本發(fā)明涉及一種基于約束的預配置ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度數(shù)據(jù)生成方法，利用基于約束的方法為事先配置完畢的ima平臺網(wǎng)絡(luò)生成通信調(diào)度數(shù)據(jù)。

背景技術(shù)：

綜合模塊化航空電子(integratedmodularavionics,ima)系統(tǒng)架構(gòu)采用開放式體系架構(gòu)、統(tǒng)一的機載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)、i/o布局和綜合信息管理，能實現(xiàn)物理綜合和功能綜合，以及資源的高度共享?，F(xiàn)役民用飛機中，使用ima系統(tǒng)的主要有b777、b787和空客a380，未來使用ima系統(tǒng)將是民用飛機的發(fā)展趨勢。為保障民用飛機的安全運行，必須針對整個ima系統(tǒng)進行測試，確保該系統(tǒng)的功能、性能滿足適航要求。針對ima系統(tǒng)的測試包括硬件測試、軟件測試以及集成測試，其中ima系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成測試，主要是通過對ima平臺網(wǎng)絡(luò)的通信流進行測試來實現(xiàn)，如果在測試平臺已經(jīng)配置完畢的情況下對ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信流進行測試，可通過開發(fā)測試應(yīng)用、測試規(guī)范(包括控制規(guī)范和評估規(guī)范)來實現(xiàn)。首先，生成離線測試數(shù)據(jù)，測試應(yīng)用和測試規(guī)范主要用于理解并執(zhí)行所生成的離線測試數(shù)據(jù)，即通信調(diào)度數(shù)據(jù)。因此，離線通信調(diào)度數(shù)據(jù)的生成是ima平臺網(wǎng)絡(luò)集成測試的重要基礎(chǔ)，為ima系統(tǒng)集成測試提供了重要的理論和數(shù)據(jù)支持。

目前，測試數(shù)據(jù)的生成方法主要分為兩大類，即手動生成和自動生成方法。由于現(xiàn)代民用飛機航電系統(tǒng)具有高度的物理綜合、功能綜合以及資源共享，因此，依照手動生成該復雜系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)是不現(xiàn)實的。關(guān)于測試數(shù)據(jù)自動生成方法已有一些研究成果，主要有基于搜索的測試數(shù)據(jù)自動生成架構(gòu)用于解決安全關(guān)鍵性等級軟件系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)生成[1]、基于模型檢查自動生成測試用例的方法[2]、基于啟發(fā)式搜索的測試數(shù)據(jù)自動生成算法[3]以及改進的邊界測試數(shù)據(jù)選取算法[4]等。而國內(nèi)關(guān)于ima系統(tǒng)通信調(diào)度數(shù)據(jù)自動生成算法的研究比較少，僅有中國民航大學的孫毅剛教授課題組提出的基于遞歸算法的通信調(diào)度數(shù)據(jù)自動生成算法[5]。

[1]nigeljamestracey.asearch-basedautomatedtest-datagenerationframeworkforsafety-criticalsoftware[d].toronto:universityofyork,september2000.

[2]曹爽.航空軟件測試用例自動生成方法研究[d].南京：南京航空航天大學，2010。

[3]劉嘉玥.基于啟發(fā)式搜索的軟件測試數(shù)據(jù)的自動生成[d].天津：天津大學，2012。

[4]毛穎.測試用例自動生成系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[d].成都：電子科技大學，2007。

[5]李浩.ima平臺網(wǎng)絡(luò)的通信調(diào)度數(shù)據(jù)自動生成方法研究[d]，天津：中國民航大學，2016。

由測試原理可知，如何自動生成充分的、有效的、可行的通信調(diào)度數(shù)據(jù)對最終的ima平臺網(wǎng)絡(luò)集成測試具有非常重要的影響，同時，為了提高測試效率應(yīng)在保障測試效果的基礎(chǔ)上盡可能縮小通信調(diào)度測試數(shù)據(jù)集，提高測試效率?，F(xiàn)有通信調(diào)度數(shù)據(jù)自動生成方法并沒有給出如何縮小通信調(diào)度數(shù)據(jù)的數(shù)學描述，可能導致生成的測試數(shù)據(jù)不足以完全代表一類測試狀態(tài)，進而影響測試效果的完備性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于定義一種具有嚴謹數(shù)學描述的約束函數(shù)，提出一種基于約束的通信調(diào)度數(shù)據(jù)自動生成方法，為預配置完畢的ima平臺網(wǎng)絡(luò)生成充分的、具有代表性的測試數(shù)據(jù)集，提高ima平臺網(wǎng)絡(luò)集成測試效率，保障測試效果的精確性以及完備性。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：基于約束的預配置ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度數(shù)據(jù)生成方法，利用基于約束的方法為事先配置完畢的ima平臺網(wǎng)絡(luò)生成通信調(diào)度數(shù)據(jù)，其特征在于，包括下列步驟：

(1)首先，從ima平臺網(wǎng)絡(luò)獲取網(wǎng)絡(luò)配置信息和網(wǎng)絡(luò)特性信息，其中，網(wǎng)絡(luò)配置信息包括ima平臺網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的模塊、分區(qū)、端口、端口類型、端口連接形式、主時間框架、隊列長度、調(diào)度方式，網(wǎng)絡(luò)特性信息包括最差情況下的硬件延時、最差情況下的軟件延時，并根據(jù)這些信息，初始化時間戳ts＝0；

(2)當時間戳ts從0不斷增加到設(shè)定長度ls(ls＞0)的過程時，在當前時間戳ts＝k處，不考慮通信調(diào)度行為是否合理，生成各個端口上的通信調(diào)度行為數(shù)據(jù)，保證在每個時間戳處所生成的通信調(diào)度數(shù)據(jù)集的完整性；

(3)在當前時間戳ts＝k處，采用具有解析形式表述的約束函數(shù)將上述完整的通信調(diào)度行為數(shù)據(jù)集中不合理的數(shù)據(jù)刪除，其中，約束函數(shù)分為2類，即采樣端口約束和隊列端口約束，具體表述如下：

采樣端口約束：

約束1：存在一個從采樣端口讀取數(shù)據(jù)的通信行為read_port，而相應(yīng)通信鏈路上沒有write_port，此時傳輸信息將被覆蓋，該約束可表示為：

其中，表示時間戳為k-1時的通信行為數(shù)量；piajsm表示模塊pi上的分區(qū)aj內(nèi)的第m個采樣端口；pkafs'm表示模塊pk上的分區(qū)af內(nèi)的與piajsm相連的采樣端口；w(·)和r(·)分別表示write_port和read_port通信行為；

約束2：存在一個從采樣端口讀取數(shù)據(jù)的通信行為read_port，而相應(yīng)通信鏈路上沒有write_port或者時間間隔不足以完成信息傳輸，該約束可表示為：

其中，ti表示當前通信調(diào)度行為與之前通信調(diào)度行為之間的時間間隔；wcsl(·)表示最差情況下的端口軟件延時；wct表示最差情況下的網(wǎng)絡(luò)傳輸延時；wchl表示最差情況下的硬件延時；

隊列端口約束：

約束3：存在一個向隊列端口寫數(shù)據(jù)的通信行為write_port，而write_port行為數(shù)量已達到最大隊列長度，該約束可表示為：

其中，piajqm表示模塊pi上的分區(qū)aj內(nèi)的第m個隊列端口；pkafq'm表示模塊pk上的分區(qū)af內(nèi)的與piajsm相連的采樣端口；max_ql表示最大隊列長度；

約束4：存在一個從隊列端口讀取數(shù)據(jù)的通信行為read_port，而相應(yīng)端口沒有更多的write_port行為，或者write_port行為時間短于消息傳輸時間，該約束可表示為：

(4)令ts＝k+1，隨著時間戳的增加，重復(2)、(3)，擴展前一時間戳中獲得的通信調(diào)度數(shù)據(jù)集，最終獲取設(shè)定長度ls下的通信調(diào)度數(shù)據(jù)集；

相比于無約束的情況，通過基于約束的預配置ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度數(shù)據(jù)生成方法可以大大減小所生成的通信調(diào)度數(shù)據(jù)量，提高ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度測試效率。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)定義了ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度數(shù)據(jù)自動生成過程中約束的解析表達形式。

(2)為ima平臺網(wǎng)絡(luò)生成有效、可行、完備的通信調(diào)度流數(shù)據(jù)。

(3)本發(fā)明的ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度測試數(shù)據(jù)自動生成算法為國內(nèi)在ima系統(tǒng)測試方面的有益探討，對于民用飛機航電系統(tǒng)自主設(shè)計、開發(fā)、測試驗證具有重要意義。

(4)利用已經(jīng)配置完畢的ima平臺網(wǎng)絡(luò)作為研究對象，采用基于約束的方法生成通信調(diào)度數(shù)據(jù)，可以有效減少通信調(diào)度測試數(shù)據(jù)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明預配置ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度數(shù)據(jù)生成方法流程圖；

圖2為本發(fā)明ima平臺網(wǎng)絡(luò)連接框圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，一種基于約束的預配置ima平臺網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)度數(shù)據(jù)生成方法，利用已經(jīng)配置完畢的ima平臺網(wǎng)絡(luò)作為研究對象，采用基于約束的方法生成通信調(diào)度數(shù)據(jù)，包括下列步驟：

(1)首先，從ima平臺網(wǎng)絡(luò)獲取網(wǎng)絡(luò)配置信息和網(wǎng)絡(luò)特性信息，其中，網(wǎng)絡(luò)配置信息包括ima平臺網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的模塊、分區(qū)、端口、端口類型、端口連接形式、主時間框架、隊列長度、調(diào)度方式等，網(wǎng)絡(luò)特性信息包括最差情況下的硬件延時、最差情況下的軟件延時等，并根據(jù)這些信息，初始化時間戳ts＝0。

(2)當時間戳ts從0不斷增加到設(shè)定長度ls(ls＞0)的過程時，在當前時間戳ts＝k處，不考慮通信調(diào)度行為是否合理，生成各個端口上的通信調(diào)度行為數(shù)據(jù)，保證在每個時間戳處所生成的通信調(diào)度數(shù)據(jù)集的完整性。

(3)在當前時間戳ts＝k處，采用具有解析形式表述的約束函數(shù)將上述完整的通信調(diào)度行為數(shù)據(jù)集中不合理的數(shù)據(jù)刪除，其中，約束函數(shù)分為2類，即采樣端口約束和隊列端口約束，具體表述如下：

采樣端口約束：

約束1：存在一個從采樣端口讀取數(shù)據(jù)的通信行為read_port，而相應(yīng)通信鏈路上沒有write_port，此時傳輸信息將被覆蓋，該約束可表示為：

其中，表示時間戳為k-1時的通信行為數(shù)量；piajsm表示模塊pi上的分區(qū)aj內(nèi)的第m個采樣端口；pkafs'm表示模塊pk上的分區(qū)af內(nèi)的與piajsm相連的采樣端口；w(·)和r(·)分別表示write_port和read_port通信行為。

約束2：存在一個從采樣端口讀取數(shù)據(jù)的通信行為read_port，而相應(yīng)通信鏈路上沒有write_port或者時間間隔不足以完成信息傳輸，該約束可表示為：

其中，ti表示當前通信調(diào)度行為與之前通信調(diào)度行為之間的時間間隔；wcsl(·)表示最差情況下的端口軟件延時；wct表示最差情況下的網(wǎng)絡(luò)傳輸延時；wchl表示最差情況下的硬件延時。

隊列端口約束：

約束3：存在一個向隊列端口寫數(shù)據(jù)的通信行為write_port，而write_port行為數(shù)量已達到最大隊列長度，該約束可表示為：

其中，piajqm表示模塊pi上的分區(qū)aj內(nèi)的第m個隊列端口；pkafq'm表示模塊pk上的分區(qū)af內(nèi)的與piajsm相連的采樣端口；max_ql表示最大隊列長度。

約束4：存在一個從隊列端口讀取數(shù)據(jù)的通信行為read_port，而相應(yīng)端口沒有更多的write_port行為，或者write_port行為時間短于消息傳輸時間，該約束可表示為：

(4)令ts＝k+1，隨著時間戳的增加，重復(2)、(3)，擴展前一時間戳中獲得的通信調(diào)度數(shù)據(jù)集，最終獲取設(shè)定長度ls下的通信調(diào)度數(shù)據(jù)集。

假設(shè)有圖2所示的ima平臺網(wǎng)絡(luò)，其由相互獨立的兩個ima模塊組成，其中，模塊a中配置有兩個分區(qū)，即分區(qū)a1、a2，每個分區(qū)均包含有兩個端口，兩個端口的類型分別為采樣(sp)和隊列(qp)兩種模式，分區(qū)a1、a2內(nèi)端口的連接方式屬于跨模塊的分區(qū)間通信。模塊b有2個分區(qū)b1、b2，b1、b2上各有兩個端口，類型分別為采樣(sp)和隊列(qp)兩種模式，分區(qū)b1、b2內(nèi)端口的連接方式屬于跨模塊的分區(qū)間通信。如表1所示，該ima平臺網(wǎng)絡(luò)配置信息如下：包含兩個模塊a、b，其中模塊a有分區(qū)a1、a2，主時間框架為4個時間片，p1端口為隊列端口，p2端口為采樣端口，分區(qū)a1、a2的激活順序是按照時間輪詢的方式(先a1后a2)，分區(qū)a1、a2的調(diào)度時間均為2個時間片；模塊b有2個分區(qū)b1、b2，主時間框架為4個時間片，b1p1、b2p2為隊列端口，b1p2、b2p1為采樣端口，分區(qū)b1、b2的激活順序是按照時間輪詢的方式(先b1后b2)，分區(qū)b1、b2的調(diào)度時間均為2個時間片。表1第2列給出了ima平臺網(wǎng)絡(luò)性能信息，即各個分區(qū)上的端口的最差軟件延時、最差硬件延時，對應(yīng)端口連接的傳輸延時，單位為時間片。

為了驗證本發(fā)明的效益，針對圖2所示的ima平臺網(wǎng)絡(luò)和表1所示的配置及特性信息，本發(fā)明自動生成了相應(yīng)的通信調(diào)度數(shù)據(jù)集，由于篇幅所限，僅給出表2所示的通信調(diào)度數(shù)據(jù)(時間戳長度為3)，表2給出的通信調(diào)度行為是只考慮各模塊的處理器一直處于工作狀態(tài)，即沒有考慮處理器空閑時間，剔除掉處理器空閑時間所得的結(jié)果。

表1ima平臺示例網(wǎng)絡(luò)的信息

表2當sc0＝w(a1p1)時生成的通信調(diào)度數(shù)據(jù)

表3有無約束情況下的通信調(diào)度數(shù)據(jù)量的比較

為了驗證本發(fā)明的效果，表3給出了在不同時間戳長度下的通信調(diào)度數(shù)據(jù)量。由表3可知，在不同時間戳長度ls下，有約束時所生成的通信調(diào)度數(shù)量大大少于無約束時，并且當時間戳長度較長時，該優(yōu)勢更加顯著。