Условия неискаженного воспроизведения сигнала линейной стационарной системой. Условия неискажённой передачи сигнала. Методы решения задач в линейных стационарных системах с сосредоточенными параметрами

Аннотация: Лекция является второй из трех рассматривающих уровни процесса верификации. Тема данной лекции - процесс интеграционного тестирования, его задачи и цели. Рассматриваются организационные аспекты интеграционного тестирования - структурная и временная классификации методов интеграционного тестирования, планирование интеграционного тестирования. Цель данной лекции: дать представление о процессе интеграционного тестирования, его технической и организационной составляющих

20.1. Задачи и цели интеграционного тестирования

Результатом тестирования и верификации отдельных модулей, составляющих программную систему, должно быть заключение о том, что эти модули являются внутренне непротиворечивыми и соответствуют требованиям. Однако отдельные модули редко функционируют сами по себе, поэтому следующая задача после тестирования отдельных модулей - тестирование корректности взаимодействия нескольких модулей, объединенных в единое целое. Такое тестирование называют интеграционным . Его цель - удостовериться в корректности совместной работы компонент системы.

Интеграционное тестирование называют еще тестированием архитектуры системы . С одной стороны, это название обусловлено тем, что интеграционные тесты включают в себя проверки всех возможных видов взаимодействий между программными модулями и элементами, которые определяются в архитектуре системы - таким образом, интеграционные тесты проверяют полноту взаимодействий в тестируемой реализации системы. С другой стороны, результаты выполнения интеграционных тестов - один из основных источников информации для процесса улучшения и уточнения архитектуры системы, межмодульных и межкомпонентных интерфейсов. Т.е., с этой точки зрения, интеграционные тесты проверяют корректность взаимодействия компонент системы.

Примером проверки корректности взаимодействия могут служить два модуля, один из которых накапливает сообщения протокола о принятых файлах, а второй выводит этот протокол на экран. В функциональных требованиях к системе записано, что сообщения должны выводиться в обратном хронологическом порядке. Однако, модуль хранения сообщений сохраняет их в прямом порядке, а модуль вывода использует стек для вывода в обратном порядке. Модульные тесты, затрагивающие каждый модуль по отдельности, не дадут здесь никакого эффекта - вполне реальна обратная ситуация, при которой сообщения хранятся в обратном порядке, а выводятся с использованием очереди. Обнаружить потенциальную проблему можно только проверив взаимодействие модулей при помощи интеграционных тестов. Ключевым моментом здесь является то, что в обратном хронологическом порядке сообщения выводит система в целом, т.е., проверив модуль вывода и обнаружив, что он выводит сообщения в прямом порядке, мы не сможем гарантировать, что мы обнаружили дефект.

В результате проведения интеграционного тестирования и устранения всех выявленных дефектов получается согласованная и целостная архитектура программной системы, т.е. можно считать, что интеграционное тестирование - это тестирование архитектуры и низкоуровневых функциональных требований.

Интеграционное тестирование , как правило, представляет собой итеративный процесс, при котором проверяется функциональной все более и более увеличивающейся в размерах совокупности модулей.

20.2. Организация интеграционного тестирования

20.2.1. Структурная классификация методов интеграционного тестирования

Как правило, интеграционное тестирование проводится уже по завершении модульного тестирования для всех интегрируемых модулей. Однако это далеко не всегда так. Существует несколько методов проведения интеграционного тестирования:

• восходящее тестирование ;
• монолитное тестирование ;
• нисходящее тестирование .

Все эти методики основываются на знаниях об архитектуре системы, которая часто изображается в виде структурных диаграмм или диаграмм вызовов функций . Каждый узел на такой диаграмме представляет собой программный модуль, а стрелки между ними представляют собой зависимость по вызовам между модулями. Основное различие методик интеграционного тестирования заключается в направлении движения по этим диаграммам и в широте охвата за одну итерацию.

Восходящее тестирование . При использовании этого метода подразумевается, что сначала тестируются все программные модули, входящие в состав системы и только затем они объединяются для интеграционного тестирования. При таком подходе значительно упрощается локализация ошибок: если модули протестированы по отдельности, то ошибка при их совместной работе есть проблема их интерфейса. При таком подходе область поиска проблем у тестировщика достаточно узка, и поэтому гораздо выше вероятность правильно идентифицировать дефект.

Рис. 20.1.

Однако, у восходящего метода тестирования есть существенный недостаток - необходимость в разработке драйвера и заглушек для модульного тестирования перед проведением интеграционного тестирования и необходимость в разработке драйвера и заглушек при интеграционном тестировании части модулей системы (Рис 20.1)

С одной стороны драйверы и заглушки - мощный инструмент тестирования, с другой - их разработка требует значительных ресурсов, особенно при изменении состава интегрируемых модулей, иначе говоря, может потребоваться один набор драйверов для модульного тестирования каждого модуля, отдельный драйвер и заглушки для тестирования интеграции двух модулей из набора, отдельный - для тестирования интеграции трех модулей и т.п. В первую очередь это связано с тем, что при интеграции модулей отпадает необходимость в некоторых заглушках, а также требуется изменение драйвера, которое поддерживает новые тесты, затрагивающие несколько модулей.

Монолитное тестирование предполагает, что отдельные компоненты системы серьезного тестирования не проходили. Основное преимущество данного метода - отсутствие необходимости в разработке тестового окружения, драйверов и заглушек. После разработки всех модулей выполняется их интеграция, затем система проверяется вся в целом. Этот подход не следует путать с системным тестированием, которому посвящена следующая лекция. Несмотря на то, что при монолитном тестировании проверятся работа всей системы в целом, основная задача этого тестирования - определить проблемы взаимодействия отдельных модулей системы. Задачей же системного тестирования является оценка качественных и количественных характеристик системы с точки зрения их приемлемости для конечного пользователя.

Монолитное тестирование имеет ряд серьезных недостатков.

• Очень трудно выявить источник ошибки (идентифицировать ошибочный фрагмент кода). В большинстве модулей следует предполагать наличие ошибки. Проблема сводится к определению того, какая из ошибок во всех вовлечённых модулях привела к полученному результату. При этом возможно наложение эффектов ошибок. Кроме того, ошибка в одном модуле может блокировать тестирование другого.
• Трудно организовать исправление ошибок. В результате тестирования тестировщиком фиксируется найденная проблема. Дефект в системе, вызвавший эту проблему, будет устранять разработчик. Поскольку, как правило, тестируемые модули написаны разными людьми, возникает проблема - кто из них является ответственным за поиск устранение дефекта? При такой "коллективной безответственности" скорость устранения дефектов может резко упасть.
• Процесс тестирования плохо автоматизируется. Преимущество (нет дополнительного программного обеспечения, сопровождающего процесс тестирования) оборачивается недостатком. Каждое внесённое изменение требует повторения всех тестов.

Нисходящее тестирование предполагает, что процесс интеграционного тестирования движется следом за разработкой. Сначала тестируют только самый верхний управляющий уровень системы, без модулей более низкого уровня. Затем постепенно с более высокоуровневыми модулями интегрируются более низкоуровневые. В результате применения такого метода отпадает необходимость в драйверах (роль драйвера выполняет более высокоуровневый модуль системы), однако сохраняется нужда в заглушках (]. По своей сути такой подход не является новым типом интеграционного тестирования, просто меняется минимальный элемент, получаемый в результате интеграции. При интеграции модулей на процедурных языках программирования можно интегрировать любое количество модулей при условии разработки заглушек. При интеграции классов в кластеры существует достаточно нестрогое ограничение на законченность функциональности кластера. Однако, даже в случае объектно-ориентированных систем возможно интегрировать любое количество классов при помощи классов-заглушек.

Вне зависимости от применяемого метода интеграционного тестирования, необходимо учитывать степень покрытия интеграционными тестами функциональности системы. В работе был предложен способ оценки степени покрытия, основанный на управляющих вызовах между функциями и потоках данных. При такой оценке код всех модулей на структурной диаграмме системы должен быть выполнен (должны быть покрыты все узлы), все вызовы должны быть выполнены хотя бы единожды (должны быть покрыты все связи между узлами на структурной диаграмме), все последовательности вызовов должны быть выполнены хотя бы один раз (все пути на структурной диаграмме должны быть покрыты) .

Интеграционное тестирование редко попадает в заголовки статей из раздела «Информационные технологии». Масштаб ошибок интеграции не сравнится по степени критичности и по размеру понесенных убытков с ошибками безопасности.

Бизнес, который готовится выпустить продукт на рынок, также редко закладывает в план тестирование интеграции. Обычно проверяется функциональность решения (в рамках ), возможность ПО работать в различных браузерах и ОС (кроссбраузерное и кроссплатформенное тестирование соответственно) или локализация продукта (если речь идет о выпуске решения на международный рынок).

Однако важность интеграционного тестирования недооценивать нельзя. Грамотное интеграционное тестирование – один из основных шагов на пути к выпуску надежного продукта.

Что же это за тестирование и как оно проводится?

Первой на ум приходит интеграция продукта с платежными сервисами. Это, безусловно, важный аспект для проверки тестировщиками, но далеко не единственный.

Бизнес сегодня опирается на множество программных решений: вебсайт, системы ERP, CRM, CMS. От интеграции всех систем зависит качество обработки запросов пользователей, скорость предоставления услуг и успешность бизнеса в целом.

На примере реального проекта a1qa покажем, интеграция каких систем может тестироваться и что требуется от команды, чтобы получить релевантные результаты проверок.

Интеграционное тестирование: обзор проекта

Заказчик

В a1qa обратился представитель популярного англоязычного журнала. Издание доступно как в печатном виде, так и онлайн. На тестировании онлайн-портала и сфокусировалась команда a1qa.

Задача проекта

Помимо функциональности портала, команда должна была проверить модуль подписки, который состоял из нескольких компонентов. Данный модуль представлял особую важность, поскольку именно он отвечал за монетизацию онлайн-версии журнала.

Для реализации функции подписки и ее управления заказчик использовал следующие программные решения:

• CMS-решение eZ Publish. Функция – предоставлять любые данные о подписках с применением различных фильтров: типа подписки, ее продолжительности, применяемых скидок, бонусов и так далее.
• Вебсайт, через который пользователь взаимодействует с системой.
• CRM Salesforce. Функция – хранение данных о пользователях и приобретенных ими подписках. Дополнительная надстройка позволяет команде заказчика управлять приобретенными подписками, а также создавать новые и проверять старые подписки.
• SaaS-решение Zuora для выставления счетов и обработки платежей.
• Обмен данными между системами осуществляется с помощью сервисной шины Mule ESB.
• База данных как инструмент Business Intelligence.
• Salesforce Marketing Cloud – инструмент рассылки корреспонденции и коммуникации с пользователями.
• Drupal ранее использовался вместо eZ Publish. На данный момент все еще остается системой, хранящей данные о зарегистрированных пользователях, и инструментом для публикации статей, видео- и аудио-контента.

Процесс оформления подписки был построен следующим образом:

1. Подготовка набора данных, создание подписки.
2. Предоставление пользователю возможности приобретения подписки после внесения персональных и платежных данных.
3. Обработка заказа третьей стороной, предоставляющей свои услуги клиенту в данной сфере.

Цель клиента

Клиент хотел освободить процесс от третьих сторон. Для этого требовалось убедиться, что разработанная система подписки может бесперебойно решать все задачи без участия третьих сторон.

Задача тестирования

Команда a1qa должна была подтвердить, что продукт способен выполнять возложенные функции. В ходе проекта некоторые компоненты разрабатывались с нуля, некоторые настраивались на базе готовых.

Важно было проверить, как они взаимодействуют между собой, и ответить на вопрос: способна ли вся система решать требуемые задачи?

Стратегия проведения интеграционного тестирования a1qa

1. Определены ключевые бизнес-процессы, которые должна выполнять система: создание, отмена, приостановка и возобновление подписки, изменение платежной информации для подписки и т.д.
2. Разработана тестовая документация с учетом всех возможных вариаций. Вариации – различные альтернативные выполнения операций (например, отмена подписки может произойти по желанию заказчика, а может быть произведена автоматически, если платежные данные были отклонены банком), а также различные параметры (например, тип продукта). В документации требовалось учесть проверку того, например, что создание подписки пройдет успешно для всех продуктов в рамках каждого бизнес-процесса.
3. Проведение тестирования, которое заключалось в пошаговом прохождении каждого бизнес-процесса со стартового компонента (где он был инициирован) через все промежуточные и до финального (или финальных) с проверкой того, что все данные передаются правильно, а ожидаемые события на самом деле случаются.

Большинство процессов включало в себя передачу данных из одного модуля (чаще всего из Salesforce) во все остальные. Если начальной точкой был не SF, то информация из модуля поступала в MuleESB, а потом в SF, а оттуда во все остальные (опять же, через MuleESB).

На проведение тестирования интеграции было потрачено порядка 40% всех трудозатрат QA-команды.

Трудности

Большинство трудностей при проведении тестирования интеграции было вызвано недостаточной проработкой требований на начальном этапе проекта. Именно некачественные требования стали причиной множества дефектов и нестабильности системы в целом.

Поясним. Изначально требования выглядели как набор пользовательских историй (User Story) в JIRA и содержали только заголовки без какого-либо пояснения. Создавали их чаще всего разработчики.

Команда a1qa инициировала изменения в подходе написания требований: теперь для них обязательно добавляются описания и Acceptance Criteria, создаются промежуточные задачи с четким определением, кто и за что отвечает.

Автоматизация интеграционного тестирования

Автоматизация тестирования – непростой вопрос, который требует внимательного сопоставления всех «за» и «против».

Автоматизация интеграционного тестирования требует еще более внимательного подхода. С одной стороны, разработка автотестов сокращает время на выполнение тестов. С другой стороны, автотесты эффективны, когда работают с повторяющимися наборами данных или, как минимум, предсказуемыми.

А при оформлении подписки далеко не всегда так происходит: данные обновляются регулярно и хаотично. Поэтому тестирование проводилось преимущественно вручную.
Лишь на поздних стадиях проекта была внедрена автоматизация. Какие же тест-кейсы были автоматизированы? Были отобраны ключевые бизнес-процессы. Для каждого бизнес-процесса были прописаны вариации его прохождения. Автоматизированы были те тест-кейсы, которые покрывали регулярные и стабильные бизнес-процессы. Тем самым, автоматизация обеспечила максимальное покрытие при оптимальных затратах усилий.

Результаты

Работа над проектом продолжается, но уже можно сказать, что система функционирует надежно. Каждый компонент выполняет свою роль. А все вместе они помогают достичь поставленной цели – обеспечить бесперебойную работу важных для заказчика бизнес-процессов.

Подводя итоги

Тестирование интеграции обязательно, если на проекте задействованы процессы со сложной бизнес-логикой, которые задействуют различные системы.

Для проведения эффективного тестирования, обнаружения всех дефектов и недочетов команда по тестированию должна:

1. Понимать структуру продукта, знать, как между собой взаимодействуют все модули;
2. Владеть спецификой проекта. Это важно для написания хороших тест-кейсов, анализа результатов прогона тестов, выбора между ручным и автоматизированным тестированием.

Как заказать интеграционное тестирование?

Для получения бесплатной консультации по интеграционному тестированию, заполните .

При анализе прохождения сигналов через линейные цепи можно пользоваться методами, известными из курса «Основы теории цепей».

Выбор наиболее удобного метода анализа зависит от структуры цепи, вида воздействующего на нее сигнала, а также от того, в какой форме (частотной или временной) должен быть представлен выходной сигнал.

Например, анализ прохождения относительно простых сигналов (импульсов включения, гармонических колебаний и т. п.) через цепи, которые описываются линейными дифференциальными уравнениями не выше второго порядка, достаточно просто выполняется классическим методом дифференциальных уравнений. В тех случаях, когда решение дифференциальных уравнений затрудняется (воздействие сложных сигналов на цепи со сложной структурой), целесообразно использовать такие методы, как спектральный (операторный ) илиметод интеграла наложения , основанные на принципе суперпозиции.

При анализе прохождения сигналов через узкополосные системы, помимо перечисленных методов анализа, дающих точное решение, применяются приближенные методы, позволяющие для ряда задач получить решения, достаточно близкие к точным. Ниже на рисунке схематически представлена классификация методов анализа, которые рассматриваются в этой главе. Будут рассмотрены приближенные методы анализа (методы огибающей, «мгновенной» частоты, приближенный спектральный метод) и примеры их использования.

Методы решения задач в линейных стационарных системах с сосредоточенными параметрами

Точные методы решения задач в линейных стационарных системах с сосредоточенными параметрами

Спектральный метод

Пусть на входе линейного четырехполюсника с заданной передаточной функцией действует произвольный сигнал x(t), обладающий спектральной плотностью:

Согласно спектральному методу анализа спектральная плотность сигнала y (t ) на выходе четырехполюсника равна произведению спектральной плотности входного сигнала на передаточную функцию цепи, т. е.

Применяя обратное преобразование Фурье, определяем выходной сигнал как функцию времени

Спектральный метод

Из сравнения (5.16) с (5.14) следует, что сигнал на выходе линейного четырехполюсника можно получить суммированием элементарных спектральных составляющих входного сигнала

с комплексными амплитудами, умноженными на функцию .

Передаточная функция цепи , определяющая относительный вклад

составляющих спектра входного сигнала в сигнал y (t ), имеет смысл

весовой функции.

Сигнал проходит через линейную цепь без искажений, если его форма не изменяется, а происходит только изменение масштаба и сдвиг во времени.

При прохождении через линейный четырехполюсник сигнала x (t ) спектральная плотность выходного сигналаy (t ), равная

Искажения, вызванные частотной зависимостью передаточной функции линейного четырехполюсника называют линейными (иличастотными)

искажениями. О характере и величине этих искажений можно судить по амплитудно- и фазочастотным характеристикам цепи, т. е. по модулю и аргументу функции .

При прохождении сигнала x (t ) через неискажающий четырехполюсник реакциюу(t) можно записать в виде

где = const - коэффициент пропорциональности,t 3 - время задержки.

Условия неискаженной передачи сигнала линейным четырехполюсником

Учитывая свойство линейности и временного сдвига, спектральную плотность реакции цепи можно записать как

Следовательно, неискажающий четырехполюсник должен иметь передаточную функцию вида

создаваемая такой цепью, определяется наклоном её фазовой характеристики

Частотные характеристики реальных четырехполюсников могут приближаться к характеристикам неискажающего четырехполюсника только в ограниченном диапазоне частот.