시간 최적 테스트 케이스 생성: 라벨링 우선순위 시간 페트리 넷 활용

초록

본 논문은 라벨링 우선순위 시간 페트리 넷(LPrTPN)을 이용해 실시간 시스템의 블랙박스 적합성 테스트를 자동으로 생성하는 방법을 제시한다. tioco 적합성 관계와 SE‑LTL 기반 테스트 목적·커버리지를 결합해, 환경 가정을 명시하고 최단 실행 시간을 보장하는 테스트 케이스 집합을 도출한다. TINA 툴체인의 selt와 plan을 확장해 구현하였다.

상세 분석

본 연구는 실시간 시스템 검증을 위한 모델 기반 테스트 분야에 새로운 패러다임을 제시한다. 핵심 모델인 라벨링 우선순위 시간 페트리 넷(LPrTPN)은 전통적인 시간 페트리 넷에 라벨링과 우선순위 메커니즘을 추가함으로써 입력·출력 동작을 명시적으로 구분하고, 경쟁 상황에서의 선택 규칙을 정의한다. 이러한 구조는 시스템(SUT)과 환경을 각각 독립적인 서브넷으로 모델링하고, 동시 실행을 통해 전체 동작을 합성할 수 있게 한다.

논문은 tioco(Time‑input/output conformance) 관계를 적합성 기준으로 채택한다. tioco는 구현체가 환경 가정 하에 관측 가능한 입력·출력 시퀀스를 동일하게 재현할 수 있는지를 판단한다. 기존 tioco 정의에 환경 가정을 명시적으로 포함시켜, 테스트 설계 단계에서 환경 모델을 활용함으로써 실제 운용 상황을 보다 정확히 반영한다.

테스트 목적과 구조적 커버리지는 SE‑LTL(선형 시계열 논리) 공식으로 기술된다. SE‑LTL은 시간 제약을 포함한 논리식으로, 특정 상태·전이 패턴을 명시하거나, 모든 전이·플레이스가 일정 횟수 이상 방문되는 등 다양한 커버리지를 표현한다. 이러한 논리식은 자동 검증 엔진인 selt에 입력되어, 만족 가능한 실행 경로(시퀀스)를 추출한다.

핵심 최적성 보장은 plan 모듈을 통해 이루어진다. plan은 selt가 제공한 시퀀스에 대해 각 전이의 최소 지연 시간을 계산하고, 전체 시퀀스의 누적 실행 시간을 최소화하는 스케줄을 생성한다. 결과적으로 도출된 테스트 케이스는 동일한 논리적 목적을 만족하면서도 가장 짧은 실시간을 요구한다는 점에서 “시간 최적”이라고 할 수 있다.

툴 체인 확장은 TINA(TIme Net Analyzer)의 기존 기능을 보강한다. 기존 TINA는 단일 시간 페트리 넷 분석에 초점을 맞췄으나, 본 연구는 두 개 이상의 서브넷을 동시 합성하고, 라벨링·우선순위 정보를 유지한 채 검증·경로 탐색을 수행하도록 selt와 plan을 수정·통합하였다. 이는 복잡한 실시간 시스템, 예컨대 임베디드 제어기나 통신 프로토콜 등에서 환경과의 상호작용을 정확히 모델링하고 테스트할 수 있게 한다.

실험 결과는 표준 벤치마크와 실제 산업 사례에 적용했을 때, 기존 비최적 테스트 생성 기법 대비 평균 30% 이상의 실행 시간 감소와, 커버리지 목표 달성률 100%를 유지함을 보여준다. 또한, 테스트 목적을 SE‑LTL로 기술함으로써 테스트 설계자와 도메인 전문가 간의 의사소통 비용이 크게 감소한다는 부수적 효과도 확인되었다.

요약하면, LPrTPN 기반의 tioco 적합성 검증, SE‑LTL 기반 목적·커버리지 정의, 그리고 TINA 확장을 통한 자동·시간 최적 테스트 케이스 생성이라는 세 축이 유기적으로 결합되어, 실시간 시스템의 검증 효율성을 크게 향상시킨다.