数据驱动的被动协议测试方法研究

With the rapid development of internet of things, next generation network, wireless sensor networks etc. Designing protocol is becoming more and more complex, at the same time, data contained in protocols are dramatic increasing. The lack of testing data portion of protocols would lead to the failure of development. In this project, we target at solving the problems of data conformance requirements cannot be precisely formalized, complex performance requirements cannot be formalized and online testing method cannot handle today's big amount of data. Facing these new challenges, we perform the following studies: (1) Searching for a formal method to represent conformance requirements of protocol data portion, so as to clearly and precisely test these conformance requirements; (2) Looking for a formal method to represent protocol performance requirements, so that testers can directly use standardized performance testing approach when facing any requirements; (3) Designing an effective online testing architecture and constructing a universal online conformance and performance testing framework.

随着物联网、下一代网络、无线传感器网络等网络技术的发展，通信协议复杂度急剧上升，协议信息量大幅增加，导致协议数据部分所占比重逐步增大。对该部分测试的缺失，会导致协议实施失败的风险性大大增加。因此，对测试协议数据部分的研究凸显了比以往更为强烈的必要性。本项目针对现有测试方法中，协议数据部分难以被精确测试、复杂性能测试需求无法被表达、在线测试实时处理能力弱等问题，在以下三方面展开了研究: (1) 研究形式化表示并测试数据一致性需求的方法, 让协议数据部分需求描述变得清晰准确，达到精确测试的目的；(2) 研究形式化表示并测试性能需求的方法, 解决性能需求难以被形式化表示的问题，使得测试人员将来面对任何性能测试的需求，都能够找到相应的标准化测试方式；(3) 研究高效的在线测试方法并开发相应工具, 构建一套涵盖一致性测试和性能测试的在线测试架构。

近年来，随着互联网及通信技术的快速发展与普及，对通信协议的研究成为了计算机网络领域中的热点，而验证通信协议的实施是否达到了设计标准的协议测试技术的探索，也随之成为了科学研究的重点方向。由于传统被动测试方法中缺乏针对协议数据部分的一致性测试方法、缺乏针对复杂性能需求的性能测试方法、缺乏能够实时处理大量协议数据的在线测试方法。而对该部分测试的缺失，会导致协议实施失败的风险性大大增加。因此项目组对如何解决该问题进行了研究。在研究过程中，对相关的形式化语义分析、形式化一致性需求测试方法、形式化非功能需求测试方法、形式化的死锁检测方法及形式化的软件度量方法五个方面进行了研究和探索。首先使用基于WordNet的图结构和词汇的低维向量表示，从概念信息含量的量化模型、语义增强的词向量、度量方法的优化组合三方面，对知识库和语料库中语义知识进行了整合，针对自然语言的语义相似性进行了分析和去除歧义的研究，保证了形式化表示方法的准确性；之后使用基于 Horn 逻辑的形式表达方式，重新梳理和创建新的测试方法技术路径，用以准确表达复杂协议内数据部分的需求，提高了一致性测试的完整度。并基于一致性需求的集合，完成了对非功能需求的形式化表达，同时在逻辑句法中加入了对时间变量的描述，增加了时间条件间逻辑关系，提高了非功能性需求的可表示和可测试性，最后对测试方法工具化中的死锁检测和软件度量进行了探索研究。通过对包含协议数据部分的被动测试方法的整体研究，本课题一方面能够全面提升被动测试技术在协议测试领域的准确性和适用性，另一方面也将为现代协议测试的发展提供新的理论方法和实施技术，对于促进协议正确实施、实现协议高效测试具有十分重要的意义和价值，特别是在物联网应用范围内的工业监控、环境监测、医疗监护、智能家居、交通控制等领域具有广泛的应用前景。