面向信息物理系统的数据驱动变异分析

信息物理系统（CPS）通常由大量集成的异构组件组成；因此，其大多数关键故障都与这些组件的互操作性有关。不幸的是，大多数 CPS 测试自动化技术尚处于初级阶段，工业界仍然严重依赖手动测试。面对可能不完整的手动生成的测试套件，评估其质量至关重要。尽管变异分析已被证明在某些特定背景下是评估测试套件质量的有效手段，但我们缺乏针对 CPS 的方法。实际上，现有方法不以互操作性问题为目标，并且无法在存在黑盒或模拟组件的情况下执行，而这正是 CPS 的典型情况。在本文中，我们引入了数据驱动变异分析，该方法通过验证测试套件是否检测到通过变异软件组件交换的数据来模拟的互操作性故障，从而评估测试套件质量。为此，我们描述了一种数据驱动变异分析技术（DaMAT），该技术自动更改通过数据缓冲区交换的数据。我们的技术由表格形式的故障模型驱动，工程师在其中通过选择和配置一组变异算子来指定如何变异数据项。我们已在航天领域的 CPS 上评估了 DaMAT；具体而言，是去年发射入轨的微卫星和纳卫星软件系统的测试套件。我们的结果表明，该方法能有效检测测试套件的缺陷，不受等价和冗余变异体的影响，并且成本可接受。