CN110430008B - 基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统及方法，系统包括：报文接收模块，接收电报转报机发送的民航飞行电报；报文解析模块，用于对接收到的报文进行初步解析，判断是否为有效报文；CRC校验模块，根据报文中是否带有CRC码校验标签，对报文开展CRC码校验；报文校验模块，对报文正确性开展校验；人工处理模块，对于报文校验模块无法自动处理的错误报文，通过人机界面进行完善处理；报文结果处理模块，进行数据处理，并将处理结果生成反馈报，同时把正确指令发送给接收方。本发明的方法通过增加CRC校验算法，确保数据的完整性，减少人工处理，提高报文自动识别率，避免因理解歧义产生安全事故。

Description

基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统及方法

技术领域

本发明属于民用航空空中交通管制(ATC)的飞行电报处理技术领域，具体指代一种基于循环冗余检验(CRC)算法的民航飞行电报校验系统及方法。

背景技术

随着近年来我国民航运输业的快速增长，日益增加的空中交通流量给相应的空中交通管制部门带来了巨大的压力和前所未有的挑战。空管自动化系统是广泛应用于航空部门的空中交通和管理的系统，航空飞行电报是空管自动化系统的重要数据源，同时也是管制指挥的主要信息来源，电报中包含了航空飞行的关键数据信息，如航班计划、气象、航行情报等。这些报文是维护空中交通秩序、保证飞行安全和提高飞行效益必不可少的保障。

由于航空电信网传输系统、突发干扰或人为等因素造成的报文传输“变字”，在一定程度上阻碍了空管交通管制工作的顺利进行。因此，设计一个电报校验工具，弥补现有电报分析处理系统在对电报完整性、正确性检测方面的不足就显得十分必要。

CRC校验(循环冗余校验)是数据通讯中最常采用的校验方式，目前在计算机信息方面广泛使用。本发明采用成熟的CRC-16算法，结合民航行业使用电报报文的运行规则，提出具体步骤和方法。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统及方法，以解决现有技术中航空运输行业报文传输过程中由于航空电信网传输系统、突发干扰或人为等因素造成“变字”问题；本发明的方法通过增加CRC校验算法，系统自动检测在数据传输过程中受到干扰产生误码情况，从而确保数据的完整性，减少人工处理，提高报文自动识别率，避免因理解歧义产生安全事故。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统，包括：

报文接收模块，接收电报转报机发送的民航飞行电报；

报文解析模块，用于对接收到的报文进行初步解析，按照报文规则，初步识别报文，根据该报文类型、名称、发报时间、发报地址，判断是否为有效报文；

CRC校验模块，根据报文中是否带有CRC码校验标签，对报文开展CRC码校验；

报文校验模块，根据报文解析校验规则对报文正确性开展校验及修订；

人工处理模块，对于报文校验模块无法自动处理的错误报文，通过人机界面进行完善处理；

报文结果处理模块，根据报文校验模块或人工处理模块修订本次报文，确定报文的正确性，进行数据处理，并将处理结果生成反馈报；同时把正确指令发送给接收方。

进一步地，所述系统还包括：报文发送模块，用于将生成的反馈报发送给发报方。

本发明的一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验方法，包括步骤如下：

1)通过报文接收处理设备接收民航飞行电报；

2)对上述接收到的报文进行初步解析，根据初步识别报文信息，根据该报文类型、名称、发报时间、发报地址，判断本次报文是否为有效报文，若是则进入步骤3)，若否则在本次报文处理流程结束；

3)判断报文内容中是否有CRC码校验标签；若无则直接进入步骤4)；若有则对报文中含有CRC码校验标签的报文开展CRC码校验，对比校验计算结果，若与报文中CRC码一致，则进入步骤4)，若不一致，则报文处理流程结束，自动回复反馈报(反馈类型：REJ拒绝报)；

4)对报文正确性(包括电报格式、内容、完整性、重复性等)进行检查，根据报文处理运行规则，判断该报文是否需要人工核对，若判断出正确报或废报无需人工核对则直接进入步骤6)；若需要人工核对的错误报文，则进入步骤5)；

5)对无法自动匹配的错误报文进行修订完善，无法修订的报文则认定为废报；

6)根据上述修订完善后的报文及正确报文更新航班运行相关信息，并把正确指令发送给接收方，同时把报文处理结果反馈(反馈类型：ACK接收报)给发送方；针对认定为废报的报文，则报文处理流程结束，自动回复反馈报(反馈类型：REJ拒绝报)给发送方。

进一步地，所述有效报文具体为：

1.报文类型和名称符合民航部门发布的标准规划，比如报文类型不属于AFTN或SITA；

2.报文时间有效性，比如接收到的报文里发报时间是未来时间或很久以前时间；

3.发报地址不是民航相关部门的地址。

进一步地，所述报文解析校验规则负责报文的正确性检查，为了提高报文自动处理率，减轻人工压力，会根据以前无法处理的报文进行总结，找出规律，不断在解析校验规则中增加自动修订的方法。

进一步地，所述报文处理运行规则指对解析校验规则中自动修订报文的方法，根据方法的成熟度进行分类，如成熟度高，就直接认为修订后的报文正确，如成熟度低，就需要人工进一步核对的，确保自动修订的正确性。

本发明主要基于循环冗余检验(CRC)算法，校验由于电传电报变字引起电报解析结果歧义的问题。当前民航组织采用的AFTN和SITA两类电报通信网，这些网在链路通常采用异步串口作为数据传输接口，在底层的数据传输链路上缺少必要的差错控制手段，为避免电报“变字”所产生的安全风险，在电报处理过程中增加CRC检验电报算法，发现数据在传输过程中受到干扰产生误码情况，从而确保数据的完整性，避免解析的报文内容理解歧义，引起安全事故的发生。

本发明的有益效果：

本发明采用CRC算法，校验民航报文传输的准确性，在算法校验过程中充分考虑电报转包机编解码规则的差异性，提出完善性检测规则，提高不同厂家异构系统间兼容性；同时制定报文反馈流程和机制，在运行层面解决信息及时性，透明性等问题，在一定程度上降低安全事故，提升航空运行质量，产生较大的经济和社会效益，具体优点如下：

1、采用CRC算法，其为数据通信领域中最常用的一种查错校验码，是一种数据传输检错功能，稳定性高，易于实现；

2、针对不同厂商异构系统电报编解码差异问题，完善规则，提高CRC校验模块的兼容性和准确性；

3、优化了报文处理流程，增加CRC校验模块，及早发现报文传输过程中由于航空电信网传输系统、突发干扰或人为等因素造成“变字”问题，提高报文自动识别率，避免因理解歧义产生安全事故；

4、增加了报文回馈机制，建立接收双方信息沟通渠道，及时向发报方反馈接收信息，提高双方信息沟通效率。

5、高精度的报文识别和校验是提高交通安全水平和效率水平的重要手段，在一定程度上也会提升航空运行质量，减轻管制员的工作负荷，提升航空运输服务能力。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2为报文CRC算法校验示例示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

对本发明中所用的专用术语和常用缩写进行定义：

ATC：Air traffic control空中交通管制；

AFTN：民航固定格式电报网，承担中国民用航空局国内与国际的空中交通管理，飞行动态，航行气象及民航局有关部门业务事物处理等的信息交换；

SITA：服务航空运输企业实现航班、气象和商务信息等电报传输网络；

CRC：Cyclic Redundancy Check，是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。

本发明的一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统，包括：

报文接收模块，接收电报转报机发送的民航飞行电报；

报文解析模块，用于对接收到的报文进行初步解析，按照报文规则，初步识别报文，根据该报文类型、名称、发报时间、发报地址等关键信息，判断是否为有效报文；

CRC校验模块，根据报文中是否带有CRC码校验标签，对报文开展CRC码校验；

报文校验模块，根据报文解析校验规则对报文正确性开展校验(包括电报格式、内容、完整性、重复性等)及修订；

人工处理模块，对于报文校验模块无法自动处理的错误报文，通过人机界面进行完善处理；

报文结果处理模块，根据报文校验模块或人工处理模块修订本次报文，确定报文的正确性，进行数据处理，并将处理结果生成反馈报，同时把正确指令发送给接收方。

所述系统还包括：报文发送模块，用于将生成的反馈报发送给发报方。

图1为本发明的报文处理流程，图中标识①CRC校验、②和③反馈报流程。

参照图1所示，一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)通过报文接收处理设备接收民航飞行电报；

2)对接收到的报文进行初步解析，根据初步识别报文信息，根据该报文类型、名称、发报时间、发报地址，判断本次报文是否为有效报文，若是则进入步骤3)，若否则在本次报文处理流程结束；

3)判断报文内容中是否有CRC码校验标签；若无则直接进入步骤4)；若有则对报文中含有CRC码校验标签的报文开展CRC码校验，对比校验计算结果，若与报文中CRC码一致，则进入步骤4)，若不一致，则报文处理流程结束，自动回复反馈报；

4)对报文正确性进行检查，根据报文处理运行规则，判断该报文是否需要人工核对，若判断出正确报或废报无需人工核对则直接进入步骤6)；若需要人工核对的错误报文，则进入步骤5)；

5)对无法自动匹配的错误报文进行修订完善，无法修订的报文则认定为废报；

6)根据上述修订完善后的报文及正确报文更新航班运行相关信息，并把正确指令发送给接收方，同时把报文处理结果反馈给发送方；针对认定为废报的报文，则报文处理流程结束，自动回复反馈报给发送方。

具体说明如下：

CRC校验模块：CRC算法是公开算法，包含CRC-4、CRC-5、CRC-6、CRC-7、CRC-8、CRC-16、CRC-32多种类算法，本发明采用CRC-16算法用于校验，具体提供CRC-16/IBM、CRC-16/MAXIM、CRC-16/USB、CRC-16/MODBUS、CRC-16/CCITT、CRC-16/CCITT-FALSE、CRC-16/x⁵、CRC-16/XMODEM、CRC-16/DNP九类。

下列步骤1-2为CRC校验模块建设流程，步骤3-5电报处理过程中使用CRC校验模块流程。

步骤1：采用开源的CRC通用算法模型，编写CRC-16九类核心算法，建立CRC算法参数模型库，具体指标包括：CRC算法名称(NAME)、多项式公式(FORM)、宽度(WIDTH，即CRC比特数)、生成项的简写(POLY，以16进制表示，例如：CRC-16/IBM即是8005，完整的生成项是0x8005)。开始时寄存器(CRC)的初始化预置值(INIT，十六进制表示)、计算结果与此参数异或后得到最终的CRC值(XOROUT，以16进制表示)、输入数据的每个字节是否按位反转(REFIN，True或False)、在计算后之后，异或输出之前，输出数据是否按位反转(REFOUT，True或False)。参见下表1CRC算法参数模型库：

表1

步骤2：制定报文规则，报文中增加CRC校验字段，CRC校验字段作为每个报文的最后一个字段。建立CRC校验字段标签名参数表(主要字段为序号、CRC算法名称、使用时间、停用时间)，参数表中核心字段CRC算法名称标准值为CRC-16/IBM、CRC-16/MAXIM、CRC-16/USB、CRC-16/MODBUS、CRC-16/CCITT、CRC-16/CCITT-FALSE、CRC-16/x⁵、CRC-16/XMODEM、CRC-16/DNP九个，如标签名为CRC默认为CRC-16/IBM。报文结构如下：

示例1：

ZCZC

-SOURCE NUMEN2000@ZPJH

-TITLE CLAM

-MSGID 1370

-FILTIM 085321

-BEGIN ADDR

-FAC ZPPPTEKM

-END ADDR

-ORGN ZPPPTEJH

-IFPLID 470196

-IFPLIDEXT 2650798

-ARCID FDE001

-ADEP ZPJH

-ADES ZPPP

-EOBD 20180808

-EOBT 0830

-REFMSGID 42

-MSGTYP CSSR

-REMARK receive data.

-CRC-16/IBM DCAB

NNNN

步骤3：首先判断电报解析模块输入的报文信息是否含义CRC码校验标签，如果不含标签或标签值不符合规范，不进行CRC码校验，发送至报文处理下个模块(报文校验)，CRC校验模块流程结束。其次针对含义符合规范CRC码校验标签的报文(示例1中CRC码校验标签值为CRC-16/IBM)，提取参与CRC值计算的字符串，校验的内容为报头“ZCZC”字段之后至CRC字段之前的所有报文内容。如示例1的字符串为：

"\n-SOURCE NUMEN2000@ZPJH\n-TITLE CLAM\n-MSGID 1370\n-FILTIM 085321\n-BEGIN ADDR\n-FAC ZPPPTEKM\n-END ADDR\n-ORGN ZPPPTEJH\n-IFPLID 470196\n-IFPLIDEXT 2650798\n-ARCID FDE001\n-ADEP ZPJH\n-ADES ZPPP\n-EOBD 20180808\n-EOBT 0830\n-REFMSGID 42\n-MSGTYP CSSR\n-REMARK receive data.\n"

各地方转报机建设不一致，有的转报机编解码时会将报文中的一个换行替换成两个换行，报文内容发生了变化，导致CRC校验不通过。换行符的多少不影响报文的发送、接收，也不影响报文字段的意义，因此参与校验的字符串在计算报文CRC值时忽略换行符(包括‘\r’和‘\n’)，即换行符不参与CRC值的计算，以避免因换行符的多少而影响CRC校验功能，也避免在组装报文时特意增加一定数量的换行符，减少出错的概率。因而实例的字符串为：

"-SOURCE NUMEN2000@ZPJH-TITLE CLAM-MSGID 1370-FILTIM 085321-BEGINADDR-FAC ZPPPTEKM-END ADDR-ORGN ZPPPTEJH-IFPLID 470196-IFPLIDEXT 2650798-ARCID FDE001-ADEP ZPJH-ADES ZPPP-EOBD 20180808-EOBT 0830-REFMSGID 42-MSGTYPCSSR-REMARK receive data."

步骤4：调用CRC模型算法，将上步骤得到的“参与计算的字符串”和“报文中CRC码校验标签值”作为入参，计算出最终的CRC结果值作为出参。

接口如下所示：

CRC模型算法接口(字符串入参，

CRC类型入参，

CRC结果值出参)。

步骤5：把最终的CRC结果值与报文中的CRC值进行检验，如计算结果值为“DCAB”，与报文中值一样，未检测出“变字”问题，发送至报文处理下个模块(报文校验)，CRC校验模块流程结束；如计算结果值为“807A”，与报文中值不一样，整个报文处理流程结束，自动回复反馈报，通过电报发送模块通知发报方。CRC计算如图2所示。

反馈报功能：

(1)反馈报触发机制

报文处理流程中，当系统自动解析、校验和人工核对过接收报文后，获得处理结果(正确报或废报)，通过反馈报机制(反馈类型：ACK接收报，REJ拒绝报)及时发送给发报方，如报文处理流程图中②和③。同时，人工有可以干预发送，人工发送反馈报优先级高于系统自动发送。

(2)报文组成原则

报文的内容应由若干个规定的数据字段构成，每个字段由一组顺序排列的数据项或数据字段(标签)构成。

报文的数据字段(标签)与数据项之间使用字符“SPACE”分隔。

数据字段包含两种类型：主数据字段、子数据字段。

子数据字段需要配合主数据字段使用，需包含在“-BEGIN”“-END”之中。

报文中数据字段(标签)的排列顺序和格式不影响报文的语义解析。

报文中出现的未定义或不能识别的数据字段(标签)可以忽略。

报文的报头标示使用字符串“ZCZC”，报尾标示使用字符串“NNNN”。

(3)数据字段(标签)组成，参见表2所示，如下：

表2

(4)报文结构

针对示例1接收报，如果CRC校验值不一致，反馈报文结构如下：

示例2

ZCZC

-SOURCE NUMEN2000@ZUCK

-TITLE FBM

-MSGID 11370

-FILTIM 085400

-TYPE REJ

-MODE SYS

-BEGIN ADDR

-FAC ZPPPTEJH

-END ADDR

-ORGN ZPPPTEKM

-REFTITLE CLAM

-REFMSGID 1370

-REMARK crc values are different.

NNNN

说明：反馈报。报文来源为NUMEN3000:ZUCK，报文流水号为11370，报文拍发时间08时54分00秒,该报文由ZPPPTEKM发向ZPPPTEJH，确认收到报文流水号为1370的CLAM报文，系统自动拍发对接收的报文进行反馈拒绝，拒绝原因是CRC校验值不一致crc values aredifferent。

本发明采用CRC算法，校验民航报文传输的准确性，在算法校验过程中充分考虑电报转包机编解码规则的差异性，提出完善性检测规则，提高不同厂家异构系统间兼容性；同时制定报文反馈流程和机制，在运行层面解决信息及时性，透明性等问题，在一定程度上降低安全事故，提升航空运行质量，产生较大的经济和社会效益。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统，其特征在于，包括：

报文接收模块，接收电报转报机发送的民航飞行电报；

报文解析模块，用于对接收到的报文进行初步解析，按照报文规则，初步识别报文，根据该报文类型、名称、发报时间、发报地址，判断是否为有效报文；

CRC校验模块，根据报文中是否带有CRC码校验标签，对报文开展CRC码校验；

报文校验模块，根据报文解析校验规则对报文正确性开展校验及修订；

人工处理模块，对于报文校验模块无法自动处理的错误报文，通过人机界面进行完善处理；

报文结果处理模块，根据报文校验模块或人工处理模块修订本次报文，确定报文的正确性，进行数据处理，并将处理结果生成反馈报，同时把正确指令发送给接收方；

所述CRC校验模块判断报文内容中是否有CRC码校验标签，若无则报文校验模块对报文正确性进行检查，根据报文处理运行规则，判断该报文是否需要人工核对，若判断出正确报或废报，则无需人工核对；报文结果处理模块针对正确报文进行航班运行相关信息更新，并把正确指令发送给接收方，同时把报文处理结果反馈给发送方，针对认定为废报的报文，则报文处理流程结束，自动回复反馈报给发送方；报文校验模块判断需要人工核对的错误报文，人工处理模块对无法自动匹配的错误报文进行修订完善，无法修订的报文则认定为废报；CRC码校验标签值标明对应的CRC算法；

若有CRC码校验标签，若有标签则根据建立的参数表来判断报文内容中CRC码校验标签是否符合规范，不符合则报文校验模块对报文正确性进行检查，根据报文处理运行规则，判断该报文是否需要人工核对，若判断出正确报或废报，则无需人工核对；若符合规范则对报文中含有CRC码校验标签的报文开展CRC码校验，对比校验计算结果；若与报文中CRC码一致，则报文校验模块对报文正确性进行检查，根据报文处理运行规则，判断该报文是否需要人工核对，若判断出正确报或废报，则无需人工核对，报文结果处理模块针对正确报文进行航班运行相关信息更新，并把正确指令发送给接收方，同时把报文处理结果反馈给发送方，针对认定为废报的报文，则报文处理流程结束，自动回复反馈报给发送方；报文校验模块判断需要人工核对的错误报文，人工处理模块对无法自动匹配的错误报文进行修订完善，无法修订的报文则认定为废报；若不一致，则报文处理流程结束，自动回复反馈报；

建立CRC校验字段标签名参数表，字段为序号、CRC算法名称、使用时间、停用时间；

参与校验的字符串在计算报文CRC码校验标签值时忽略换行符，即换行符不参与CRC码校验标签值的计算；

调用CRC模型算法，将参与计算的字符串和报文中CRC码校验标签值作为入参，计算出最终的CRC结果值作为出参；

将调用CRC模型算法获得出参CRC结果值与报文中的CRC值进行一致性对比，得到对比校验计算结果。

2.根据权利要求1所述的基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验系统，其特征在于，所述系统还包括：报文发送模块，用于将生成的反馈报发送给发报方。

3.一种基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)通过报文接收处理设备接收民航飞行电报；

2)对接收到的报文进行初步解析，根据初步识别报文信息，根据该报文类型、名称、发报时间、发报地址，判断本次报文是否为有效报文，若是则进入步骤3)，若否则在本次报文处理流程结束；

3)判断报文内容中是否有CRC码校验标签；若无则直接进入步骤4)；若有标签则根据建立的参数表来判断报文内容中CRC码校验标签是否符合规范，不符合则进入步骤4)，若符合规范则对报文中含有CRC码校验标签的报文开展CRC码校验，对比校验计算结果，若与报文中CRC码一致，则进入步骤4)；若不一致，则报文处理流程结束，自动回复反馈报；

参与校验的字符串在计算报文CRC码校验标签值时忽略换行符，即换行符不参与CRC码校验标签值的计算；

调用CRC模型算法，将参与计算的字符串和报文中CRC码校验标签值作为入参，计算出最终的CRC结果值作为出参；

将调用CRC模型算法获得出参CRC结果值与报文中的CRC值进行一致性对比，得到对比校验计算结果；CRC码校验标签值标明对应的CRC算法；

4)对报文正确性进行检查，根据报文处理运行规则，判断该报文是否需要人工核对，若判断出正确报或废报，无需人工核对，则直接进入步骤6)；若需要人工核对的错误报文，则进入步骤5)；

5)对无法自动匹配的错误报文进行修订完善，无法修订的报文则认定为废报；

6)根据修订完善后的报文或正确的报文更新航班运行相关信息，并把正确指令发送给接收方，同时把报文处理结果反馈给发送方；针对认定为废报的报文，则报文处理流程结束，自动回复反馈报给发送方；

所述步骤1)中还包括：建立CRC校验字段标签名参数表，字段为序号、CRC算法名称、使用时间、停用时间。

4.根据权利要求3所述的基于循环冗余检验算法的民航飞行电报校验方法，其特征在于，所述有效报文具体为：

a.报文类型和名称符合民航部门发布的标准规划；

b.报文时间有效性；

c.发报地址不是民航相关部门的地址。

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