：针对故障信息的测试用例数据关键是激活被测系统的故障模式，分析软件系统对 故障模式的行为反应，；通过软件故障分析，可以获得软件故障模式集合，从而为软件故障测试用例设计 提供了依据； (2)分析用户使用操作及故障之间的关联性：用户操作剖面是定量描述用户实际使用软件方式的有力 工具，是软件使用状况的真实反应；分析用户操作剖面与外场故障之间的关联性，是实现测试用例设计的 关键步骤，也是针对故障信息的测试用例的最主要特征； (3)测试用例生成：以用户操作剖面为基础，结合软件故障模式集合和软件测试用例生成策略，运用 测试用例生成方法生成测试用例。 3．动态故障树分析技术 3．1动态故障树基本理论 故障树分析方法是可靠性分析和故障诊断的传统技术工具。它是一种图形演绎方法，用特殊的倒立树 状逻辑因果关系图，清晰地说明系统是怎样失效的。 软件的故障树是将风险事件通过各种逻辑关系顺序组合的图示模型。描述事件之间因果关系的逻辑符 号称为逻辑门，例如， “与门”、“或门”、“表决门”、“非门”等。为与后面的动态逻辑门相区别，称 这种逻辑门为静态逻辑门。与此相对应的能表征事件发生顺序关系的逻辑门，即动态逻辑门，主要有：功 能相关门(FDEP)、优先与门(PAND)、顺序相关门(SEQ)等。 静态故障树是指仅包含静态故障逻辑门的故障树。动态故障树是指那些至少包含一个专用动态逻辑门 的故障树。它把传统的故障树分析扩大到动态系统性能，是静态故障树的一种扩展，具有顺序相关性、公 用资源库、各种可修复系统以及冷、热备件等特性。 3．2动态逻辑门 传统的故障树模型涉及到的逻辑门包括“与门”、“或门”、“表决门”、“非门”等。为了使故障树 模型更好地处理与现今计算机应用系统有关的复杂特性，引入几种常用的典型动态逻辑门。 (1)优先与门(PAND) 在软件故障分析中，系统的故障模式不仅与基本事件的组合有关，而且与基本事件发生的先后顺序有 关。这种特性可用‘优先与门’来表征。 ‘优先与门’在逻辑上相当于‘与门’。只是附加了一个条件：事 件必须以指定的顺序发生。如图2所示，右侧是其向马尔可夫链转化的结果，其中状态的第一个数字表示 A的状态(0表示正常，l表示故障)，第二个数字表示B的状态，转移上的符号表示该部件故障。 图2优先与门