CN103873317B - 一种ccsds空间链路协议检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种CCSDS空间链路协议的自动检测方法及系统，所述方法为：针对协议包含的各类型业务的敏感字信息，调用改进QS算法逐层进行模式匹配，自动检测CCSDS空间链路协议类型；所述改进QS算法的最大跳跃距离达到j+N，当N较大时，极大提高算法匹配速度。具体说明如下：假设目标串T＝t₀t₁...t_n‑1和模式串P＝p₀p₁...p_m‑1。（1）当字符t_i+m在模式串当中，跳跃距离为j,j为字符b在模式串P从右向左的过程中第一次出现的位置。（2）从右向左寻找模式串中出现连续字符数目最大的位置，标记其位置为k(k≠1)，连续字符数为N；（3）模式串中的第一个连续字符和目标串对应位置的字符进行比较，若相等，则与QS（quicksearch）算法一样，跳跃距离为j；若不相等，则跳跃j+N。（4）当字符t_i+m不在模式串当中，跳跃距离为m+1。

Description

一种CCSDS空间链路协议检测方法及系统

技术领域

本发明涉及空间数据通信领域，特别是涉及空间链路协议应用的标准化检测领域，尤其是针对CCSDS空间链路协议标准化应用的检测方法，即本发明提供了一种CCSDS空间链路协议检测方法及系统。

背景技术

CCSDS（consultative committee for space data system）空间链路协议作为一种空间数据系统传输标准在空间数据通信领域得到了广泛的应用，目前在对空间链路协议进行标准化检测方面，缺乏自动化检测方法，通常采用人工检测，为了判定协议应用是否符合标准，经常需要反复回溯查看比对，因此导致检测效率低，检测效果差，最终影响了数据判读的准确度。而在实际应用中，需要及时准确的确认空间数据传输设备和处理设备所应用的协议是否符合标准，才能够采用与之匹配的方法判读数据，保证不同接口单元之间的数据格式的一致性。因此如何有效的解决对空间链路协议检测的问题成为亟待解决的技术问题。

在对协议进行自动检测中，需要采用高效的模式串匹配算法。作为一种单模式串匹配算法，QS（quick search）算法广泛应用于文本串信息检索匹配中，对于短模式串情况，算法效率较高。但对于CCSDS空间链路协议来说，待检测的信息是大量的’0’、’1’二进制位流数据，模式串较长，QS（quick search）算法的效率较低。为此，需要对QS（quick search）算法进行改进，使之适用于小字符集的模式匹配，尤其是CCSDS空间数据链路协议的二进制位流数据检测。

假设目标串T＝t₀t₁...t_n-1和模式串P＝p₀p₁...p_m-1。QS（quick search）算法的基本思想是利用本次匹配不成功，尽可能多的跳过字符。设文本串当前的窗口为t_it_{i+ 1}...t_i+m-1，在它与模式串P＝p₀p₁...p_m-1对齐发生匹配后，下一次移动的距离最少为1。由此，就可以利用文本串的下一个字符t_i+m的信息。每次匹配结束后，QS算法总是在模式串中寻找与字符t_i+m相同的字符来产生跳跃。这就得出了两种情况:

1）当字符t_i+m在模式串当中，跳跃距离为j,其中j为字符b在模式串P从右向左的过程中第一次出现的位置。

2）当字符t_i+m不在模式串当中，跳跃距离为m+1。

对于CCSDS链路层协议来说，我们所需要识别的是二进制流，只有’0’、’1’两个字符，其字符集大小仅为2，而模式串为大量的位流数据，长度也比较长。例如，当我们识别数据中是否含有TM/AOS传输帧同步字时，其长度为4字节32位二进制串：00011010110011111111110000011101(16进制为：1ACFFC1D)。分析该二进制模式串可知，QS（quick search）算法的坏字符表只有0和1两项，在模式串中对应的跳跃距离分别为2和1。而字符t_i+m非0即1，每次匹配的最大跳跃距离仅为2。这无疑会制约算法的匹配速度。

但经过分析会发现，二进制模式串中通常会存在连续出现的0或1，其连续出现的个数越多，对跳跃步长的贡献越大。因此，可以利用模式串中的连‘0’或连‘1’特性，对QS（quick search）算法进行改进，提高算法效率，达到对协议进行自动检测的目的。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术的上述问题，本发明提供了一种CCSDS空间链路协议自动检测方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供一种CCSDS空间链路协议的自动检测方法，所述方法为：针对协议包含的各类型业务的敏感字信息，调用改进QS算法逐层进行模式匹配，实现自动检测CCSDS空间链路协议类型的目的；

其中，所述改进QS算法具体为：

当目标串为T＝t₀t₁...t_n-1，模式串为P＝p₀p₁...p_m-1，设文本串当前的窗口为t_it_i+1...t_i+m-1，在它与模式串P＝p₀p₁...p_m-1对齐发生匹配后，下一次移动的距离为：

步骤101）当目标串中t_i+m字符为b且该字符同时在模式串P当中存在时，模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为j,其中j为字符b在模式串P中从右向左的过程中第一次出现的位置；

步骤102）从右向左寻找模式串P中出现连续字符数目最大的位置，标记其位置为k，连续字符数为N；

步骤103）模式串P中的第一个连续字符和目标串对应位置的字符进行比较，若相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离仍为j；若不相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃“j+N”；

步骤104）当字符t_i+m对应的字符b不在模式串P当中时，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为m+1。

针对一次具体的检测过程，所述CCSDS空间链路协议检测方法具体为：

步骤101）读取待检测的位流数据文件；

步骤102）调用改进QS算法对位流数据进行同步字检测，确定目标是否属于TM或者AOS；

步骤103）采用改进的QS算法确定目标是否应用了TC；

步骤104）如果目标属于TM或者AOS协议，就先设定解扰标志为0，跳过解扰进行Reed Solomn交织深度以及编码检测；

步骤105）如果成功判定Reed Solomn交织深度和编码类型则判定数据为TM/AOS协议数据；如果检测不成功，则将解扰标志置为1进行TM/AOS解扰，然后重新进行Reed Solomn交织深度以及编码检测，此时检测成功就判定数据为CCSDS TM/AOS协议数据，否则为非CCSDS协议数据；

步骤106）如果属于TC，则判定数据为TC有效帧，否则判定数据为非CCSDS协议数据；

步骤107）如果TM/TC/AOS同步字检测均失败，则进行卷积编码检测。卷积编码检测成功则进行相应码率的卷积译码；

步骤108）输出检测结果，给出待检测对象是否符合CCSDS标准的报告、协议类型报告、所用协议版本号的报告，检测结束。

上述步骤102）具体为：

调用改进QS算法对位流数据进行同步字检测，将模式串设定为十六进制{1ACFFC1D}；

检测过程中按照改进QS算法统计模式串中连续字符‘1’最长为10，并依据该最长字符依据改进QS算法设定跳跃步长；

如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则目标初步判定待检测位流数据属于TM或者AOS，否则为其它。

上述步骤103）具体为：

将模式串P更换为十六进制{EB90}，检测过程中按照改进QS算法统计模式串中连续字符‘0’最长为4，并依据该最长字符串和改进QS算法设定跳跃步长，如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则初步判定待检测位流数据应用了TC，否则为其它。

基于上述方法本发明提供一种CCSDS空间链路协议自动检测系统，所述系统包含：输入模块、检测模块和输出模块；

输入模块，用于输入待检测的位流数据；

检测模块进一步包含串联连接的：TM/TC/AOS同步字检测单元、卷积编码检测单元、Reed Solomn编码检测单元和扰码检测单元，其中所述同步字检测单元采用改进的QS算法进行自动模式匹配；

输出模块，用于确认待检测对象是否符合CCSDS标准的报告、TM/TC/AOS协议类型报告或所用协议版本号的报告；

其中，所述改进的QS算法具体为：

当目标串为T＝t₀t₁...t_n-1，模式串为P＝p₀p₁...p_m-1，设文本串当前的窗口为t_it_i+1...t_i+m-1，在它与模式串P＝p₀p₁...p_m-1对齐发生匹配后，下一次移动的距离为：

步骤101）当目标串中t_i+m字符为b且该字符同时在模式串P当中存在时，模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为j,其中j为字符b在模式串P中从右向左的过程中第一次出现的位置；

步骤102）从右向左寻找模式串P中出现连续字符数目最大的位置，标记其位置为k，连续字符数为N；

步骤103）模式串P中的第一个连续字符和目标串对应位置的字符进行比较，若相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离仍为j；若不相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃“j+N”；

步骤104）当字符t_i+m对应的字符b不在模式串P当中时，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为m+1。

上述TM/AOS同步字检测单元同步字检测单元进一步包含：

第一模式串设定模块，用于将模式串P设定为十六进制{1ACFFC1D}；

连续字符串检测模块，用于统计设定的模式串P中最长的连续字符，和该最长连续字符的长度，并记录该长度10；

第一跳跃步长设定模块，用于依据该最长字符的长度依据改进QS算法设定跳跃步长；和

第二判决输出模块，用于判断如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则目标初步判定待检测位流数据属于TM或者AOS，否则为其它。

上述同步字检测单元还包含：

第二模式串设定模块，用于将模式串P设置为十六进制{EB90}；

第二统计连续字符串个数，用于统计设定的模式串P中连续字符的长度为‘并记录该连续的零串的长度4；

第二跳跃步长设定模块，用于依据最长连续字符串的长度4和改进QS算法设定跳跃步长；

第二判决输出模块，用于判决如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则初步判定待检测位流数据应用了TC，否则为其它。

总之，本发明的有益效果是：提出一种QS（quick search）算法的改进算法，并将其应用于CCSDS空间链路协议检测，实现协议敏感信息的自动匹配，解决了现有技术中人工检测中反复回溯比对的问题。本发明提供的方法能够自动检测数据是否符合CCSDS空间链路协议标准，显著提高协议检测效率，方便数据查看和判读，提高测试自动化水平。

附图说明

图1是QS算法改进前后的应用效果比较图；

图2是本发明提供的实现CCSDS空间链路协议检测方法的系统组成示意图；

图3是本发明提供的实现CCSDS空间链路协议检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做出详细解释。

本发明的技术方案采用一种QS（quick search）算法的改进算法。

本发明提供的方法是按照协议封装的逆序，针对协议不同类型业务的敏感字信息，调用QS（quick search）算法的改进算法，逐层进行模式匹配，实现自动检测的目的。该检测方法不仅解决了人工检测中反复回溯的问题，而且通过跳跃式匹配，提高了检测效率。

本发明对于QS（quick search）算法的改进之处在于：

在QS（quick search）算法跳跃距离的基础上增加了对字符连续位置开始处的比较，比较时可以只选择一位，也可以选择两位进行。最大跳跃距离可以达到j+N，当N较大时，可以极大提高算法匹配速度。

具体说明如下：

假设目标串T＝t₀t₁...t_n-1和模式串P＝p₀p₁...p_m-1。

（1）当字符t_i+m在模式串当中，跳跃距离为j,其中j为字符b在模式串P从右向左的过程中第一次出现的位置。

（2）从右向左寻找模式串中出现连续字符数目最大的位置，标记其位置为k(k≠1)，连续字符数为N；

（3）模式串中的第一个连续字符和目标串对应位置的字符进行比较，若相等，则与QS（quick search）算法一样，跳跃距离为j；若不相等，则跳跃j+N。

（4）当字符t_i+m不在模式串当中，跳跃距离为m+1。

算法的匹配过程如附图1所示。

通过以上方法，对QS（quick search）算法进行改进，使之适用于CCSDS二进制位流数据同步字的检测中。

如图2所示，系统包括输入、检测工具、输出三个部分。输入是待检测位流数据，事先存储于计算机硬盘、移动硬盘、光盘等存储介质上，检测工具包括TM/TC/AOS同步字检测工具、卷积编码检测工具、Reed Solomn编码检测工具、扰码检测工具，同步字检测工具调用了QS（quick search）算法改进算法进行自动模式匹配，其它检测工具调用相应的检测方法，输出内容包括待检测对象是否符合CCSDS标准的报告、TM/TC/AOS协议类型报告、所用协议版本号的报告。

1.1工作流程，如图3所示

1)读取事先存储在计算机硬盘、移动硬盘、光盘等存储介质上的位流数据文件；

2)调用QS（quick search）改进算法对位流数据进行同步字检测，模式串设定为十六进制{1ACFFC1D}，检测过程中按照改进算法要求，统计模式串中连续字符‘1’最长为10设定跳跃步长，如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则目标可能属于TM或者AOS，否则，可能为其它；

3)将模式串更换为十六进制{EB90}，检测过程中按照改进算法要求，统计模式串中连续字符‘0’最长为4设定跳跃步长，如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则目标可能应用了TC，否则，可能为其它

4)如果属于TM或者AOS协议，就先设定解扰标志为0，跳过解扰进行ReedSolomn交织深度以及编码检测；

5)如果成功判定Reed Solomn交织深度和编码类型则判定数据为TM/AOS协议数据；如果检测不成功，则将解扰标志置为1进行TM/AOS解扰，然后重新进行ReedSolomn交织深度以及编码检测，此时检测成功就判定数据为CCSDS TM/AOS协议数据，否则为非CCSDS协议数据；

6)如果属于TC，则判定数据为TC有效帧，否则判定数据为非CCSDS协议数据；

7)如果TM/TC/AOS同步字检测均失败，则进行卷积编码检测。卷积编码检测成功则进行相应码率的卷积译码；

8)输出检测结果，给出待检测对象是否符合CCSDS标准的报告、协议类型报告、所用协议版本号的报告；

本次检测结束。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种CCSDS空间链路协议的自动检测方法，所述方法为：针对协议包含的各类型业务的敏感字信息，调用改进QS算法逐层进行模式匹配，实现自动检测CCSDS空间链路协议类型的目的；

其中，所述改进QS算法具体为：

当目标串为T＝t₀t₁...t_n-1，模式串为P＝p₀p₁...p_m-1，设文本串当前的窗口为t_it_{i+ 1}...t_i+m-1，在它与模式串P＝p₀p₁...p_m-1对齐发生匹配后，下一次移动的距离为：

步骤101)当目标串中t_i+m字符为b且该字符同时在模式串P当中存在时，模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为j,其中j为字符b在模式串P中从右向左的过程中第一次出现的位置；

步骤102)从右向左寻找模式串P中出现连续字符数目最大的位置，标记其位置为k，该位置的连续字符数为N；

步骤103)模式串P中的第一个连续字符和目标串对应位置的字符进行比较，若相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离仍为j；若不相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃“j+N”；

步骤104)当字符t_i+m对应的字符b不在模式串P当中时，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为m+1。

2.根据权利要求1所述的CCSDS空间链路协议的自动检测方法，其特征在于，针对一次具体的检测过程，所述CCSDS空间链路协议检测方法具体为：

步骤1-1)读取待检测的位流数据文件；

步骤1-2)调用改进QS算法对位流数据进行同步字检测，确定目标是否属于TM协议或者AOS协议；

步骤1-3)采用改进的QS算法确定目标是否应用了TC协议；

步骤1-4)如果目标属于TM协议或者AOS协议，就先设定解扰标志为0，跳过解扰进行Reed Solomn交织深度以及编码检测；

步骤1-5)如果成功判定Reed Solomn交织深度和编码类型则判定数据为TM/AOS协议数据；如果检测不成功，则将解扰标志置为1进行TM/AOS解扰，然后重新进行Reed Solomn交织深度以及编码检测，此时检测成功就判定数据为CCSDS TM/AOS协议数据，否则为非CCSDS协议数据；

步骤1-6)如果属于TC协议，则判定数据为TC协议有效帧，否则判定数据为非CCSDS协议数据；

步骤1-7)如果TM/TC/AOS同步字检测均失败，则进行卷积编码检测，卷积编码检测成功则进行相应码率的卷积译码；

步骤1-8)输出检测结果，给出待检测对象是否符合CCSDS标准的报告、协议类型报告、所用协议版本号的报告，检测结束。

3.根据权利要求2所述的CCSDS空间链路协议的自动检测方法，其特征在于，所述步骤1-2)具体为：

调用改进QS算法对位流数据进行同步字检测，将模式串设定为十六进制{1ACFFC1D}；

检测过程中按照改进QS算法统计模式串中连续字符‘1’，该连续字符长度最长为10，并依据该最长字符和改进QS算法设定跳跃步长；

如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则目标初步判定待检测位流数据属于TM协议或者AOS协议，否则为其它。

4.根据权利要求2所述的CCSDS空间链路协议的自动检测方法，其特征在于，所述步骤1-3)具体为：

将模式串P更换为十六进制{EB90}，检测过程中按照改进QS算法统计模式串中连续字符‘0’,该连续字符长度最长为4，并依据该最长字符串和改进QS算法设定跳跃步长，如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则初步判定待检测位流数据应用了TC协议，否则为其它。

5.一种CCSDS空间链路协议自动检测系统，所述系统包含：输入模块、检测模块和输出模块；

输入模块，用于输入待检测的位流数据；

检测模块进一步包含串联连接的：TM/TC/AOS同步字检测单元、卷积编码检测单元、Reed Solomn编码检测单元和扰码检测单元，其中所述TM/TC/AOS同步字检测单元采用改进的QS算法进行自动模式匹配；

输出模块，用于确认待检测对象是否符合CCSDS标准的报告、TM/TC/AOS协议类型报告或所用协议版本号的报告；

其中，所述改进的QS算法具体为：

当目标串为T＝t₀t₁...t_n-1，模式串为P＝p₀p₁...p_m-1，设文本串当前的窗口为t_it_{i+ 1}...t_i+m-1，在它与模式串P＝p₀p₁...p_m-1对齐发生匹配后，下一次移动的距离为：

步骤101)当目标串中t_i+m字符为b且该字符同时在模式串P当中存在时，模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为j,其中j为字符b在模式串P中从右向左的过程中第一次出现的位置；

步骤102)从右向左寻找模式串P中出现连续字符数目最大的位置，标记其位置为k，该位置的连续字符数为N；

步骤103)模式串P中的第一个连续字符和目标串对应位置的字符进行比较，若相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离仍为j；若不相等，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃“j+N”；

步骤104)当字符t_i+m对应的字符b不在模式串P当中时，则模式串P相对于目标串当前位置的跳跃距离为m+1。

6.根据权利要求5所述的CCSDS空间链路协议自动检测系统，其特征在于，所述TM/TC/AOS同步字检测单元同步字检测单元进一步包含：

第一模式串设定模块，用于将模式串P设定为十六进制{1ACFFC1D}；

连续字符串检测模块，用于统计设定的模式串P中最长的连续字符，和该最长连续字符的长度，并记录该长度；

第一跳跃步长设定模块，用于依据该最长字符的长度依据改进QS算法设定跳跃步长；和

第二判决输出模块，用于判断如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则目标初步判定待检测位流数据属于TM协议或者AOS协议，否则为其它。

7.根据权利要求6所述的CCSDS空间链路协议自动检测系统，其特征在于，所述TM/TC/AOS同步字检测单元还包含：

第二模式串设定模块，用于将模式串P设置为十六进制{EB90}；

第二统计连续字符串个数，用于统计设定的模式串P中连续字符的长度并记录该连续的零串的长度；

第二跳跃步长设定模块，用于依据最长连续字符串的长度和改进QS算法设定跳跃步长；

第二判决输出模块，用于判决如果目标串中连续3次与模式串匹配成功，并且相互之间的间隔相同，则初步判定待检测位流数据应用了TC协议，否则为其它。