CN105099545A - 自检测光纤损坏量子安全通讯设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自检测光纤损坏量子安全通讯设备，包括：量子密钥分发系统，量子密钥分发系统包括QKD发射端和QKD接收端，QKD接收端与QKD发射端通过光纤进行密钥分发通讯；至少一个光时域反射仪，光时域反射仪设置在QKD发射端和/或QKD接收端中，光时域反射仪通过光脉冲发射端口向光纤中发射检测信号，并由光脉冲接收端口接收反馈信号，并且根据光时域反射仪的检测信号和反馈信号确定光纤的故障点。本发明实施例的通讯设备可以第一时间内检测出光纤受损的故障点，从而进行快速修复光纤，降低损失，提高通讯的可靠性，更好地保证通讯的安全。

Description

自检测光纤损坏量子安全通讯设备

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种自检测光纤损坏量子安全通讯设备。

背景技术

在现代信息社会中，通讯是日常生活中必不可少的一部分，而通讯安全则是通讯中最关键的部分之一。经典通讯利用数学复杂性方法如哈希函数，其安全性没有绝对保障。而由基本量子力学的基本原理，量子通讯可以达到可靠的安全水平。量子通讯，包含QKD(QuantumKeyDistribution，量子密钥分发)及量子隐形传态等。具体地，量子通讯主要通过光纤进行量子数据传播。然而，在实际应用中，光纤有时会因为地理天气等因素造成损坏，造成通信中断。一旦出现此类突发事件时，则需尽快恢复通讯，时间非常紧迫，以避免大幅影响用户使用。因此，如何能够尽快的找到中断的地点就成了一个很重要的技术问题。

相关技术中，例如采用单纯的量子密钥分发设备进行密钥分发。如ID-Quantique量子密钥分发设备的白皮书所述，发射端和接收端用标准光纤相连，通过传输量子信号进行量子密钥分发。当量子密钥分发设备发生中断时，只能够暂时切断量子密钥分发设备的信道，然后额外加入一些诊断技术，比如OTDR(OpticalTimeDomainReflectometer，光时域反射仪)技术。

然而，相关技术中，无法在通信光纤意外损坏时及时定位故障位置并进行及时修理，易造成大量经济损失，并且再切换量子密钥分发设备和链路诊断故障设备之间，往往要浪费很多时间，而且可能会造成量子设备的损害。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种自检测光纤损坏量子安全通讯设备，该设备可以提高通讯的可靠性，更好地保证通讯的安全。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种自检测光纤损坏量子安全通讯设备，包括：量子密钥分发系统，所述量子密钥分发系统包括QKD发射端和QKD接收端，所述QKD接收端与所述QKD发射端通过光纤进行密钥分发通讯；和至少一个光时域反射仪，所述光时域反射仪设置在所述QKD发射端和/或所述QKD接收端中，所述光时域反射仪具有光脉冲发射端口和光脉冲接收端口，所述光时域反射仪通过所述光脉冲发射端口向所述光纤中发射检测信号，并由所述光脉冲接收端口接收反馈信号，并且根据所述光时域反射仪的检测信号和反馈信号确定所述光纤的故障点。

根据本发明实施例提出的自检测光纤损坏量子安全通讯设备，通过将光时域反射仪设置在QKD发射端和/或QKD接收端中，从而根据光时域反射仪的检测信号和反馈信号确定光纤的故障点，以第一时间内检测出光纤受损的故障点，从而进行快速修复光纤，降低损失，提高通讯的可靠性，更好地保证通讯的安全。

另外，根据本发明上述实施例的自检测光纤损坏量子安全通讯设备还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式确定所述光纤的故障点，所述公式为：

d＝(c×t)/2(IOR)，

其中，c为光在真空中的速度，t为所述检测信号发射后到接收到所述反馈信号的总时间。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，IOR为所述光纤的折射率，d为故障点离光时域反射仪的距离。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述设备还包括：控制器，当量子密钥分发的成码率持续预设时间一直为预设值时，用于启动所述光时域反射仪。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设值可以为零。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的自检测光纤损坏量子安全通讯设备的结构示意图；

图2为根据本发明另一个实施例的自检测光纤损坏量子安全通讯设备的结构示意图；以及

图3为根据本发明又一个实施例的自检测光迅坏量子安全通讯设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的自检测光纤损坏量子安全通讯设备。该自检测光纤损坏量子安全通讯设备包括量子密钥分发系统和至少一个光时域反射仪。

其中，参照图1所示，量子密钥分发系统100包括QKD发射端101和QKD接收端102，QKD接收端101与QKD发射端102通过光纤300进行密钥分发通讯。光时域反射仪200设置在QKD发射端101和/或QKD接收端102中(图中以设置在QKD发射端101为例)，光时域反射仪200具有光脉冲发射端口和光脉冲接收端口(图中未具体标示)，光时域反射仪200通过光脉冲发射端口向光纤300中发射检测信号，并由光脉冲接收端口接收反馈信号，并且根据光时域反射仪200的检测信号和反馈信号确定光纤300的故障点。本发明实施例的安全通讯设备通过集成的光时域反射仪200，从而第一时间内检测出光纤300中受损的故障点，提高检测效率，以便快速修复减少损失。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式确定光纤300的故障点，公式为：

d＝(c×t)/2(IOR)，

其中，c为光在真空中的速度，t为检测信号发射后到接收到反馈信号的总时间。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，IOR为光纤的折射率，d为故障点离光时域反射仪的距离。

具体地，OTDR的工作原理是通过发射检测信号如光脉冲到光纤300内，然后在OTDR的端口接收返回的信息即反馈信号来进行。当光脉冲在光纤300内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射与反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。其中，返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。通过以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的，公式为：

d＝(c×t)/2(IOR)，

在公式中，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明IOR(Indexofrefraction，折射率)。具体IOR的参数可以由光纤生产商来提供。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的通讯设备还包括：控制器。当量子密钥分发的成码率持续预设时间一直为预设值时，控制器用于启动光时域反射仪200。

其中，在本发明的一个实施例中，预设值可以为零。

具体地，本发明实施例的自检测光纤损坏量子安全通讯设备的总体方法如下：

1)在正常情况下，量子密钥分发系统100正常地做量子密钥分发。

2)在发现量子密钥分发的成码率持续一段时间即预设时间一直为0即预设值时，启动内置的光时域反射仪200定位故障点的位置。

其中，预设时间和预设值可以由技术人员根据实际情况进行设定。

具体启动方法为：在量子密钥分发中，激光一般通过衰减变成弱相关光进行量子通信，衰减可以通过例如电开关来控制。在需要使用OTDR时，去掉电信号从而去掉衰减，当强激光在打到故障处再返回时，基本已经是单光子级别，此时用单光子探测器进行测量，即可判定故障位置。另外，在有些情况，已有强激光信号用作同步等作用，这时候有更简单的方法，即用这些强信号做OTDR。

进一步地，在本发明的一个实施例中，光时域反射仪200可以根据实际情况灵活放置在QKD发射端和/或QKD接收端。

具体地，具体光时域反射仪(OTDR)内置位置可以如下：

1)参照图2所示，在量子密钥分发系统100的发射端101和接收端102都有激光器和单光子探测器时，比如合肥的量子密钥分发网络，可以在两端都内置OTDR(如图中光时域反射仪200和光时域反射仪201所示)，这时可以由任一端发送OTDR信号即检测信号，以确定故障点的位置。即言，可以在通信设备两端都进行OTDR检测。

2)参照图3所示，有些情况下，QKD发射端101未必有单光子探测器，比如由于单光子探测器比较昂贵。这时候可以将OTDR集成在量子密钥分发系统100的QKD接收端102，因为激光器比较廉价，所以可以假定QKD接收端102有激光器，则可以从量子密钥分发系统100的QKD接收端102发射强光脉冲，然后探测故障点的位置。

3)另外，参照图1所示，有些情况下，光时域反射仪200也可以只设置在QKD发射端101，从而通过在量子安全通讯设备里内置光时域反射仪200，实现自检测光纤损坏的量子安全通讯设备。

在本发明的实施例中，本发明实施例的通讯设备自带检测光纤有无损坏的功能，相比现有技术可以及时发现系统故障，相比正常量子密钥分发的设备，不需要额外的设备，只需要在当前的硬件环境下作改动，从而不会有额外的设备支出。

根据本发明实施例提出的自检测光纤损坏量子安全通讯设备，通过将光时域反射仪设置在QKD发射端和/或QKD接收端中，从而根据光时域反射仪的检测信号和反馈信号确定光纤的故障点，以第一时间内检测出光纤受损的故障点，从而进行快速修复光纤，降低损失，提高通讯的可靠性，更好地保证通讯的安全。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种自检测光纤损坏量子安全通讯设备，其特征在于，包括：

量子密钥分发系统，所述量子密钥分发系统包括QKD发射端和QKD接收端，所述QKD接收端与所述QKD发射端通过光纤进行密钥分发通讯；和

至少一个光时域反射仪，所述光时域反射仪设置在所述QKD发射端和/或所述QKD接收端中，所述光时域反射仪具有光脉冲发射端口和光脉冲接收端口，所述光时域反射仪通过所述光脉冲发射端口向所述光纤中发射检测信号，并由所述光脉冲接收端口接收反馈信号，并且根据所述光时域反射仪的检测信号和反馈信号确定所述光纤的故障点。

2.根据权利要求1所述的自检测光纤损坏量子安全通讯设备，其特征在于，根据以下公式确定所述光纤的故障点，所述公式为：

d＝(c×t)/2(IOR)，

其中，c为光在真空中的速度，t为所述检测信号发射后到接收到所述反馈信号的总时间。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，IOR为所述光纤的折射率，d为故障点离光时域反射仪的距离。

3.根据权利要求1所述的自检测光纤损坏量子安全通讯设备，其特征在于，还包括：

控制器，当量子密钥分发的成码率持续预设时间一直为预设值时，用于启动所述光时域反射仪。

4.根据权利要求1所述的自检测光纤损坏量子安全通讯设备，其特征在于，所述预设值为零。