試驗鑒定元數(shù)據(jù)的自動化測試方法研究

喬冠禹 劉冰峰 薛永奎

摘 要：在試驗鑒定與數(shù)據(jù)資源建設(shè)中，美國針對各相關(guān)領(lǐng)域完成了一系列元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，但這些在實際應(yīng)用中仍存在較多問題。為此，美國靶場指揮官協(xié)會基于XML標(biāo)準(zhǔn)格式語法、XML樣式指南等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間的約定與實際應(yīng)用需求，制定了一系列對基于XML的元數(shù)據(jù)文件進行自動化測試的方式方法，有效避免了問題的發(fā)生，對于促進各靶場間的互聯(lián)、互通、互操作具有重要意義，可以為我國試驗鑒定領(lǐng)域數(shù)據(jù)工程建設(shè)提供重要參考。

關(guān)鍵詞：試驗鑒定；元數(shù)據(jù)；XML；自動化測試

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0053-04

0 引言

當(dāng)前，試驗需求的不斷增長和信息技術(shù)的快速發(fā)展，指引著裝備試驗鑒定領(lǐng)域的方式方法不斷向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化邁進。[1]試驗和基于信息系統(tǒng)的體系運用能力的考核和檢驗，更加強調(diào)數(shù)據(jù)跨領(lǐng)域和跨機構(gòu)的應(yīng)用。為此試驗機構(gòu)內(nèi)部以及相互間互聯(lián)互通和互操作的試驗需求對數(shù)據(jù)工程提出了相應(yīng)要求。美國等發(fā)達國家尤其重視對于試驗鑒定方法的創(chuàng)新，并不斷在實踐中進行完善和發(fā)展。近年來，在試驗鑒定領(lǐng)域，元數(shù)據(jù)與其相關(guān)技術(shù)受到高度重視，大量的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生，其科學(xué)性與可讀性已經(jīng)開始對試驗鑒定效果產(chǎn)生重要影響。各試驗鑒定機構(gòu)制訂的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)涉及范圍廣、格式雜、含義亂、冗余多等問題，直接制約了元數(shù)據(jù)技術(shù)在試驗鑒定領(lǐng)域的進一步應(yīng)用與發(fā)展。為此，美國基于XML標(biāo)準(zhǔn)格式語法、XML樣式指南等，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)各機構(gòu)間的相關(guān)協(xié)議與實際應(yīng)用需求，制定了一系列對基于XML的元數(shù)據(jù)實例進行自動化測試的方法，對于促進各試驗機構(gòu)間的互聯(lián)、互通、互操作起到了積極作用。本文對美國在試驗鑒定元數(shù)據(jù)自動化測試方法研究的概況進行簡要介紹，以期為我國試驗鑒定領(lǐng)域數(shù)據(jù)工程建設(shè)提供參考與借鑒。

1 基于XML實現(xiàn)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)概述

美國靶場指揮官協(xié)會（RCC）認為，今后的試驗鑒定活動將高度依賴元數(shù)據(jù)，并為此制定了一系列XML格式元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，來支持對元數(shù)據(jù)進行模塊化地開發(fā)運用，使得各項試驗鑒定活動能夠根據(jù)實際情況，來混合和匹配來自不同領(lǐng)域的元數(shù)據(jù)，能夠按需提取所需的部分元數(shù)據(jù)，保證了元數(shù)據(jù)的可重用性和互操作性。[2]

美國試驗鑒定領(lǐng)域的現(xiàn)行元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)包括元數(shù)據(jù)描述性語言（MDL）、遙測數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)（TMATS）、數(shù)據(jù)展示標(biāo)注語言（DDML）、儀器硬件抽象語言（IHAL）等，它們基于相同的標(biāo)準(zhǔn)制訂，各自涵蓋了一定的試驗鑒定領(lǐng)域，并闡明了試驗鑒定領(lǐng)域內(nèi)的一些重要概念。在理想的試驗活動中，試驗鑒定系統(tǒng)和各個子系統(tǒng)將根據(jù)實際需求，從上述標(biāo)準(zhǔn)中進行抽取，并與其各自業(yè)務(wù)相結(jié)合。例如，遙測地面站可以選取并使用與數(shù)據(jù)測量（MDL）、數(shù)據(jù)打包（MDL和TMATS XML），以及數(shù)據(jù)展示（DDML）方面的標(biāo)準(zhǔn)；而儀器儀表工程師的系統(tǒng)則需要用到與儀表硬件（IHAL）、數(shù)據(jù)測量（MDL）相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，以及定義了儀表硬件和測量活動之間關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 XML標(biāo)準(zhǔn)

隨著Web技術(shù)的飛速發(fā)展，信息交換的方式發(fā)生了深遠變化，要求信息具有可擴展的語言描述能力和基于語義的信息搜索特征。為此，XML（eXtensible Markup Language）標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生。XML標(biāo)準(zhǔn)是由萬維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）制定的一種規(guī)范，其初衷是提供一種機器可讀的描述性文檔。[3]XML在互聯(lián)網(wǎng)上廣泛普及，并能夠描述包含web服務(wù)和試驗鑒定元數(shù)據(jù)在內(nèi)的高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。圖1為TMATS XML文件的片段。

1.2 TMATS、IHAL、DDML、MDL等標(biāo)準(zhǔn)

遙測數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)（TMATS）提供了完整描述從被測裝備傳輸或記錄的數(shù)據(jù)所需信息的通用定義。TMATS也是信息源（通常是儀器測量組）和用戶（通常是測試機構(gòu)）之間的信息交互媒介。

儀器硬件抽象語言（IHAL）標(biāo)準(zhǔn)制訂了一種基于XML的格式。IHAL能根據(jù)儀器硬件的當(dāng)前配置和可能配置來描述儀器硬件的屬性。[4]

數(shù)據(jù)顯示標(biāo)記語言（DDML）標(biāo)準(zhǔn)制訂了數(shù)據(jù)顯示之間的通用的內(nèi)部通信語法。DDML標(biāo)準(zhǔn)包了含各個設(shè)備供應(yīng)商的數(shù)據(jù)顯示驅(qū)動，并提供了通用的接口。DDML標(biāo)準(zhǔn)具有可重用性和可擴展性，便于在未來按需進行擴展。[5]

元數(shù)據(jù)描述語言（MDL）標(biāo)準(zhǔn)制訂了在遙測系統(tǒng)組件之間交換配置信息的通用交互語言，提供了用于描述遙測系統(tǒng)中組件配置以及其邏輯關(guān)系、物理關(guān)系的必要手段。標(biāo)準(zhǔn)中，MDL語法定義了詞匯表和語法結(jié)構(gòu)，而MDL語義定義了其內(nèi)涵。

2 XML元數(shù)據(jù)的自動化測試方法

盡管美國靶場指揮官協(xié)會已經(jīng)建立了試驗鑒定元數(shù)據(jù)的一系列標(biāo)準(zhǔn)，但在實際應(yīng)用中，仍然存在著元數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)，甚至因為自身語法、格式、約束性等一系列方面的錯誤導(dǎo)致元數(shù)據(jù)無法解析，甚至數(shù)據(jù)丟失的問題。對此，靶場指揮官協(xié)會依據(jù)XML標(biāo)準(zhǔn)格式語法、XML樣式指南、各項標(biāo)準(zhǔn)，參照試驗鑒定領(lǐng)域各個領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間的約定和靶場試驗中的本地實際應(yīng)用要求，制定了一系列對元數(shù)據(jù)文件進行自動化測試的方式方法，有效避免了問題的發(fā)生。

2.1 元數(shù)據(jù)文件語法測試

2.1.1 目的

該項測試用于確定元數(shù)據(jù)文件是否符合標(biāo)準(zhǔn)XML模式定義（XSD），即其是否存在語法錯誤。若未通過此項測試，元數(shù)據(jù)文件很可能無法用于后續(xù)處理。

2.1.2 測試環(huán)境

圖2為執(zhí)行語法測試的環(huán)境。

測試環(huán)境包括：（1）標(biāo)準(zhǔn)的XML模式定義（XSD）；（2）元數(shù)據(jù)文件；（3）開發(fā)環(huán)境（C，C++，Java等）；（4）符合XML Simple API或所選編程環(huán)境的文檔對象模型（DOM）的XML解析庫。可以使用Apache Xerces項目、XML綁定的Java體系結(jié)構(gòu)（JAXB）和xmllint工具來實現(xiàn)。

2.1.3 測試方法

測試的步驟如下：

（1）初始化開發(fā)環(huán)境；（2）根據(jù)庫的開發(fā)指南或應(yīng)用程序編程接口（API）編寫測試程序代碼，以使用XML解析庫。使用XML解析庫來驗證元數(shù)據(jù)文件是否符合XSD。該步驟輸出測試報告，來描述XML解析庫返回的錯誤或警告信息；（3）編譯并構(gòu)建測試程序；（4）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將元數(shù)據(jù)文件和標(biāo)準(zhǔn)的XSD編碼加載到XML解析庫中；（5）觀察測試應(yīng)用程序的輸出，記錄錯誤和警告。

2.2 樣式指南符合性測試

2.2.1 目的

該項測試用于確定XSD或元數(shù)據(jù)文件是否符合靶場指揮官協(xié)會發(fā)布的XML樣式指南。未通過此測試說明被測元數(shù)據(jù)文件可讀性、可維護性較差。此測試適用于XML格式的元數(shù)據(jù)文件以及XSD。

2.2.2 測試環(huán)境

圖3為執(zhí)行樣式指南符合性測試的環(huán)境。

該項測試的測試環(huán)境包括：（1）要測試的標(biāo)準(zhǔn)或元數(shù)據(jù)文件的XSD；（2）開發(fā)環(huán)境（C，C ++，Java等）；（3）與開發(fā)環(huán)境兼容，用于執(zhí)行樣式指南規(guī)則的規(guī)則引擎?？梢赃x擇開源規(guī)則引擎；（4）可由所選規(guī)則引擎讀取和執(zhí)行的樣式指南規(guī)則編碼。

2.2.3 測試方法

測試的步驟如下：

（1）初始化開發(fā)環(huán)境；（2）根據(jù)規(guī)則引擎開發(fā)指南或API編寫測試程序。此程序?qū)⒃獢?shù)據(jù)文件或XSD以及樣式指南規(guī)則編碼加載到規(guī)則引擎的內(nèi)部對象中，然后調(diào)用相應(yīng)的規(guī)則引擎API，以根據(jù)編碼的樣式指南規(guī)則對元數(shù)據(jù)文件或XSD進行驗證。該步驟輸出測試報告，來描述規(guī)則引擎驗證返回的錯誤或警告信息；（3）編譯并構(gòu)建測試應(yīng)用程序；（4）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將元數(shù)據(jù)文件或XSD以及樣式指南規(guī)則的編碼加載到規(guī)則引擎中；（5）運行測試程序以根據(jù)樣式指南規(guī)則的編碼評估元數(shù)據(jù)文件或XSD；（6）觀察測試程序的輸出以識別錯誤和警告。

2.3 領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定測試

2.3.1 目的

該項測試用于測試元數(shù)據(jù)文件是否符合由領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)建立的約定。機構(gòu)包括標(biāo)準(zhǔn)委員會、靶場、測試項目組等。約定包括數(shù)據(jù)的命名、屬性長度（如數(shù)據(jù)源ID限制為不超過32個字符），以及標(biāo)準(zhǔn)中記錄的非語法規(guī)則（如當(dāng)存儲介質(zhì)是磁帶時，允許磁帶寬度作為屬性）等。未通過此測試表明被測元數(shù)據(jù)文件可讀性較差，可能占用過多的內(nèi)存，并因違反各個機構(gòu)間建立的一系列規(guī)則和約束，并且可能無法為所有機構(gòu)的軟件所讀取，因而不能達到預(yù)期用途。此測試適用于元數(shù)據(jù)文件。

2.3.2 測試環(huán)境

圖4為執(zhí)行領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定測試的環(huán)境。

該項測試的測試環(huán)境包括：（1）元數(shù)據(jù)文件；（2）開發(fā)環(huán)境（C，C ++，Java等）；（3）與開發(fā)環(huán)境兼容，用于執(zhí)行領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定的規(guī)則引擎?？梢赃x擇開源規(guī)則引擎；（4）可由所選規(guī)則引擎讀取和執(zhí)行的領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定編碼。

2.3.3 測試方法

測試步驟如下：

（1）初始化開發(fā)環(huán)境。（2）根據(jù)規(guī)則引擎開發(fā)指南或API編寫測試應(yīng)用程序。此應(yīng)用程序?qū)⒃獢?shù)據(jù)文件和領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定的規(guī)則編碼加載到規(guī)則引擎的內(nèi)部對象中，然后調(diào)用相應(yīng)的規(guī)則引擎API，以根據(jù)編碼的領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定規(guī)則來對元數(shù)據(jù)文件進行測試。該步驟輸出測試報告，來描述規(guī)則引擎驗證返回的錯誤或警告信息；（3）編譯并構(gòu)建測試程序；（4）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將元數(shù)據(jù)文件和領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定的編碼加載到規(guī)則引擎中；（5）運行測試程序以根據(jù)社區(qū)約定的編碼評估元數(shù)據(jù)文件；（6）觀察測試程序的輸出以識別錯誤和警告。

2.4 本地實際應(yīng)用測試

2.4.1 目的

該項測試用于驗證元數(shù)據(jù)文件是否滿足本地實際應(yīng)用的要求。靶場測試項目的要求包括硬件兼容性要求、物理約束、業(yè)務(wù)規(guī)則，配置規(guī)則等。未通過此測試說明該文件與靶場實際應(yīng)用的要求不相符，無法滿足靶場業(yè)務(wù)需求。此測試適用于元數(shù)據(jù)文件。

2.4.2 測試環(huán)境

圖5為執(zhí)行本地實際應(yīng)用測試的環(huán)境。

該項測試的測試環(huán)境包括：（1）元數(shù)據(jù)文件；（2）合適的開發(fā)環(huán)境（C，C++，Java等）；（3）與開發(fā)環(huán)境兼容，用于執(zhí)行的規(guī)則引擎。可以選擇開源的或其他可以由政府和其他利益相關(guān)者免費獲得的規(guī)則引擎；（4）所選規(guī)則引擎可以讀取和執(zhí)行的各項實際應(yīng)用需求編碼。

2.4.3 測試方法

測試步驟如下：

（1）初始化開發(fā)環(huán)境；（2）根據(jù)規(guī)則引擎開發(fā)指南或API編寫測試程序。此程序?qū)⒃獢?shù)據(jù)文件和本地實際應(yīng)用的要求的規(guī)則編碼加載到規(guī)則引擎的內(nèi)部對象中，然后調(diào)用相應(yīng)的規(guī)則引擎API，以根據(jù)編碼的本地實際應(yīng)用的要求來對元數(shù)據(jù)文件進行測試。而后該步驟輸出描述規(guī)則引擎驗證返回的錯誤或警告的測試報告；（3）編譯并構(gòu)建測試程序；（4）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將元數(shù)據(jù)文件和需求的編碼加載到規(guī)則引擎中；（5）運行測試程序以根據(jù)需求的編碼評估元數(shù)據(jù)文件；（6）觀察測試程序的輸出以識別錯誤和警告。

2.5 回歸測試

2.5.1 目的

回歸測試通過對新引入的XSD、樣式指南編碼、領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定編碼以及實際應(yīng)用要求的編碼等進行測試，來確定它們是否引入了新的錯誤，或?qū)е乱延写a、元數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。此外，還對XSD、樣式指南編碼、領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定編碼、實際應(yīng)用要求編碼對開發(fā)環(huán)境、XML解析庫和規(guī)則引擎的兼容性進行測試。未通過此測試說明對元數(shù)據(jù)的各項更改引入了回歸錯誤，可能與先前的XSD實例、領(lǐng)域內(nèi)各機構(gòu)間約定編碼及本地實際應(yīng)用要求無法兼容。此測試適用于XSD或元數(shù)據(jù)文件。

2.5.2 測試環(huán)境

圖6為執(zhí)行回歸測試的環(huán)境。

該項測試的測試環(huán)境包括：（1）要測試的XSD或元數(shù)據(jù)文件；（2）領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間要求支持的開發(fā)環(huán)境（C，C++，Java等）；（3）領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間要求支持的所有XML解析庫，符合XML Simple API或與編程環(huán)境兼容的文檔對象模型（DOM）；（4）一套標(biāo)準(zhǔn)編碼規(guī)則（所選規(guī)則引擎可以讀取和執(zhí)行的樣式指南規(guī)則、領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定、本地實際應(yīng)用要求，以及標(biāo)準(zhǔn)XML編碼規(guī)則）；（5）規(guī)則引擎。

2.5.3 測試方法

該項測試方法使用標(biāo)準(zhǔn)編碼規(guī)則來驗證規(guī)則引擎和其他工具是否協(xié)同工作，并可適用于不同開發(fā)環(huán)境、XML解析庫、樣式指南規(guī)則引擎、領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定的規(guī)則引擎和需求規(guī)則引擎的組合。

（1）初始化開發(fā)環(huán)境；（2）編寫測試程序代碼，以根據(jù)規(guī)則引擎開發(fā)指南或API編寫測試程序來使用規(guī)則引擎和XML解析庫。該測試程序包括3.3，3.3，5.3和6.3節(jié)中描述的測試應(yīng)用程序的功能；（3）編譯并構(gòu)建測試程序；（4）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將每個元數(shù)據(jù)文件和標(biāo)準(zhǔn)的XSD編碼加載到XML解析庫中；（5）觀察測試程序的輸出以識別錯誤和警告；（6）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將每個元數(shù)據(jù)文件和XSD以及樣式指南規(guī)則的編碼加載到規(guī)則引擎中；（7）運行測試程序以根據(jù)樣式指南規(guī)則的編碼評估元數(shù)據(jù)文件和XSD；（8）觀察測試程序的輸出以識別錯誤和警告；（9）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將元數(shù)據(jù)文件和領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定的編碼加載到規(guī)則引擎中；（10）運行測試程序以根據(jù)領(lǐng)域內(nèi)各個機構(gòu)間約定的編碼評估元數(shù)據(jù)文件；（11）觀察測試程序的輸出以識別錯誤和警告；（12）運行測試程序，根據(jù)庫的指令（包括相關(guān)配置參數(shù)）將元數(shù)據(jù)文件和本地實際應(yīng)用要求的編碼加載到規(guī)則引擎中；（13）運行測試程序以根據(jù)需求的編碼評估元數(shù)據(jù)文件；（14）觀察測試程序的輸出以識別錯誤和警告。

3 啟示與建議

美國在試驗鑒定領(lǐng)域建立了一系列元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并圍繞標(biāo)準(zhǔn)體系，依據(jù)試驗鑒定活動的實際情況，為實現(xiàn)元數(shù)據(jù)有效應(yīng)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)增值增效，開發(fā)了元數(shù)據(jù)自動化測試方法，為后續(xù)試驗鑒定工作開展提供了有力支持，有效提升了數(shù)據(jù)管理工作效率，保證了數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用。其有益經(jīng)驗和成功做法，也對我國試驗鑒定領(lǐng)域數(shù)據(jù)工程建設(shè)具有重要的借鑒意義。

3.1 建立標(biāo)準(zhǔn)時注重調(diào)研，統(tǒng)籌各方

試驗鑒定領(lǐng)域范圍極為廣泛，覆蓋了組織指揮、環(huán)境構(gòu)設(shè)、測試測量、分析評估、仿真建模、基礎(chǔ)保障等諸多領(lǐng)域。為此，在建立標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)當(dāng)廣泛調(diào)研各個領(lǐng)域的實際需求，統(tǒng)籌規(guī)劃，在統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)描述方法基礎(chǔ)上，規(guī)劃元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并針對各領(lǐng)域?qū)嶋H，有針對性的制定領(lǐng)域級標(biāo)準(zhǔn)，從而形成相對完善的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.2 使用標(biāo)準(zhǔn)時結(jié)合實際，注意測試

盡管已經(jīng)制定了統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)描述方法，但在試驗鑒定中往往需要結(jié)合來自多個領(lǐng)域的元數(shù)據(jù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并且在標(biāo)準(zhǔn)使用過程中需要依據(jù)實際情況來設(shè)定元數(shù)據(jù)。因而在元數(shù)據(jù)文件生成后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)總體和領(lǐng)域級標(biāo)準(zhǔn)，以及特定使用需求進行檢驗。保證數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)適用性和有效性，保證數(shù)據(jù)的可讀性、真實性、可用性。

3.3 注重配套設(shè)施建設(shè)，發(fā)揮元數(shù)據(jù)價值

元數(shù)據(jù)建設(shè)工作中，應(yīng)當(dāng)更加注意軟硬件配套設(shè)施的建設(shè)。應(yīng)當(dāng)在梳理需求、建立標(biāo)準(zhǔn)的同時，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、可擴展的元數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等，以支持元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化管理和有效拓展，不斷提高數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的可用性。

參考文獻

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