基于混合模型对信息物理系统进行测试用例生成与测试预言支持

信息物理系统（CPSs）在医疗设备、自动驾驶车辆和智能家庭等广泛自主物理系统的行为中扮演核心角色，其中许多为安全关键系统。CPSs 常被迭代地规定为不同层次的模型序列，可在开发周期早期通过仿真系统测试。其中一种模型是混合自动机；它们频繁用于 CPS 应用，并具有封装连续与离散 CPS 行为的优势。在测试 CPSs 时，工程师可利用这些模型生成针对这两类行为的测试用例。此外，由于这些模型在 CPSs 开发过程早期构建，它们使得测试用例能在早期生成，甚至在 CPSs 的仿真模型设计之前。测试 CPSs 的一个挑战是，这些系统即使在相同应用的测试场景下也可能表现不同。在此类情况下，我们不能采用使用预定确定性行为的测试预言；相反，测试预言应考虑期望行为的集合以判定 CPS 是否恰当行为。本文提出一种测试用例生成技术 HYTEST，其基于混合模型生成测试用例，并配备恰当的测试预言，用于在 CPSs 开发早期进行测试。为评估 HYTEST 的有效性与效率，我们开展了实证研究，将该技术应用于若干 CPSs 并度量其检测这些 CPSs 中故障的能力及执行测试过程所需时间。研究结果表明，HYTEST 比我们所比较的基线技术能更有效且高效地检测故障。