運(yùn)用在嵌入式智能設(shè)備的測試中的Agent技術(shù)

1 前言

智能軟件Agent是能夠?yàn)橛脩魣?zhí)行特定的任務(wù)、具有一定程度的智能、能夠自主的執(zhí)行部分任務(wù)并以一種合適的方式和環(huán)境相互作用的軟件程序。Agent 有自主性、響應(yīng)性、學(xué)習(xí)能力和社會(huì)性等特性。這使得它適合在高度動(dòng)態(tài)的環(huán)境下做出及時(shí)的響應(yīng)。

嵌入式技術(shù)和新一代移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得嵌入式智能設(shè)備大量的涌現(xiàn)。這些設(shè)備的大都具有嵌入式操作系統(tǒng)的支持, 并運(yùn)行著越來越豐富的應(yīng)用程序。如何對這些應(yīng)用程序進(jìn)行測試，就成為一個(gè)需要研究的課題。本文將Agent技術(shù)引入嵌入式智能設(shè)備的測試中，使用目標(biāo)設(shè)備Agent, 測試控制Agent, 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境Agent分別模擬和處理測試設(shè)備，測試工程師和測試環(huán)境的復(fù)雜性，利用Agent自身具有的特點(diǎn)，提出了一種有效的自動(dòng)化測試的方法。

2 相關(guān)的研究及本文的思路

Agent 所具有的自主性、響應(yīng)性、學(xué)習(xí)能力和社會(huì)性等特性，使得它很適合處理復(fù)雜測試系統(tǒng)中的問題。將Agent技術(shù)應(yīng)用于測試領(lǐng)域已經(jīng)有一些相關(guān)的研究，下面是具體的介紹。

Jeongeun Choi 和 Byoungju Choi [1]提出了一個(gè)基于Agent技術(shù)的測試工具，它通過使用用戶接口Agent來處理和測試者的交互，使用測試用例選擇Agent來進(jìn)行測試用例的選擇，并使用回歸測試Agent進(jìn)行回歸測試，從而很好的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的軟件測試。但是他們提出的測試用例選擇技術(shù)僅能在大量已有的測試用例中選擇最佳的用例，不能減少編寫測試用例本身的復(fù)雜性。

另外一些研究將Agent 技術(shù)應(yīng)用到了某一領(lǐng)域的測試中。Yu Qi、 David Hung 和 Eric Wong [3] 提出了一個(gè)基于Agent 技術(shù)的Web 應(yīng)用程序測試方法。他們使用Agent技術(shù)降低了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用測試的復(fù)雜性。他們的方法不僅僅適用于Web應(yīng)用程序的測試，也適合于嵌入式智能設(shè)備的測試。

在實(shí)際測試過程中，測試人員很大的一項(xiàng)任務(wù)仍然是編寫各種測試用例，要真正的提高測試效率，就要提高測試腳本的通用性，減少測試腳本的變化[2] [4]。常見的嵌入式智能設(shè)備測試工具(比如TestQuest)使用圖像比對來判斷目標(biāo)設(shè)備的狀態(tài), 這種方法雖然實(shí)現(xiàn)了非侵入性的測試,但是存在兩個(gè)問題:

圖片的抓取和傳送消耗了大量測試資源.

不同手機(jī)的用戶界面風(fēng)格變化很大,這使得測試腳本在用來進(jìn)行新設(shè)備的測試時(shí)需要對腳本進(jìn)行維護(hù).

然而,實(shí)際的設(shè)備中,當(dāng)重要的事件發(fā)生時(shí),系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生敏感事件來激勵(lì)相關(guān)模塊進(jìn)行處理.如果能夠在測試過程中捕獲這些敏感事件,就能更加高效的進(jìn)行測試. 并且,只要操作系統(tǒng)相同,敏感事件的捕獲方式也是一樣,測試用例不會(huì)因?yàn)榻缑娴淖兓兓?。本文用目?biāo)設(shè)備Agent抽象和捕獲測試過程中的敏感事件，并將敏感事件發(fā)送給測試控制Agent。而測試控制Agent收到敏感事件后，根據(jù)自己的知識(shí)，采取相應(yīng)的動(dòng)作的機(jī)制（如異常處理，重新調(diào)度測試等）加以處理。這正好可以作為Agent的推理規(guī)則，用Agent的智能性來屏蔽測試過程的復(fù)雜性。此外，考慮到目標(biāo)設(shè)備處于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，我們利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境Agent來控制目標(biāo)設(shè)備所處的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備所處網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的控制。

3 基于Agent的測試系統(tǒng)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

測試系統(tǒng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)移動(dòng)數(shù)字終端的自動(dòng)化測試平臺(tái)，能夠?qū)σ苿?dòng)數(shù)字終端上的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用層軟件建立模塊化、可重用的測試腳本庫，提高各種黑盒測試的效率，自動(dòng)化測試結(jié)果的生成，并實(shí)現(xiàn)測試結(jié)果的回放。

圖1. 測試系統(tǒng)的整體架構(gòu)

如圖1所示，測試平臺(tái)分為四層，包括用戶接口層，測試控制層，通訊層和設(shè)備Agent層。 其中，過程監(jiān)控模塊，測試環(huán)境控制模塊和設(shè)備Agent層采用Agent的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更好的支持嵌入式設(shè)備的測試。

3.2 系統(tǒng)基本執(zhí)行流程

測試過程是對真實(shí)用戶使用手機(jī)時(shí)“輸入－反饋”模型的一個(gè)模擬。

系統(tǒng)的基本的使用用例如下，首先用戶通過腳本編輯器或者虛擬手機(jī)創(chuàng)建測試腳本并進(jìn)行基本的配置，然后過程監(jiān)控模塊調(diào)度腳本開始執(zhí)行，當(dāng)腳本解釋器解釋執(zhí)行腳本語句時(shí)，腳本解釋器通常使用通訊模塊向手機(jī)發(fā)送模擬按鍵，然腳本解釋器進(jìn)入等待狀態(tài)，目標(biāo)設(shè)備Agent從通訊模塊得到按鍵，執(zhí)行按鍵動(dòng)作，截取屏幕并返回給測試控制Agent，或者如果手機(jī)有敏感世事件的發(fā)生（如來電，短信，異常等）也會(huì)反饋給測試控制Agent，測試控制Agent接到數(shù)據(jù)，再次激勵(lì)腳本運(yùn)行，并同時(shí)將測試結(jié)果輸入存入測試資源庫。腳本繼續(xù)運(yùn)行下面的語句，直到運(yùn)行結(jié)束。

3.3 目標(biāo)設(shè)備Agent

目標(biāo)設(shè)備Agent駐留在被測試的智能設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)設(shè)備的建模。本系統(tǒng)中它接收從PC機(jī)中接收到的控制命令，然后在智能設(shè)備中進(jìn)行相應(yīng)的操作，包括模擬鍵盤事件，截取屏幕并返回給PC，以及根據(jù)知識(shí)庫中的配置的測試目標(biāo)，通過推理，有所選擇的將必需的狀態(tài)信息主動(dòng)通知測試宿主機(jī)。

3.3.1 設(shè)備Agent 依賴的決策規(guī)則

系統(tǒng)事件報(bào)告決策規(guī)則（SERD-RULE）

這個(gè)決策規(guī)則決定設(shè)備Agent在獲取到狀態(tài)信息時(shí)，是否將狀態(tài)信息反饋給上層系統(tǒng)。

異常處理規(guī)則（EM-RULE）

這個(gè)決策規(guī)則決定了當(dāng)Agent發(fā)現(xiàn)測試中出現(xiàn)異常，要采取的處理方式。

3.3.2 Agent 屬性

目標(biāo)設(shè)備Agent具有下面的屬性。

自主性

目標(biāo)設(shè)備Agent使得測試用戶無需關(guān)注設(shè)備的細(xì)節(jié)，它是設(shè)備功能和狀態(tài)的一個(gè)很好的抽象，通過目標(biāo)代理Agent，上層測試框架只需要執(zhí)行相應(yīng)的虛擬操作，則目標(biāo)設(shè)備Agent會(huì)自動(dòng)將這些虛擬操作映射為對手機(jī)的實(shí)際操作，并且手機(jī)的響應(yīng)和其它狀態(tài)也能夠自動(dòng)的反饋給客戶，這使得上層測試和底層的設(shè)備具體操作無關(guān)。

智能性

當(dāng)目標(biāo)設(shè)備Agent獲取到一個(gè)變化的被測系統(tǒng)狀態(tài)或信息時(shí)，它會(huì)根據(jù)推理規(guī)則，僅僅把和本次目標(biāo)相關(guān)的信息發(fā)送給測試控制Agent。目標(biāo)設(shè)備Agent還能夠根據(jù)異常處理規(guī)則，合理的處理測試中出現(xiàn)的異常。

3.4 測試控制 Agent

測試控制Agent 實(shí)現(xiàn)了對測試過程的建模。它主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo)：

在測試過程中，對測試人員感興趣的事件進(jìn)行捕獲，當(dāng)這些敏感事件發(fā)生后，系統(tǒng)立刻執(zhí)行預(yù)定義的動(dòng)作，并為測試提供準(zhǔn)確和詳盡的日志。

通過和腳本解釋器交互，實(shí)現(xiàn)異步的事件通知和交互測試用例的執(zhí)行。

處理測試過程中的異常，使得測試過程可以自我修復(fù)，進(jìn)而多個(gè)腳本能夠按照預(yù)先的調(diào)度正常運(yùn)行。

3.4.1 測試控制Agent的決策規(guī)則

事件－條件－行動(dòng)規(guī)則（ECA－RULE）

這是測試控制Agent所依據(jù)的核心規(guī)則，它定義了某個(gè)測試所關(guān)心的事件，并根據(jù)比對條件，采取相應(yīng)的動(dòng)作。

異常處理規(guī)則（EM-RULE）

測試控制Agent也遵守異常處理規(guī)則，它能夠檢測測試過程中發(fā)生的異常事件，并執(zhí)行相應(yīng)的解決方案，使得測試能夠順利的進(jìn)行。

3.4.2 測試控制Agent 的屬性

1>自主性

自主性使得測試人員無需過分關(guān)注測試的細(xì)節(jié)，測試人員僅僅需要選擇測試目標(biāo)，測試控制Agent就能根據(jù)知識(shí)庫中的信息，自動(dòng)生成ECA規(guī)則表，并在腳本運(yùn)行時(shí)，按照ECA規(guī)則，捕捉敏感的事件并執(zhí)行相應(yīng)的操作。

2>智能性

測試控制Agent能夠根據(jù)用戶選擇的測試目標(biāo)，自動(dòng)生成ECA規(guī)則表，并根據(jù)ECA規(guī)則，進(jìn)行推理并采取相應(yīng)的動(dòng)作。測試控制Agent還能根據(jù)異常處理規(guī)則來處理測試過程中發(fā)身的異常，保障測試過程的自動(dòng)，平穩(wěn)進(jìn)行。

3.5 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境Agent

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境Agent 實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模擬和控制。為了測試手機(jī)的射頻性能，通常使用基站模擬系統(tǒng)來提供設(shè)備所處的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且利用編程接口，通過軟件對設(shè)備的環(huán)境進(jìn)行控制，使得復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對目標(biāo)設(shè)備的測試成為可能。

4 系統(tǒng)評估

為了評價(jià)本系統(tǒng)的有效性，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)比較實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)在信息產(chǎn)業(yè)部泰爾實(shí)驗(yàn)室真實(shí)的測試項(xiàng)目中進(jìn)行。我們將測試工程師分為兩組，第一組使用本文的系統(tǒng)MobileTest進(jìn)行測試，第二組使用業(yè)界著名的TestQuest Pro 進(jìn)行測試。測試的依據(jù)是中國通訊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字移動(dòng)臺(tái)測試部分。測試的內(nèi)容是根據(jù)這兩個(gè)系統(tǒng)各自已經(jīng)建立好的回歸測試用例對新的智能手機(jī)進(jìn)行回歸測試，從而比較這兩個(gè)測試工具的測試效率和腳本的可維護(hù)性。

表1 回歸測試的結(jié)果

實(shí)驗(yàn)度量了兩個(gè)工具在測試不同種類的測試用例時(shí)，自動(dòng)化執(zhí)行的用例所占的百分比。從表中可見，雖然TestQuest 在功能測試上有更高的自動(dòng)化率，在壓力測試，多狀態(tài)測試，多任務(wù)測試，臨界測試和總計(jì)中，MobileTest有更好的測試覆蓋率。這是因?yàn)樵诤笏姆N測試中，測試用例需要不斷追蹤系統(tǒng)的狀態(tài)，使用圖片比對機(jī)制的TestQuest 很難完成這些工作，而MobileTest 卻能使用Agent返回的敏感事件來進(jìn)行處理。此外，MobileTest 完成測試任務(wù)的時(shí)間時(shí)15天，比TestQuest 的測試效率要高。

5 結(jié)論

本文提出了一個(gè)基于Agent技術(shù)的嵌入式智能設(shè)備的測試方法，它用Agent技術(shù)對嵌入式智能設(shè)備測試過程中的被測試設(shè)備，測試者和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行模擬和控制，很好的屏蔽了嵌入式智能設(shè)備的復(fù)雜性，提高了測試的效率和腳本的可重用性。將來的研究工作中，我們會(huì)進(jìn)一步拓展整個(gè)測試系統(tǒng)，使之能夠支持整個(gè)測試的生命周期。

本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：本文將軟件Agent技術(shù)引入到嵌入式智能設(shè)備的自動(dòng)化測試中，利用Agent的特性，很好的屏蔽了嵌入式智能設(shè)備測試中，測試者，待測設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜性，提高了自動(dòng)化測試的效率。