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1、南京邮电大学 硕士学位论文 以MGCF开发为背景的软件自动生成与测试技术研究 姓名：吴云悰 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：孟旭东 2011-03 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘 要 I 摘摘 要要 随着通信行业的蓬勃发展，服务于各个层面的通信协议也被制定出来。对通信软件的 要求也越来越高。但在通信软件开发方法中，面临着诸多问题。诸如：协议实现和协议描 述的不一致性；编程人员编写错误；测试不充分等。 采用形式化方法对信息处理系统进行描述，有效地保证协议实现与协议规范的一致 性。协议测试集自动生成方法有效地简化了协议测试的工作，缩短了协议的开发时间。而 采用由 SDL 描
2、述的系统自动生成可执行代码，也可以有效地避免编程的错误。 论文以 IMS 的 MGCF 开发为背景，通过以“形式化的方法”开发其上的协议软件， 探索形式化工具在开发协议软件的建模、 仿真、 代码生成和代码测试的各环节的解决方案。 论文首先回顾了当前主要的形式化描述方法与测试集自动生成技术。然后进行了分析和研 究。总结出 SDL 与 C 混编，自动测试技术与人工测试并用的通信软件开发模式。最后采 用该开发模式开发了 MGCF 的部分功能模块，为相关的开发提供了有益的经验。 关键词关键词：SDL ， TTCN， MGCF， 软件自动生成， 软件测试 南京邮电大学硕士研究生学位论文 Abstract
3、 II Abstract With the rapid development of network technology, communications protocol which serves for different layers of network has been worked out.And the requirements of communications software are also increasing. However, there are many problems in communication software development methods,
4、 such as: the inconsistency of the protocol implementation and the protocol standard; programming errors; the test is not sufficient. Through the use of formal methods to describe the information processing system, the consistency of the protocol implementation and the protocol standard can be guara
5、nteed effective. The theory that the protocol testing set can automatically generate is greatly simplifies the working of protocol testing and shorten the development time of the protocol. And the programming errors also can be avoided by using automatic generation of software. In the background of
6、MGCF development, we study the solutions of Modeling, simulation, code generation and software testing in formal software development. In this thesis, the theory of communication software test and formal methods were introduced and analyzed.Then,the communication software development model is given:
7、 Using C in SDL; Automatic test technology and manual test technology are both used.Finally,the systems modeling of call session process in MGCF was carried on using SDL. And some positive experiences are given. Keywords：SDL， TTCN， MGCF， Automatic generation of software ，Software testing 南京邮电大学学位论文原
8、创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送 交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论 文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅
9、，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。 论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹）办理。 研究生签名：_ 日期：_ 研究生签名：_ 导师签名：_ 日期：_ 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 引言 1 第一章第一章 引言引言 1.1 论文研究背景论文研究背景及研究现状及研究现状 在通信软件的开发中，协议的消息和一般流程有明确的定义和语法格式。但是，当 我们采用自然语言描述协议的时候，就会给协议的实现带来了很多问题。如语义上的不确 定和二义性等。为了给协议设计提供坚实的基础，使用数学的方法不但能够提供无二义性 的描述， 而且能够对描述进行形式分析。 协议形式化是指使用形式描述
10、技术(FDT： Formal Description Technique)贯穿于协议开发的各个阶段， 使得协议的研究开发可以独立于非形式 的自然语言文本和最终实现代码，避免协议验证测试的复杂性。因此形式化方法在通信软 件的开发当中占有重要地位。形式化方法与协议开发应用的结合，始于 20 世纪 60 年代末 期，首先开展的是协议的各种形式化技术的研究工作，如有限状态机、Petri 网、形式语言 等，在此基础上，建立了协议的形式化描述语言，如 ESTELEL，SDL 等。 在信软件的开发中，另一个重要的问题是通信软件测试问题。目前软件的测试问题 已成为人们共同关注的焦点。实际上，对于软件来讲，不论
11、采用什么样的技术和方法，软 件中都会有故障存在。采用新的编程语言、先进的开发方式、完善的开发过程，可以减少 故障的引入，但是不可能完全杜绝软件中故障的存在。测试工作是重复繁杂的工作，计算 机比较适合代替人做这些重复的工作。因此对自动测试技术的研究是目前测试研究中的一 个主要的方向。 1.2 论文研究的工作及意义论文研究的工作及意义 在通信软件的开发和实现中，面临着诸多的问题。在实际应用中由于通信软件的缺陷 而造成通信系统故障并导致严重后果的事例屡见不鲜。因此对协议软件的自动生成方法以 及测试方法研究，是非常迫切的。也是解决通信软件质量问题的有效方法。 论文首先对当前主要形式化描述对各行了调研。
12、然后研究总结其在通信软件开发中的 作用。确定软件自动生成的方法：使用 SDL 与 C 混编的方法来描述协议，经仿真与测试 后，将其生成可执行的代码。 在测试技术方面，论文调研了目前主要的测试集自动生成方法。经过分析比较，采用 了测试集自动生成方法和人工编写测试例相结合的测试模式。测试集自动生成方法基于 SDL 和 MSC。测试语言采用 TTCN-3。 论文最后采用上述的软件自动生成与测试方法，开发了 MGCF 的部分模块，为相关的 开发提供了有益的经验。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章 引言 2 1.3 论论文的结构安排文的结构安排 结合研究生阶段参与交换系统设计及测试的经验，决定分为
13、以下二个阶段来展开研 究。 第一阶段，主要任务是调研。调研当前主要的协议描述和测试技术，对各种方法进行 了研究与总结。最终确定软件自动生成和测试的方法：使用 SDL 与 C 混编的方法来描述 协议，经仿真与测试后，将其生成可执行的代码。在开发过程中测试方法采用自动测试技 术与人工测试并用测试模式。测试方法基于 TTCN-3。 第二阶段，采用第一阶段中所描述的方法，来开发并实现 MGCF 的部分功能， 本文具体章节安排如下： 第一章：论文的绪论部分，介绍了论文的研究背景、研究的主要内容及论文的安排。 第二章：对当前主要的协议描述进行研究，确定采用 SDL 协议描述方法。 第三章：对通信系统的测试
14、理论与技术的阐述，给出了软件测试的基本方法，测试原 则。确定采用基于 TTCN-3 的测试方法 第四章： 采用 SDL 语言对基于某一场景下的 MGCF 系统进行建模， 并进行模拟仿真。 采用基于 TTCN 的测试方法对 SDL 描述的系统进行测试。测试通过后将其 生成可执行的代码。 第五章：MGCF 系统代码自动生成与测试。 第六章：总结与展望。对本文所做的工作进行总结，并指出了研究中存在的不足与下 一步的研究方向。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 通信软件的形式化描述与自动生成 3 第二章第二章 通信软件的通信软件的形式化形式化描述描述与与自动生成自动生成 2.1 通信软件开发通信
15、软件开发中面临的问题中面临的问题及解决方法及解决方法 在通信软件的开发中有诸多导致软件出错的因素，采用形式化方法来描述通信软件， 然后将其自动生成可执行的代码，可以有效地克服这些因素。 2.1.1 通信软件开发中面临的问题 在通信软件的研发中，导致软件出错的主要因素有如下： 1）交流错误或者交流不精确 程序设计人员与代码编写人员由于专业背景不同 等因素导致对通信协议理解不同。 2）软件的复杂性 现在的应用软件十分复杂，以至于在当前的软件开发环境下， 缺乏经验人不可能理解它。窗口类型的界面、客户/服务器和分布式的应用、数据通信、巨 大的关系数据库、以及应用软件规模庞大，所有这一切都造成软件/系统的复杂性呈指数型 的增长。除非进行仔细的设计，使用面向目标的技术会使得项目更加复杂而不是简单。 3）编程错误 程序员在编程是难免会犯错误。 4）需求改变 如果在项目中出现许多小的改变或一个大的改变，在项目各部分中 出现已知或未知的相关的问题，可能会相互影响并导致出现问题。而且，不断地变更也会 增加软件的复杂性，可能会导致错误的出现。 5）测试不充分 由于不能充分测试，软件中存在的缺陷不能被全部发现。 在软件开发过程中，尽管协议的消息和一般流程有明确的定义和语法格式。但是，很 多场合的语义仍然是用自然语言描述的。自然语言给协议的实现带来了很多问题，如语义 上的不确
