[논문]잠수함 데이터 분산 시스템을 위한 테스트 케이스 생성 기법

손수익; 강동수

doi:10.3745/ktsde.2019.8.4.137

잠수함 데이터 분산 시스템을 위한 테스트 케이스 생성 기법
A Test Case Generation Method for Data Distribution System of Submarine 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on software and data engineering. 소프트웨어 및 데이터 공학, v.8 no.4, 2019년, pp.137 - 144

손수익 (국방대학교 컴퓨터공학전공) , 강동수 (국방대학교 컴퓨터공학전공)

초록
AI-Helper

무기체계 기술의 국산화 과정에서 경험과 기술이 부족한 상태로 개발 중인 체계에 대한 테스트 기술의 성숙도는 매우 중요하다. 테스트에서 발견하지 못한 결함은 시스템 운용 중 막대한 영향을 미친다. 잠수함에서 실시간 정보공유 체계는 신속한 지휘결심과 임무능력으로 이어진다. 데이터 분산 시스템은 매우 중요한 정보 공유체계이며 제조사나 데이터 형태가 다른 체계들 간에 이루어진다. 본 논문에서는 데이터 분산 시스템의 데이터 분산 특성을 분석하여 데이터별 체계를 그룹핑하고, 경로 테스트 기법에 트리순회 방법인 후위트리순회, 전위트리순회를 이용하여 테스트케이스 생성기법을 제시한다. 제시한 기법은 기존기법들에 비해 73.7% 테스팅 리소스를 감소시킬 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Testing maturity is critical to the system under development with lack of experience and skills in the acquisition of the weapon systems. Defects have a huge impact on important system operations. Sharing real-time information will lead to rapid command and mission capability in submarine. DDS(Data Distribution System) is a very important information sharing system and interface between various manufacturers or data formats. In this paper, we analyze data distribution characteristics of distributed data system to group data-specific systems and proposes a test case-generation method using path search of postorder and preorder which is a tree traversal in path testing method. The proposed method reduces 73.7.% testing resource compare to existing methods.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. ISUS 83 Data Interface
그림 Fig. 2. Concepts of Data Distribution
표 Table 1. Tree Traversal
그림 Fig. 3. Linear Independent Control Flow Graph
표 Table 2. Comparison of Test Case Generation Methods with Pre-processing
그림 Fig. 4. Testcase Generation Process
그림 Fig. 5. Submarine Distributed Data System Modeling(example)
표 Table 3. Mean of Modeling Abbreviation
그림 Fig. 6. Model to DFG Conversion Method
그림 Fig. 7. Method of LRV, VLR
그림 Fig. 8. DDS System Modeling
그림 Fig. 9. System Grouping Results by Data
그림 Fig. 10. Detailed System Modeling of Ta
그림 Fig. 11. DFG Generation Result
표 Table 4. Test Path of Modeled DDS
표 Table 5. Test Case Specification
그림 Fig. 12. Comparison of Testcase Count
그림 Fig. 13. Comparison of Test Execution Count
표 Table 6. Results of Comparative Analysis

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문은 잠수함의 운용에 핵심적인 요소로 사용되고 있는 데이터 분산 시스템을 기반으로 데이터 분산 특성을 분석하고 DDS와 연동되는 체계간의 효율적인 테스트 기법을 제시한다. 결함을 발견할 수 있는 테스트 설계와 체계특성에 적합한 테스트 케이스를 생성하여 테스트 리소스를 감소시키고자 한다.
본 논문에서는 기본 경로 테스트에서 기본 커버리지라 할 수 있는 모든 노드와 엣지를 한번이상 지나 수행되면 완료된 것으로 하였다. 또한 특정 노드나 엣지에 결함이 있다고 가정시에 해당 노드나 엣지를 지나게 되면 테스트를 통해 결함이 발견되었다고 볼 수 있다.
본 논문에서는 모델링된 체계를 통해 데이터 분산 특성을 분석하고 모델을 FG(Flow Graph)로 변환하여 경로 테스트 기법을 연구한다. 모델의 한 예인 UML을 사용한 모델을 바탕으로 그래프로 변환하여 테스트 케이스를 생성한 기존연구로는 유즈케이스와 시퀀스 다이어그램을 기반한 기법[10, 11] 액티비티 다이그램을 기반한 기법[12, 13]이 있다.
본 논문은 잠수함의 운용에 핵심적인 요소로 사용되고 있는 데이터 분산 시스템을 기반으로 데이터 분산 특성을 분석하고 DDS와 연동되는 체계간의 효율적인 테스트 기법을 제시한다. 결함을 발견할 수 있는 테스트 설계와 체계특성에 적합한 테스트 케이스를 생성하여 테스트 리소스를 감소시키고자 한다.
본 장에서는 기존의 테스트 케이스 생성기법이 가진 제한 사항을 극복하기 위한 기법을 제시한다. 제안 기법은 Fig.

가설 설정

데이터 분산 시스템과 연동되는 체계들을 모델링한 결과 분석된 특성은 첫 번째로 체계 간 데이터 흐름을 살펴본 결과 분기/결합 경로는 존재하지만 반복 경로는 일반적으로 존재하지 않았다. 두 번째, DDS를 중심으로 하여 체계들이 트리의 형태를 보인다는 것이다. 이러한 특징을 바탕으로 데이터에 대한 체계도를 통해 생성된 모델을 DDS를 루트노드로 하여 트리순회가 가능한 DFG로 변환한다.

제안 방법

DDS 이전에는 LRV, 이후에는 VLR을 사용하여 변환된 그래프를 탐색하는 하이브리드 방식으로 경로를 생성한다. 그리고 불필요 노드(Ⓧ) 제거하여 최종 테스트 경로를 생성하였고, 임의 모델링한 Tb와 Tc도 같은 방법으로 테스트 경로를 생성하였다. 생성 결과 한 번에 탐색하는 경로의 길이(노드 수)는 증가하지만 분산데이터의 개수와 같은 개수의 테스트 경로가 생성 되는 특징이 있다.
제안 기법과 기존기법을 비교하였다. 데이터의 생성이 시작되는 체계부터 최종 수신이 되어지는 마지막 체계까지 기본적인 데이터 흐름을 DFS[21]를 이용하여 순차적으로 테스트하는 기법을 첫 번째 비교 대상, 모델단축(Summary)[15] 을 이용하여 가능한 노드를 모음으로써 축약그래프를 활용한 기법을 두 번째 비교 대상, 모델단축 기법과 더불어 중복수행을 제거(Deduplication)[22]하는 기법까지 추가한 기법을 세 번째 비교 대상으로 하였다.
Px의 구성요소 중 데이터의 송신측(Transmit)은 T, 수신측(Receive)은 R을 사용하여 나타내었다. 또한 Ta의 체계그룹의 세부 구성을 실제 체계에서 있을 수 있는 모든 경우의 수를 반영하기 위해 순차, 분기, 결합이 모두 포함되는 사례를 활용하여 모델링한다.
먼저, 테스트 케이스 수에 의한 비교 분석이다. 대상 체계는 Ta～Tg의 연동체계를 임의 모델링하여 누적시켜 규모가 점차 커지는 체계로 볼 수 있다.
모델단축은 DDS를 기준으로 동일하게 발생되는 송신 (Transmit) 경로에 적용하였으며, 중복수행 제거는 DDS 전/후로 동일한 축약그래프가 반복될 때 적용하였다.
본 장에서는 잠수함 데이터 분산 시스템(DDS)에 적용하여 사례 연구와 분석을 진행하였다.
DFG(Data Flow Graph) 생성은 모델링된 다이어그램을 그래프로 변환하는 규칙을 적용하여 DFG를 생성한다. 이 후 트리순회 방법인 LRV, VLR을 하이브리드하여 탐색하고 불필요 노드를 제거하여 테스트 경로를 생성한 후 테스트 케이스를 생성하게 된다.
두 번째, DDS를 중심으로 하여 체계들이 트리의 형태를 보인다는 것이다. 이러한 특징을 바탕으로 데이터에 대한 체계도를 통해 생성된 모델을 DDS를 루트노드로 하여 트리순회가 가능한 DFG로 변환한다. 이후 트리순회를 사용하여 경로 탐색을 할 수 있게 된다.
제시한 기법은 그룹핑된 체계들을 모델링하여 데이터 흐름의 특성을 분석하고 트리순회기법 적용을 위한 Model to DFG 변환방법을 고안하였으며 이진트리의 형태를 가지는 DFG로 변환하였다. 이후 DDS 이전/이후로 나누어 트리순회 방법인 LRV(후위 트리 순회), VLR(전위 트리 순회)를 이용하여 테스트 경로를 생성하고 테스트 케이스를 생성하였다. 이는 테스트 케이스 수와 수행횟수를 감소시킬 수 있다.
데이터의 흐름이 역행되지 않아야 하는 기본규칙과 더불어 트리순회 방법을 고려하여 모델을 DFG로 변환하는 규칙을 생성하였으므로 모든 노드들이 데이터의 흐름이 역행되지 않으면서 일렬로 정렬되어진다. 이후 DFG 생성을 위해 사용된 불필요한 임시노드(Ⓧ)를 제거하여 최종 테스트 경로를 생성한다.
제시한 기법은 그룹핑된 체계들을 모델링하여 데이터 흐름의 특성을 분석하고 트리순회기법 적용을 위한 Model to DFG 변환방법을 고안하였으며 이진트리의 형태를 가지는 DFG로 변환하였다. 이후 DDS 이전/이후로 나누어 트리순회 방법인 LRV(후위 트리 순회), VLR(전위 트리 순회)를 이용하여 테스트 경로를 생성하고 테스트 케이스를 생성하였다.
제안 기법과 기존기법을 비교하였다. 데이터의 생성이 시작되는 체계부터 최종 수신이 되어지는 마지막 체계까지 기본적인 데이터 흐름을 DFS[21]를 이용하여 순차적으로 테스트하는 기법을 첫 번째 비교 대상, 모델단축(Summary)[15] 을 이용하여 가능한 노드를 모음으로써 축약그래프를 활용한 기법을 두 번째 비교 대상, 모델단축 기법과 더불어 중복수행을 제거(Deduplication)[22]하는 기법까지 추가한 기법을 세 번째 비교 대상으로 하였다.

대상 데이터

재래식 디젤잠수함은 DDS(Dats Distribution System)를 이용하며 주요 구성은 각 체계의 신호를 연동하는 인터페이스 케이블과 PCB (Printed Circuit Board)들로 구성되어 있다. Fig.

성능/효과

③ 기법은 DDS를 기준으로 T2–DDS-R8 의 중복경로가 제거 되어 테스트 케이스 3개, T1-DDS 의 중복경로가 추가제거되어 수행횟수는 13회로 감소하였다.
4%로 감소하였다. 기존기법의 수행횟수는 95회이며 제안기법은 70회로 73.7%로 상대적으로 감소하여 효율적이라 할 수 있다. 또한 Ta부터 Tg까지 데이터의 개수와 더불어 체계의 규모가 커질수록 테스트 케이스 및 수행횟수의 효율이 증가하고 있다.
데이터 분산 시스템과 연동되는 체계들을 모델링한 결과 분석된 특성은 첫 번째로 체계 간 데이터 흐름을 살펴본 결과 분기/결합 경로는 존재하지만 반복 경로는 일반적으로 존재하지 않았다. 두 번째, DDS를 중심으로 하여 체계들이 트리의 형태를 보인다는 것이다.
동일한 테스트 결과를 가진다면 테스트에 사용된 리소스가 적을수록 테스트가 효율적이라고 할 수 있다. 이는 일반적인 방법으로 테스트하거나 다른 대상에 효율적인 기존기법을 차용하는 것이 아니라 대상체계인 DDS에 적합한 방법을 특성에 맞게 적용해야 가능하다.
두 번째, 경로 테스트에서 각 노드를 지나는 것은 해당 체계를 수행한 것을 의미하며 같은 테스트 결과를 가져온다면 테스트 수행횟수(노드의 개수)가 적은 것이 테스트 비용과 시간이 적다고 할 수 있다. 테스트 수행횟수 비교결과는 Fig.
체계의 신뢰성이나 안전성 향상을 위한 테스트의 비용은 높은 수준을 달성할수록 비용이 증가하기 때문에 테스트의 준비부터 수행까지 효율을 최대로 높여야 한다. 비교 분석에 사용한 임의 모델링 체계를 통해 테스트 케이스 수 및 수행횟수의 감소를 통해 테스트 효율을 향상시켰으며, 테스트에 필요한 리소스인 비용과 시간을 줄일 수 있게 된다.
제안기법을 모델단축 후 중복제거까지 실시한 기존기법과 비교하면 기존기법의 테스트 케이스 수는 23개, 제안기법은 7개로 30.4%로 감소하였다. 기존기법의 수행횟수는 95회이며 제안기법은 70회로 73.
체계를 모델링한 후 데이터 별로 그룹핑한 결과 순차, 분기, 결합의 3가지 종류로 데이터가 이동 되는 것으로 분석되었다. 모델링된 체계와 DFG는 동일한 데이터의 흐름을 나타낼 수 있도록 해야 하기 때문에 변환할 때에 기본적인 규칙을 준수하며 변환한다.
또한 특정 노드나 엣지에 결함이 있다고 가정시에 해당 노드나 엣지를 지나게 되면 테스트를 통해 결함이 발견되었다고 볼 수 있다. 특정 노드나 엣지에 결함이 있다고 가정하여 기법 별 테스트케이스 산출 결과 기존 기법과 제안 기법에서 결함이 존재하는 노드나 엣지를 모두 테스트하였으며 결함을 발견할 수 있었다. 이때, 기법별로 테스트 케이스의 수나 수행 횟수가 적을수록 효율적인 테스트를 수행했다고 볼 수 있다.

후속연구

향후에는 제한한 기법을 바탕으로 테스트 커버리지와 테스트 케이스 명세에 대한 연구를 실시할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	효과적인 테스트 기법이란 어떤 것인가?	무기체계 기술의 국산화 과정에서 경험과 기술이 부족한 상태로 개발 중인 체계에 대한 테스트 기술의 성숙도는 매우 중요하고 테스트를 효과적으로 수행하는 것은 중요한 요소 중 하나이다.[3] 효과적인 테스트 기법이란 각종 체계의 안전한 구현과 개발 전체 비용의 감소를 위해 조기에 결함을 발견하고 효율적으로 테스트를 수행하는 것이다.[4]
	데이터 분산 시스템의 공통적인 특성은 무엇인가?	이렇게 데이터를 분산하는 시스템들의 공통적인 특성은 구성된 모든 체계들이 모든 데이터를 생성/송신하고 수신/사용하진 않는다는 것이다. 같은 데이터의 공유 대상 간에는 별도로 구분이 되어지며, 규모가 큰 시스템일수록 그 수가 많아지게 된다. 즉, 테스트 할 때 분산되는 데이터를 기준으로 구분하여 테스트를 효율적으로 실시할 수도 있다는 것이다.
	재래식 디젤잠수함은 무엇으로 구성되어 있는가?	재래식 디젤잠수함은 DDS(Dats Distribution System)를 이용하며 주요 구성은 각 체계의 신호를 연동하는 인터페이스 케이블과 PCB (Printed Circuit Board)들로 구성되어 있다. Fig.

참고문헌 (22)

S. I. Son and D. S. Kang, "A Method of Interface Test for Submarine Data Distribution System," In Proceedings of KIPS, Vol.25, No.1, pp.219-221, 2018.
S. Sabharwal, R. Sibal, and C. Sharma, "Applying Genetic Algorithm for Prioritization of Test Case Scenarios Derived from UML Diagrams," Journal of IJCSI, Vol.8, Issue 3, No.2, pp.433-444, 2011.
D. S. Kang, "The Defense use of High Performance Computing (HPC) Technology," Journal of KIISE, Vol.34, pp.85-91, 2016.
S. S. Kim and D. S. Kang, "Fuzzing-based Test Case Generation Technique for Multimedia File Vulnerability Analysis," Journal of SE, Vol.14, No.6, pp.441-458, 2017.
OMG, "Data Distribution Service for Real-time Systems Version 1.2," 2007.
OMG, "The Real-time Publish-Subscribe Wire Protocol DDS Interoperability Wire Protocol Specification version 2.1," 2010.
D. S. Kang, "Ways to Improve the Weapon System Software," KNDU Thesis Collection, Vol.24, pp.71-90, 2016.
A. Page, K. Johnston, and B. Rollison, "How we test software at Microsoft," Acorn Publisher, 2009.
H. S. Choi, "Model-based Test - Concepts and Issues," Journal of KISS, pp.59-71, 2014.
S. K. Swain, D. P. Mohapatra, and R. Mall, "Test case generation based on use case and sequence diagram," Journal of IJSE, Vol.3, No.2, pp.21-52, 2010.
M. Sarma, D. Kundu, R. Mall "Automatic test case generation from uml sequence diagram," In Proceedings of 15th International Conference on Advanced Computing and Communications, pp.60-65, 2008.
C. Mingsong, Q. Xiaokang, and L. Xuandong, "Automatic test case generation for uml activity diagrams," In Proceedings of AST, pp.2-8, 2006. 5.
D. Kundu, and D. Samanta, "A novel approach to generate test cases from uml activity diagrams," Journal of Object Technology, Vol.8, No.3 pp.65-83, 2009. 5.
Tree traversal [Internet], https://en.wikipedia.org/wiki/Tree_traversal
S. H. Lee, D. S. Kang, C. Y. Song, and D. K. Baik, "A Method of Test Case Generation using BPMN-based Model Reduction for Service System," Journal of KIPS, Vol.16-D, No.4, pp.595-612, 2009.
H. W. Kim, H. J. Seo, and Y. K. Lee, "Efficient Shortest Path Techniques on a Summarized Graph based on the Relationships," Journal of KIISE, Vol.44, No.7, pp.710-718, 2017.

원문보기 상세보기
Y. S. Myung, "An algorithm for the preprocessing shortest path problem," Journal of KMSR, Vol.19, No.1, pp.55-66, 2002.
S. H. Ok, J. H. Ahn, S. H. Kang, and B. G. Moon, "A Combined Heuristic Algorithm for Preference-based Shortest Path Search," The Institute of Electronics Engineers of Korea - Telecommunications, Vol.47, No.8, pp.74-84, 2010.
I. H. Jang and K. B Sim, "Optimal Routing Path Selection Algorithm in Ad-hoc Wireless Sensor Network," Journal of KIIS, Vol.15, No.6, pp.736-741, 2005.
Y. H. Lee and S. W. Kim, "A Hybrid Search Method of A* and Dijkstra Algorithms to Find Minimal Path Lengths for Navigation Route Planning," Journal of IEIE, Vol.51, No.10, pp.109-117, 2014.

원문보기 상세보기
P. Yotyawilai and T. Suwannasart, "Design of a Tool for Generating Test Cases from BPMN," in Data and Software Engineering(ICODSE), IEEE 2014 International Conference on, pp.1-6, 2014.
J. J. Park and D. S. Kang, "A Method of Test Case Generation Using BPMN-based Path Search," Journal of KIPS Software and Data Engineering, Vol.6, pp.125-134, 2017.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증