Concluyendo, cuando nos enfrentamos con una situación similar a la que he descrito, lo ideal antes de comenzar con las pruebas del sistema es sentar una base concreta de conocimiento sobre el mismo, la cual debería incluir:
- Requerimientos y necesidades
- Casos de uso
- Casos de prueba
De esta forma se garantiza la coherencia de las pruebas del sistema. Pero no debemos olvidar que esta metodología no contempla la validez de las pruebas ya que no tenemos forma de determinar la relación entrada-salida en la mayoría de los casos.

Muy buen post,la verdad que lo voy a tener en cuenta para el futuro. Y es como vos decis, primero siempre hace falta conoces los casos de uso para saber que es lo que se debe testear y de que forma.
Un abrazo