基于DEVS建模仿真的数据链自动测试方法研究

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数据链系统是一种军事信息系统,与传统军事信息系统相比,其具有更好的互操作性,从而促进各系统单元进行任务功能协作。而数据链系统自动测试一直是一个亟需解决、值得探索的课题。在过去的研究中,测试用例生成需要测试人员对自然语言形式的消息标准进行标记以建立形式化模型,并且需要测试人员根据模型建立测试模型以及测试环境。这样的测试方式需要消耗大量时间与人力,且对测试人员的经验要求过高,最终导致漏检率高。另外,过去的研究缺少对系统暴露的问题进行复现、诊断和定位的能力,且没有量化测试模型性能的标准,在交付实用之前无法全面、准确地评定测试模型性能,如果在实战演练中进行测试系统试验,则代价高、效率低,最终导致交付后测试系统效果不佳。针对以上不足,本文基于建模与仿真方法,对数据链系统测试用例生成过程中消息标准形式化、测试模型生成以及测试环境生成三个任务进行研究与尝试。并针对任务中数据链消息标准复杂、测试模型扩展性不足、系统成员要素多样异构等问题进行解决。实验证明,本文提出的方法可以对目标数据链系统进行建模、仿真、测试以及诊断,提高测试系统智能化、测试过程自动化程度。本文主要贡献如下:(1)针对消息标准专用复杂,难以建立形式化模型问题,本文提出一种基于语义关系和状态依赖的消息标准自动建模方法。该方法利用神经网络,自动抽取消息标准中代表行为状态的语义关系,并利用行为状态变量,自动进行状态依赖分析。最终利用语义关系抽取与状态依赖分析的结果生成消息标准形式化模型。(2)针对测试模型扩展性不足,性能指标无法量化问题,本文提出一种基于系统行为状态的测试模型自动生成方法。该方法针对被测系统最小可测试行为进行镜像、拼接操作,以自动生成测试模型。该方法可以为任意单一被测系统生成测试模型。另外,本文基于系统行为状态,提出故障诊断模型,用于进行系统故障诊断、定位和分析,并将其用于评定测试模型性能。(3)针对数据链系统成员多样异构,系统环境难以适配问题,本文提出一种基于模型/视图/仿真器(Model/View/Simulator,MVS)组件设计理念,结合离散事件系统(Discrete Event System,DEVS)建模范式的测试环境自动生成框架,也即测试执行器架构。测试执行器可以自适应被测数据链系统环境,自动构建测试环境,生成并执行测试用例。综上所述,本文针对数据链系统测试用例生成过程中亟需解决的三个任务与问题进行研究与尝试,并提出了对应的解决方法。同时,本文基于这些方法,结合ADEVS(A Discrete Event System Simulator)仿真框架,建立了数据链自动测试系统,该系统现已成功应用于中电集团某重点实验室的数据链测试平台,用于测试真实数据链终端设备。该系统可以自动进行消息标准智能分析、系统故障诊断定位,降低测试成本,提高测试效率,该系统也可用于后续数据链相关研究,比如数据链协议脆弱性智能分析等。因此本文研究内容在方法创新和实际应用中都有重要意义,在我国全面推进国防和军队现代化建设的进程中,为军事信息系统研究领域的发展略尽绵薄之力。
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