CN109286437B - 一种基于光隔离器的可控光传输装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光隔离器的可控光传输装置和方法，该装置包括：光发射器，用于输出调制光信号，将调制光信号通过自由介质向光隔离器方向传播；光隔离器，用于接收光发射器输出的调制光信号，并根据光阑状态控制调制光信号的传输；其中，光隔离器设置在物理层传输光路中；光接收器，用于在接收到光隔离器输出的调制光信号时，对调制光信号进行解调，得到数据信息。本发明通过在光通信传输的光路中放置可控光隔离器实现对所传输光信号的独立控制，从而提高光单向通信系统的安全性。

Description

一种基于光隔离器的可控光传输装置和方法

技术领域

本发明属于网络安全技术领域，尤其涉及一种基于光隔离器的可控光传输装置和方法。

背景技术

目前，很多政府、科研机构都将重要业务信息系统和办公环境构建在涉密网络中，如何实现涉密网络与非涉密网络之间的信息和数据的交换是当前信息化建设中一个亟需解决的重要问题。

光单向通信技术是一种利用光线单向性特点而研制信息通信技术，该技术使用单根光纤在发送端-接收端之间构建物理通路，由发送端将数据流调制为光信号，光信号通过光纤传递到接收端，由接收端将光信号解调为数据流。

光单向通信设备是将光单向技术配套的电路板、激光器等配件集成在一套设备中就是光单向通信设备，简称“光闸”。该类设备已在许多政府、科研机构试用，从一定程度上解决了信息和数据实时交换的问题。

因为光信息具有单向性、无反馈的特点，要实现数据可靠的传输，需要在光单向通信技术中采用不握手的单播网络协议或类单播私有协议，这种通信协议要求接收端长时间处于待命接收状态。此时，若有外部程序或代码介入发送端并发送数据，接收端也会接收并处理，入侵者可能会利用这一漏洞进行干扰、攻击或植入病毒。为提高光单向通信技术的安全性和可靠性，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的技术解决问题：本发明提供了一种基于光隔离器的可控光传输装置和方法，通过在光通信传输的光路中放置可控光隔离器实现对所传输光信号的独立控制，从而提高光单向通信系统的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于光隔离器的可控光传输装置，包括：

光发射器，用于输出调制光信号，将调制光信号通过自由介质向光隔离器方向传播；

光隔离器，用于接收光发射器输出的调制光信号，并根据光阑状态控制调制光信号的传输；其中，光隔离器设置在物理层传输光路中；

光接收器，用于在接收到光隔离器输出的调制光信号时，对调制光信号进行解调，得到数据信息。

优选的，所述光隔离器，还用于：

接收业务请求；根据业务请求生成控制指令；根据控制指令，调整光阑状态为开启状态或闭合状态；其中，当光阑状态为开启状态时，调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；当光阑状态为闭合状态时，阻止调制光信号通过光隔离器传输至光接收器。

优选的，还包括：

编码转换模块，用于接收待传输数据，对所述待传输数据进行编码调制及电光转换，得到调制光信号。

优选的，光发射器包括：发射光纤Ⅰ和准直透镜组Ⅰ；光隔离器包括：中间光阑；光接收器包括：会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ；其中，

发射光纤Ⅰ、准直透镜组Ⅰ、中间光阑、会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ按照第一预设间隔依次布设，构成单路光信号双光纤单光阑结构。

优选的，光发射器包括：发射光纤Ⅱ和准直透镜组Ⅱ；光隔离器包括：发射端光阑Ⅰ和接收端光阑Ⅰ；光接收器包括：会聚透镜组Ⅱ和接收光纤Ⅱ；其中，

发射光纤Ⅱ、准直透镜组Ⅱ、发射端光阑Ⅰ、接收端光阑Ⅰ、会聚透镜组Ⅱ和接收光纤Ⅱ按照第二预设间隔依次布设，构成单路光信号双光纤双光阑结构。

优选的，光发射器包括：发射光源和准直透镜组Ⅲ；光隔离器包括：发射端光阑Ⅱ和接收端光阑Ⅱ；光接收器包括：会聚透镜组Ⅲ和光电探测器；其中，

发射光源、准直透镜组Ⅲ、发射端光阑Ⅱ、接收端光阑Ⅱ、会聚透镜组Ⅲ和光电探测器按照第三预设间隔依次布设，构成单路光信号单光源双光阑结构。

优选的，所述自由介质包括如下均值媒介中的任意一种：真空均值媒介、气相均值媒介、液相均值媒介和固相均值媒介。

优选的，所述调制光信号的波长包括如下波段中的任意一种：紫外波段、可见光波段、红外波段。

相应的，本发明还公开了一种基于光隔离器的可控光传输方法，包括：

通过光发射器输出调制光信号，将调制光信号通过自由介质向光隔离器方向传播；

通过光隔离器接收光发射器输出的调制光信号，并根据光阑状态控制调制光信号的传输；其中，光隔离器设置在物理层传输光路中；

在光接收器接收到光隔离器输出的调制光信号时，通过光接收器对调制光信号进行解调，得到数据信息。

优选的，还包括：

接收业务请求；根据业务请求生成控制指令；根据控制指令，调整光阑状态为开启状态或闭合状态；其中，当光阑状态为开启状态时，调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；当光阑状态为闭合状态时，阻止调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；

以及，通过编码转换模块接收待传输数据，对所述待传输数据进行编码调制及电光转换，得到调制光信号。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

本发明实施例公开了一种基于光隔离器的可控光传输装置和方法，采用光隔器作为可控光阑，可通过相应业务逻辑或独立控制器，对光信号的传输状态进行控制，避免处于常接收状态的光接收端受到干扰及攻击，提高光单向通信系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例所述的一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构框图；

图2是本发明实施例所述的另一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构框图；

图3是本发明实施例所述的一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构示意图；

图4是本发明实施例所述的又一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构示意图；

图5是本发明实施例所述的另一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构示意图；

图6是本发明实施例所述的一种基于光隔离器的可控光传输方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

参照图1，示出了本发明实施例所述的一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构框图。在本实施例中，该基于光隔离器的可控光传输装置，包括：光发射器101、光隔离器102和光接收器103；其中，光发射器101可以作为数据的发送端，光隔离器102可以作为一种可控光阑，光接收器103可以作为数据接收端。具体的：

光发射器101，用于输出调制光信号，将调制光信号通过自由介质向光隔离器方向传播。光隔离器102，用于接收光发射器输出的调制光信号，并根据光阑状态控制调制光信号的传输；其中，光隔离器设置在物理层传输光路中。光接收器103，用于在接收到光隔离器输出的调制光信号时，对调制光信号进行解调，得到数据信息。

在本发明的一优选实施例中，该光隔离器102还可以用于：接收业务请求；根据业务请求生成控制指令；根据控制指令，调整光阑状态为开启状态或闭合状态。其中，当光阑状态为开启状态时，调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；当光阑状态为闭合状态时，阻止调制光信号通过光隔离器传输至光接收器。

在本发明的一优选实施例中，参照图2，示出了本发明实施例所述的另一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构框图，该基于光隔离器的可控光传输装置还可以包括：编码转换模块104，用于接收待传输数据，对所述待传输数据进行编码调制及电光转换，得到调制光信号。

其中，需要说明的是，自由介质可以是如下均值媒介中的任意一种：真空均值媒介、气相均值媒介、液相均值媒介和固相均值媒介。调制光信号的波长可以是如下波段中的任意一种：紫外波段、可见光波段、红外波段。应当理解的是，自由介质和调制光信号的波长的上述说明仅是示例性说明，不应作为对本发明的限制

在本发明的一优选实施例中，光发射器可为各类光通信模块，可采用LED(发光二极管)光源或LD(激光二极管)光源等，并可根据实际需要加入光纤、准直器等光学组件，以增加光通信的传输距离、改变装配方向。光隔离器可以将自由空间中的光信号进行有效阻挡、折射或反射，使光信号不能有效的通过自有空间传播到光接收器，光隔离器的具体形式可为0个、1个或多个物理组件串行组成，包括但不限于可控光阑(包括但不限于各类金属、非金属材料构成的机械快门、机械挡片等结构)、可控晶体(包括但不限于电光晶体和声光晶体)、可控液晶(包括但不限于各类具有开关性质液晶光学材料)。光接收器可为光通信模块或光电探测器，可根据需要加入光纤、准直器，以增加光通信的传输距离；可根据需要加入光束会聚组件，以减少在自由空间中传播光信号时的能量损失。

优选的，一种可行的实现方式可以如下：

参照图3，示出了本发明实施例所述的一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构示意图。如图3，光发射器包括：发射光纤Ⅰ和准直透镜组Ⅰ；光隔离器包括：中间光阑；光接收器包括：会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ。其中，发射光纤Ⅰ、准直透镜组Ⅰ、中间光阑、会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ按照第一预设间隔依次布设，构成单路光信号双光纤单光阑结构。

相应的，处理流程可以如下：经调制的光信号由发射光纤Ⅰ出射，经准直透镜组Ⅰ准直为近似平行光后，通过中间光阑后由会聚透镜组Ⅰ会聚入接收光纤Ⅰ进行接收。其中，可以通过控制中间光阑的开关状态来控制是否允许接收光纤Ⅰ对光信号进行接收，确保接收端不受干扰和攻击。

优选的，第一预设间隔具体可以为：发射光纤Ⅰ的输出端精确安装于准直透镜组Ⅰ的前焦面上，中间光阑安装在准直透镜组Ⅰ与会聚透镜组Ⅰ之间，接收光纤Ⅰ的接收端精确安装于会聚透镜组Ⅰ的后焦面上，且所有器件的安装均需要确保高同心度。按照以上预设间隔可在光信号的准直及聚焦中减少能量损失，提高信噪比，降低误码率。若欲进一步减少光信号的能量损失，准直透镜组Ⅰ和会聚透镜组Ⅰ可采用非球面透镜设计，但相应会提高成本。

又一优选的，一种可行的实现方式可以如下：

参照图4，示出了本发明实施例所述的又一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构示意图。如图4，光发射器包括：发射光纤Ⅱ和准直透镜组Ⅱ；光隔离器包括：发射端光阑Ⅰ和接收端光阑Ⅰ；光接收器包括：会聚透镜组Ⅱ和接收光纤Ⅱ。其中，发射光纤Ⅱ、准直透镜组Ⅱ、发射端光阑Ⅰ、接收端光阑Ⅰ、会聚透镜组Ⅱ和接收光纤Ⅱ按照第二预设间隔依次布设，构成单路光信号双光纤双光阑结构。

相应的，处理流程可以如下：经调制的光信号由发射光纤Ⅱ出射，经准直透镜组Ⅱ准直为近似平行光后，通过发射端光阑Ⅰ和接收端光阑Ⅰ后由会聚透镜组Ⅱ会聚入接收光纤Ⅱ接收。通过控制发射端光阑Ⅰ的开关状态来控制是否允许发射光纤Ⅱ光信号发送出去，同时通过控制接收端光阑Ⅰ的开关状态来控制是否允许接收光纤Ⅱ对光信号进行接收，确保接收端不受干扰和攻击。

优选的，第二预设间隔具体可以为：发射光纤Ⅱ的输出端精确安装于准直透镜组Ⅱ的前焦面上，发射端光阑Ⅰ和接收端光阑Ⅰ按前后安装在准直透镜组Ⅱ与会聚透镜组Ⅱ之间，接收光纤Ⅱ的接收端精确安装于会聚透镜组Ⅱ的后焦面上，且所有器件的安装均需要确保高同心度。按照以上预设间隔可在光信号的准直及聚焦中减少能量损失，提高信噪比，降低误码率。相对于采用单个光阑的传输装置，发射端光阑Ⅰ和接收端光阑Ⅰ可分别独立控制发送和接收的许可状况，增加安全系数，但相应成本会略有增加。

另一优选的，一种可行的实现方式可以如下：

参照图5，示出了本发明实施例所述的另一种基于光隔离器的可控光传输装置的结构示意图。如图5，光发射器包括：发射光源和准直透镜组Ⅲ；光隔离器包括：发射端光阑Ⅱ和接收端光阑Ⅱ；光接收器包括：会聚透镜组Ⅲ和光电探测器。其中，发射光源、准直透镜组Ⅲ、发射端光阑Ⅱ、接收端光阑Ⅱ、会聚透镜组Ⅲ和光电探测器按照第三预设间隔依次布设，构成单路光信号单光源双光阑结构。

相应的，处理流程可以如下：经调制的光信号由发射光源(LD或LED)出射，经准直透镜组Ⅲ准直为近似平行光后，通过发射端光阑Ⅱ和接收端光阑Ⅱ后由会聚透镜组Ⅲ会聚入光电探测器接收。通过控制发射端光阑Ⅱ的开关状态来控制是否允许发射光源光信号发送出去，同时通过控制接收端光阑Ⅱ的开关状态来控制是否允许光电探测器对光信号进行接收，以确保接收端不受干扰和攻击。

优选的，第三预设间隔具体可以为：发射光源(LD或LED)在安装时应确保其发射面与准直透镜组Ⅲ的前焦面重合，发射端光阑Ⅱ和接收端光阑Ⅱ按前后安装在准直透镜组Ⅲ与会聚透镜组Ⅲ之间，光电探测器在安装时应确保其光敏接收面与会聚透镜组Ⅲ的后焦面重合，且所有器件的安装均需要确保高同心度。采用发射光源(LD或LED)通过准直透镜直接传输的方式，相对于光纤传输方式，其光信号能量更强，极大提高了信噪比，可有效降低误码率，但在安装布置上不如光纤方便。相对于采用单个光阑的传输装置，发射端光阑Ⅱ和接收端光阑Ⅱ可分别独立控制发送和接收的许可状况，增加安全系数，但相应成本会略有增加。

综上，对于所述基于光隔离器的可控光传输装置的控制逻辑，包括但不限于以下几种示例：时间触发(例如仅在工作时间打开光隔离器允许传输数据，在工作时间外关闭光隔离器禁止传输数据)、事件触发(例如在发送或接收端使用特定事件打开光隔离器允许传输数据，在事件结束后关闭光隔离器禁止传输数据)、内容触发(例如在应用层检测到数据异常时立刻关闭光隔离器以禁止传输数据并向管理员告警，自动或人工干预恢复传输数据)。该基于光隔离器的可控光传输装置可作为光单向通信系统，采用了可控光隔离器可有效避免接收端受到攻击，即只有在系统特定逻辑允许的情况下接收端才会接收信号。

在本发明的一优选实施例中，参照图6，示出了本发明实施例所述的一种基于光隔离器的可控光传输方法的步骤流程图。该基于光隔离器的可控光传输方法，包括：步骤S101，通过光发射器输出调制光信号，将调制光信号通过自由介质向光隔离器方向传播。步骤S102，通过光隔离器接收光发射器输出的调制光信号，并根据光阑状态控制调制光信号的传输；其中，光隔离器设置在物理层传输光路中。步骤S103，在光接收器接收到光隔离器输出的调制光信号时，通过光接收器对调制光信号进行解调，得到数据信息。

进一步优选的，该基于光隔离器的可控光传输方法还可以包括：接收业务请求；根据业务请求生成控制指令；根据控制指令，调整光阑状态为开启状态或闭合状态；其中，当光阑状态为开启状态时，调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；当光阑状态为闭合状态时，阻止调制光信号通过光隔离器传输至光接收器。

进一步优选的，该基于光隔离器的可控光传输方法还可以包括：通过编码转换模块接收待传输数据，对所述待传输数据进行编码调制及电光转换，得到调制光信号。

对于方法实施例而言，由于其与装置实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例部分的说明即可。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种基于光隔离器的可控光传输装置，其特征在于，包括：

光发射器，用于输出调制光信号，将调制光信号通过自由介质向光隔离器方向传播；

光隔离器，用于接收光发射器输出的调制光信号，并根据光阑状态控制调制光信号的传输；其中，光隔离器设置在物理层传输光路中；所述光隔离器还用于：接收业务请求；根据业务请求生成控制指令；根据控制指令，调整光阑状态为开启状态或闭合状态；其中，当光阑状态为开启状态时，调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；当光阑状态为闭合状态时，阻止调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；

光接收器，用于在接收到光隔离器输出的调制光信号时，对调制光信号进行解调，得到数据信息；

光发射器包括：发射光纤Ⅰ和准直透镜组Ⅰ；光隔离器包括：中间光阑；光接收器包括：会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ；其中，发射光纤Ⅰ、准直透镜组Ⅰ、中间光阑、会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ按照第一预设间隔依次布设，构成单路光信号双光纤单光阑结构；

第一预设间隔为：发射光纤Ⅰ的输出端安装于准直透镜组Ⅰ的前焦面上，中间光阑安装在准直透镜组Ⅰ与会聚透镜组Ⅰ之间，接收光纤Ⅰ的接收端安装于会聚透镜组Ⅰ的后焦面上。

2.如权利要求1所述的基于光隔离器的可控光传输装置，其特征在于，还包括：

编码转换模块，用于接收待传输数据，对所述待传输数据进行编码调制及电光转换，得到调制光信号。

3.如权利要求1所述的基于光隔离器的可控光传输装置，其特征在于，光发射器包括：发射光纤Ⅱ和准直透镜组Ⅱ；光隔离器包括：发射端光阑Ⅰ和接收端光阑Ⅰ；光接收器包括：会聚透镜组Ⅱ和接收光纤Ⅱ；其中，

发射光纤Ⅱ、准直透镜组Ⅱ、发射端光阑Ⅰ、接收端光阑Ⅰ、会聚透镜组Ⅱ和接收光纤Ⅱ按照第二预设间隔依次布设，构成单路光信号双光纤双光阑结构。

4.如权利要求1所述的基于光隔离器的可控光传输装置，其特征在于，光发射器包括：发射光源和准直透镜组Ⅲ；光隔离器包括：发射端光阑Ⅱ和接收端光阑Ⅱ；光接收器包括：会聚透镜组Ⅲ和光电探测器；其中，

发射光源、准直透镜组Ⅲ、发射端光阑Ⅱ、接收端光阑Ⅱ、会聚透镜组Ⅲ和光电探测器按照第三预设间隔依次布设，构成单路光信号单光源双光阑结构。

5.如权利要求1所述的基于光隔离器的可控光传输装置，其特征在于，所述自由介质包括如下均值媒介中的任意一种：真空均值媒介、气相均值媒介、液相均值媒介和固相均值媒介。

6.如权利要求1所述的基于光隔离器的可控光传输装置，其特征在于，所述调制光信号的波长包括如下波段中的任意一种：紫外波段、可见光波段、红外波段。

7.一种基于光隔离器的可控光传输方法，其特征在于，包括：

通过光发射器输出调制光信号，将调制光信号通过自由介质向光隔离器方向传播；

通过光隔离器接收光发射器输出的调制光信号，并根据光阑状态控制调制光信号的传输；其中，光隔离器设置在物理层传输光路中；所述光隔离器还用于：接收业务请求；根据业务请求生成控制指令；根据控制指令，调整光阑状态为开启状态或闭合状态；其中，当光阑状态为开启状态时，调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；当光阑状态为闭合状态时，阻止调制光信号通过光隔离器传输至光接收器；

在光接收器接收到光隔离器输出的调制光信号时，通过光接收器对调制光信号进行解调，得到数据信息；

光发射器包括：发射光纤Ⅰ和准直透镜组Ⅰ；光隔离器包括：中间光阑；光接收器包括：会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ；其中，发射光纤Ⅰ、准直透镜组Ⅰ、中间光阑、会聚透镜组Ⅰ和接收光纤Ⅰ按照第一预设间隔依次布设，构成单路光信号双光纤单光阑结构；

第一预设间隔为：发射光纤Ⅰ的输出端安装于准直透镜组Ⅰ的前焦面上，中间光阑安装在准直透镜组Ⅰ与会聚透镜组Ⅰ之间，接收光纤Ⅰ的接收端安装于会聚透镜组Ⅰ的后焦面上。

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