一种CCSDS空间链路协议检测方法及系统

摘要

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...tn-1和模式串P＝p0p1...pm-1。（1）当字符ti+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ti+m不在模式串当中，跳跃距离为m+1。

说明书

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Reed Solomn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；

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。