CN111478746A - 量子密钥分发与光通信系统混合组网方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种量子密钥分发与光通信系统混合组网方法和装置，所述方法包括：对第一方向输入的波分复用光信号进行波长选择和功率控制；并输出处理后的通信光信号和量子光信号；通过光路交换对所述处理后的通信光信号和量子光信号进行端口级调度；若调度到第二方向对应的端口，则对调度到第二方向对应的端口的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与调度到第二方向的上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制；并在第二方向上输出。该方法能够实现量子密钥分发与光通信系统混合组网，并完成任意两个方向通信光信号的量子保密通信。

Description

量子密钥分发与光通信系统混合组网方法和装置
技术领域
本发明涉通信技术领域，特别涉及一种量子密钥分发与光通信系统混合组网方法和装置。
背景技术
量子密钥分发(quantum key distribution，QKD)能够为通信双方提供信息论安全的密钥共享，通过使用QKD密钥结合传统对称加密算法对通信信息进行加密传输，可以实现量子保密通信。基于QKD的量子保密通信是未来提升网络信息安全防护能力的一种有效手段，目前已经进入实用化阶段，并开始初步产业化。
典型QKD系统为发射机与接收机成对配置部署的点到点传输方式，QKD密钥需要借助密钥管理层的存储和中继实现端到端传输，但密钥存储中继会带来安全性风险。
如何实现QKD系统与需要使用QKD密钥进行加密的光通信系统的混合组网与路由调度是网络建设和加密应用面临的难题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种量子密钥分发与光通信系统混合组网方法和装置，能够实现量子密钥分发与光通信系统混合组网，并完成任意两个方向通信光信号的量子保密通信。
为解决上述技术问题，本申请的技术方案是这样实现的：
在一个实施例中，提供了一种量子密钥分发与光通信系统混合组网装置，其特征在于，所述装置包括：输入波长交换模块、光路交换模块、输出波长交换模块、本地下路模块和本地上路模块；
所述输入波长交换模块，用于对第一方向输入的波分复用光信号进行基于波长选择的分路处理，以及对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并输出处理后的通信光信号和量子光信号；
所述光路交换模块，用于对第一方向和第一方向之外的方向的输入输出波分复用光信号，本地上下路通信光信号，本地上下路量子光信号进行端口级路由调度；
所述输出波长交换模块，用于对所述光路交换模块调度到本模块的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并在第一方向上输出；
所述本地下路模块，用于对所述光路交换模块调度到本模块的下路量子光信号进行探测接收，对下路量子光信号进行窄带带通滤波，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；对所述光路交换模块调度到本模块的下路通信光信号进行功率放大、波长分路处理；并探测接收下路通信光信号；
所述本地上路模块，用于上路通信光信号的发送，进行多波长合路，光功率放大，以及上路光信号等功率分束处理；进行量子光信号的输出，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发。
在另一个实施例中，提供了一种量子密钥分发与光通信系统混合组网方法，所述方法包括：
对第一方向输入的波分复用光信号进行波长选择和功率控制；并输出处理后的通信光信号和量子光信号；
通过光路交换对所述处理后的通信光信号和量子光信号进行端口级调度；
若调度到第二方向对应的端口，则对调度到第二方向对应的端口的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与调度到第二方向的上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制；并在第二方向上输出。
在另一个实施例中，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如所述量子密钥分发与光通信系统混合组网方法的步骤。
在另一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述量子密钥分发与光通信系统混合组网方法的步骤。
由上面的技术方案可见，上述实施例中实现多维度方向的QKD与光通信系统混合组网和基于波长级和端口级的路由调度；能够以较低的器件插入损耗代价，实现任意两个方向的量子光信号和通信光信号的路由连接，由QKD配对实现量子密钥分发，并结合加解密处理，完成任意两个方向通信光信号的量子保密通信。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中量子密钥分发与光通信系统混合组网装置结构示意图；
图2为本申请实施例中输入波长交换模块结构示意图；
图3为本申请实施例中光路交换模块结构示意图；
图4为本申请实施例中输出波长交换模块的结构示意图；
图5为本申请实施例中本地下路模块结构示意图；
图6为本申请实施例中本地上路模块结构示意图；
图7为本申请实施例中量子密钥分发与光通信系统混合组网流程示意图；
图8为QDK与光通信系统混合组网的四方向示意图；
图9为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
下面以具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
本申请实施例中提供一种量子密钥分发与光通信系统混合组网装置。参见图1，图1为本申请实施例中量子密钥分发与光通信系统混合组网装置结构示意图。图1为一端设备的组网装置为例，每一端的组网装置均为图1所示示意图。所述装置包括：输入波长交换模块101、光路交换模块102、输出波长交换模块103、本地下路模块104和本地上路模块105；
输入波长交换模块101用于实现第一方向输入波分复用光信号的波长级分类和功率控制，具体为：
输入波长交换模块101，用于对第一方向输入的波分复用光信号进行基于波长选择的分路处理，以及对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并输出处理后的通信光信号和量子光信号；其中，所述第一方向为需要进行波分复用光信号本地上下路处理的业务方向；
其中，所述输出处理后的通信光信号可以包括旁路/直通通信光信号，下路通信光信号；
量子光信号可以为下路量子光信号。
输入波长交换模块101具体实现上述功能时，参见图2，图2为本申请实施例中输入波长交换模块结构示意图。还可以包括如下模块：
波长选择功率控制模块1012和第一控制模块1011；
第一控制模块1011，用于根据组网和路由调度需求设置波长选择参数和功率控制参数，并向所述波长选择功率控制模块下发命令；
波长选择功率控制模块1012，用于根据第一控制模块1011下发的命令对第一方向输入的波分复用光信号进行基于波长选择的分路处理，以及对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并输出处理后的通信光信号和量子光信号到对应端口。
其中，波长选择功率控制模块可使用波长选择开关(wavelength selectiveswitch，WSS)，其不同输出端口对应旁路/直通光信号，下路通信光信号和下路量子光系统。由于WSS仅实现波长选择而无需进行方向调度，可以使用单级WSS，并根据组网方向维度数量选择使用较低维度器件例如1×4或1×6，减小对于量子光通道的插入损耗影响。第一控制模块1101可以基于网络管理系统或网络控制器实现波长选择和功率控制功能和命令下发。
光路交换模块102，用于对第一方向和第一方向之外的方向的输入输出波分复用光信号，本地上下路通信光信号，本地上下路量子光信号进行端口级路由调度；即实现本方向和其他方向的输入输出波分复用光信号，以及本地上下路光信号的端口级路由调度，以及本地上下路量子光信号和通信光信号的端口级路由调度。
光路交换模块102实现上述功能时，参见图3，图3为本申请实施例中光路交换模块结构示意图。光路交换模块102可以包括如下模块：
多维光路端口切换模块1022和第二控制模块1021；
第二控制模块1021，用于向多维光路端口切换模块1022发送端口级路由调度控制命令；
多维光路端口切换模块1022，用于根据第二控制模块1021发送的控制命令对第一方向和第一方向之外的方向的输入输出波分复用光信号，本地上下路通信光信号，对本地上下路量子光信号进行端口级路由调度。
其中，多维光路端口切换模块1022可使用多维矩阵式光开关，并根据组网方向维度数量选择使用32×32或64×64的中等维度器件，减小对于量子光通道的插入损耗影响。
第二控制模块1021可以基于网络管理系统或网络控制器实现端口路由功能和命令下发。
输出波长交换模块103，用于对所述光路交换模块调度到本模块的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并在第一方向上输出；即实现第一方向之外的方向通信光信号和上路光信号的波长级合路，以及与本地上路量子光信号的耦合与功率控制。
在输出波长交换模块103实现上述功能时，参见图4，图4为本申请实施例中输出波长交换模块的结构示意图。输出波长交换模块103可以包括如下模块：
第三控制模块1031、合波器模块1032和波长选择功率控制模块1033；
第三控制模块1031，用于根据组网和路由调度策略设置波长选择参数和功率控制参数，并向波长选择功率控制模块1033发送指令；
合波器模块1032，用于对调度到本模块的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与上路量子光信号进行耦合，并将耦合后的，以及波长选择和功率控制模块1033处理后的波分复用光信号在第一方向上输出；
波长选择和功率控制模块1033，用于根据第三控制模块1031发送的指令对不同波长的光信号进行功率均衡和控制。
这里的通信上路光信号可以为第一方向的本地上路光信号，也可以为第一方向之外的方向的本地上路光信号，根据组网和我路由调度策略配置。
其中，波长选择功率控制模块可使用WSS实现，其不同输入端口对应旁路/直通光信号和上路通信光信号。由于WSS仅实现波长选择而无需进行方向调度，可以使用单级WSS，并根据组网方向维度数量选择使用较低维度器件。
第三控制模块1031可以基于网络管理系统或网络控制器实现波长选择，功率控制和功率比值设置功能和命令下发。
本地下路模块104，用于对光路交换模块102调度到本模块的下路量子光信号进行探测接收，对下路量子光信号进行窄带带通滤波，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；对光路交换模块102调度到本模块的下路通信光信号进行功率放大、波长分路处理；并探测接收下路通信光信号；即实现量子光信号的带通滤波和本地探测接收，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；实现下路通信光信号的功率放大，波分解复用和探测接收。
本地下路模块104在实现上述功能时，参见图5，图5为本申请实施例中本地下路模块结构示意图。本地下路模块104可以包括如下模块：
光带通滤波模块1041、OKD接收模块1042、第四控制模块1043、光接收模块1044、光功率放大模块1045和波分解复用模块1046；
第四控制模块1043，设置带通滤波参数，检测并配置QKD接收模块1042的工作参数；控制光带通滤波模块1041进行窄带带通滤波，以及QDK接收模块1042对量子光信号的探测接收；
光带通滤波模块1041，用于对下路量子光信号进行窄带带通滤波；
QKD接收模块1042，用于探测接收下路量子光信号，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；
光功率放大模块1045，用于对下路通信光信号进行功率放大处理；
波分解复用模块1046，用于光功率放大模块1045处理后的下路通信光信号进行窄带带通滤波处理；
光接收模块1044，用于探测接收所述波分解复用模块处理后的下路通信光信号。
其中，光带通滤波模块1041，可以使用预制若干工作波长窗口的低插入损耗滤波器组合，以降低对量子光功率的影响。
QKD接收模块1042可以使用基于不同协议和调制方式的QKD系统接收机，本发明申请提供的混合组网方法和装置对QKD系统完全透明。
光接收模块1044、光功率放大模块1045和波分解复用模块1046为光通信系统成熟设备，不区分信号速率、调制格式和光功率等级，本发明实施例中提供的混合组网方法和装置对光通信系统完全透明。
光接收模块1044可以使用光接收机实现，光功率放大模块1045可以使用光功率放大器实现，波分解复用模块1046可以使用波分解复用器实现。
本地上路模块105，用于上路通信光信号的发送，进行多波长合路，光功率放大，以及上路光信号等功率分束处理；进行量子光信号的输出，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发，即实现本地通信光信号的波分复用，功率放大和等功率分束；实现本地QKD发送端的工作波长选择以及量子光信号输出，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发。
本地上路模块105在实现上述功能时，参见图6，图6为本申请实施例中本地上路模块结构示意图。本地上路模块105可以包括如下模块：
光发射模块1051、波分复用模块1052、光功率放大模块1053、光分路模块1054、可调谐光源模块1055、第五控制模块1056、QKD发射模块1057；
光发射模块1051，用于上路通信光信号的发送；
波分复用模块1052，用于对光发射模块1051发送的上路通信光信号进行多波长合路；
光功率放大模块1053，用于将波分复用模块1052合路后的信号进行功率放大；
光分路模块1054，用于将光功率放大模块1053放大的信号进行上路光信号等功率分束处理；
第五控制模块1055，用于为可调谐光源模块1056选择工作波长，并监测和配置QKD发射模块1057的工作参数；
可调谐光源模块1056，用于使用第五控制模块1055选择的输出工作波长设置QKD发射模块1057的工作波长；
QKD发射模块1057，用于进行量子光信号的输出，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发。
其中，可调谐光源模块1056可以使用预制个数工作波长的弱相干态超短脉冲光源组合。
QKD发射模块1057可以使用基于不同协议和调制方式的QKD系统发射机；
本申请实施例提供的混合组网装置对QKD系统完全透明。光发射模块1051、波分复用模块1052、光功率放大模块1053、光分路模块1054为光通信系统成熟设备，不区分信号速率、调制格式和光功率等级，本申请实施例提供的混合组网装置对光通信系统完全透明。
至此，本申请实施例实现了QKD与光通信系统的混合组网，系统参数调整和基于波长和端口的多维度混合或独立路由调度。
本实施例中粗的实线表示多波长光信号；细的实线表示单波长光信号；虚线表示电信号。
其中，第一方向为任一方向，也可以称为本方向。
上述实施例的单元可以集成于一体，也可以分离部署；可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。
基于同样的发明构思，本申请实施例中还提供一种量子密钥分发与光通信系统混合组网方法，参见图7，图7为本申请实施例中量子密钥分发与光通信系统混合组网流程示意图。具体步骤为：
步骤701，对第一方向输入的波分复用光信号进行波长选择和功率控制；并输出处理后的通信光信号和量子光信号。
第一方向输入的波分复用光信号可以为基于波分复用的QKD和通信光信号，QKD光信号为单波长光信号，通信光信号为波分复用的多波长光信号。二者可以采用相同波长窗口传输，例如1550nm的C波段，也可采用不同波长窗口传输，例如1310nm的O波段和1550nm的C波段，或其他波长窗口组合。
QKD系统包含量子光信号、同步光信号和协商光信号，其中同步光信号和协商光信号与通信光信号的光功率和波长配置方式接近，也可采用波分复用方式进行配置和混合传输，因此可以视同于通信光信号。本发明申请中的波分复用光信号主要关注量子光信号和通信光信号的混合。
在产生波分复用光信号的过程中需要限制通信光信号对于量子光信号的影响，例如通信光信号不采用前置光功率放大器，或者通信光信号使用频谱滤波处理以限制自发辐射噪声和拉曼散射噪声等。
其中所述的波长选择在波分复用光信号中实现不同波长光信号的波长级分路，输出至旁路/直通、通信光下路和量子光下路等对应端口；功率控制实现不同波长通信光信号的光功率调整；波长选择和功率控制根据组网和路由调度需求进行控制。
步骤702，通过光路交换对所述处理后的通信光信号和量子光信号进行端口级调度。
步骤703，若调度到第二方向对应的端口，则对调度到第二方向对应的端口的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与调度到第二方向的上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制；并在第二方向上输出。
若调度到第三方向本地下路模块对应的端口，则对需要在第三方向本地下路的通信光信号和量子光信号进行的处理，包括：对下路通信光信号进行功率放大、波长分路处理；并探测接收；对下路量子光信号进行窄带带通滤波，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；
对第三方向需要在本地上路的通信光信号和量子光信号进行的处理，包括，对上路通信光信号进行多路合波处理，功率放大，和等功率分束；对上路量子光信号进行工作波长配置，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发。
本实施例中以第一方向输入的波分复用光信号被处理，以及调度的流程，第一方向输入的波分复用光信号可能被调度到第二方向输出处理，也可能被调度到第三方向进行下路处理，在第三方向下路时，还会在第三方向上进行上路处理。
其中，第一方向和第二方向为不同方向，第三方向可以为第一方向、第二方向，或第一方向、第二方向之外的任一方向，即第三方向可以为配置的任一方向。
上述实施例中以第一方向为例，其他方向上输入的波分复用光信号的处理与第一方向输入的波分复用光信号的处理过程类似，简单描述光路交换处理还包括如下实现：
若存在第一方向之外的方向输入波分复用光信号，则对所述第一方向之外的方向输入的波分复用光信号进行端口级调度；
本实施例中本地上路模块包含可调谐光源功能，根据组网和路由调度需求，对QDK发射模块中的量子光信号进行调节。
本步骤中的光路交换为针对分路之后的光信号，采用端口级光路交换方式，进行旁路/直通或下路等不同方向的交换调度。
光路交换可以采用LCos和MEMS等技术方案实现的低插入损耗光路交换器件实现，同时可以根据组网调度方向数的需求进行端口数(维度)扩展。
本申请实施例中进一步包括：
根据组网和路由调度设置光路交换的端口数，对多个方向的QKD和光通信系统之间基于波长及光路交换的混合组网，以及两个方向之间的QKD和光通信系统的路由调度。
其中所述的光路交换功能，可以根据组网和路由调度需求进行端口数(维度)扩展，以实现对于多个方向的QKD和光通信系统之间基于波长及光路交换的混合组网，以及任意两个方向之间的QKD和光通信系统的路由调度，以实现两个方向之间的QKD收发模块的配对和量子密钥分发，之后通过结合相应的加解密功能，可以实现两个方向之间通信光信号的量子保密通信。
本申请实施例中提供的QKD与光通信混合组网方法和装置，实现多维度方向的QKD与光通信系统混合组网和基于波长级和端口级的路由调度。能够以较低的器件插入损耗代价，实现任意两个方向的量子光信号和通信光信号的路由连接，由QKD配对实现量子密钥分发，并结合加解密处理，完成任意两个方向通信光信号的量子保密通信。本发明申请的技术方案具有器件插入损耗低，组网方向维度可扩展，对QKD系统和光通信系统透明，并兼容上层网络管理控制的优势。
下面结合附图，给出QKD与光通信系统混合组网的四方向维度具体实施例实现组网过程。
参见图8，图8为QDK与光通信系统混合组网的四方向示意图。
图8中包含东向、西向、南向和北向四个方向维度，每个方向维度均包含输入输出双向光通信系统和通信光信号，四个方向维度通过光路交换模块202进行端口级的连接选通和波长级的路由调度，各方向中均包含输入波长交换模块201和输出波长交换模块203，以及各自方向的本地下路模块204和本地上路模块205。
根据初始网络配置，东向和西向双方向连通，此时东向的本地上路模块205和西向的本地下路模块204通过光路交换模块202实现QKD发送端和接收端的配对和量子密钥分发，并通过系统加解密功能为东-西向的本地上下路通信光信号，以及处于同一管理域内的其他通信光信号提供量子保密通信服务。同样的，西向的本地上路模块205和东向的本地下路模块204通过光路交换模块202实现QKD发送端和接收端的配对和量子密钥分发，并通过系统加解密功能为西-东向本地上下路通信光信号，以及处于同一管理域内的其他通信光信号提供量子保密通信服务。
以此类推，根据光路交换模块202进行各方向之间的端口连接配置，可以实现任意两方向之间的双向联通，以及双方向QKD收发端配对和量子密钥分发，并为双方向的本地上下路通信光信号以及处于同一管理域内的其他通信光信号提供量子保密通信服务。同时，光路交换模块202可以根据网络方向维度数量的要求，进一步进行端口扩展，以兼容更多方向的路由调度和组网。
任意方向之间的QKD收发端之间的光链路仅经过一个合波器、两个光开关，一个单向WSS和一个带通滤波器，可以基于现有的商用化器件将光链路器件损耗减小至6-7dB量级，远小于基于传统ROADM节点的20dB量级，满足QKD链路的实用化要求。同时，本地上路通信光信号链路中去除了前置放大器，QKD接收端之前增加了带通滤波器，可以进一步减小和抑制通信光信号对于量子光信号传输和探测接收的影响。
在另一个实施例中，还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述量子密钥分发与光通信系统混合组网方法的步骤。
在另一个实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时可实现所述量子密钥分发与光通信系统混合组网方法中的步骤。
图9为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(Processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(Memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行如下方法：
对第一方向输入的波分复用光信号进行波长选择和功率控制；并输出处理后的通信光信号和量子光信号；
通过光路交换对所述处理后的通信光信号和量子光信号进行端口级调度；
对第一方向需要在本地下路的通信光信号和量子光信号进行的处理，包括:对下路通信光信号进行功率放大、波长分路处理；并探测接收；对下路量子光信号进行窄带带通滤波，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；
对第一方向需要在本地上路的通信光信号和量子光信号进行的处理，包括，对上路通信光信号进行多路合波处理，功率放大，和等功率分束；对上路量子光信号进行工作波长配置，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发；
对调度到第二方向对应的端口的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与调度到第二方向的上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制；并在第二方向上输出。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种量子密钥分发QKD与光通信系统混合组网装置，其特征在于，所述装置包括：输入波长交换模块、光路交换模块、输出波长交换模块、本地下路模块和本地上路模块；
所述输入波长交换模块，用于对第一方向输入的波分复用光信号进行基于波长选择的分路处理，以及对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并输出处理后的通信光信号和量子光信号；
所述光路交换模块，用于对第一方向和第一方向之外的方向的输入输出波分复用光信号，本地上下路通信光信号，本地上下路量子光信号进行端口级路由调度；
所述输出波长交换模块，用于对所述光路交换模块调度到本模块的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并在第一方向上输出；
所述本地下路模块，对所述光路交换模块调度到本模块的下路量子光信号进行探测接收，对下路量子光信号进行窄带带通滤波，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；对所述光路交换模块调度到本模块的下路通信光信号进行功率放大、波长分路处理；并探测接收下路通信光信号；
所述本地上路模块，用于上路通信光信号的发送，进行多波长合路，光功率放大，以及上路光信号等功率分束处理；进行量子光信号的输出，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入波长交换模块包括：波长选择功率控制模块和第一控制模块；
所述第一控制模块，用于根据组网和路由调度需求设置波长选择参数和功率控制参数，并向所述波长选择功率控制模块下发命令；
所述波长选择功率控制模块，用于根据所述第一控制模块下发的命令对第一方向输入的波分复用光信号进行基于波长选择的分路处理，以及对不同波长的光信号进行功率均衡和控制，并输出处理后的通信光信号和量子光信号到对应端口。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路交换模块，包括：多维光路端口切换模块和第二控制模块；
所述第二控制模块，用于向所述多维光路端口切换模块发送端口级路由调度控制命令；
所述多维光路端口切换模块，用于根据所述第二控制模块发送的控制命令对第一方向和第一方向之外的方向的输入输出波分复用光信号，本地上下路通信光信号，对本地上下路量子光信号进行端口级路由调度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输出波长交换模块，包括：第三控制模块、合波器模块和波长选择功率控制模块；
所述第三控制模块，用于根据组网和路由调度策略设置波长选择参数和功率控制参数，并向所述波长选择功率控制模块发送指令；
所述合波器模块，用于对所述光路交换模块调度到本模块的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与上路量子光信号进行耦合，并将耦合后的，以及所述波长选择和功率控制模块处理后的波分复用光信号在第一方向上输出；
所述波长选择和功率控制模块，用于根据所述第三控制模块发送的指令对不同波长的光信号进行功率均衡和控制。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地下路模块，包括：光带通滤波模块、OKD接收模块、第四控制模块、光接收模块、光功率放大模块和波分解复用模块；
所述第四控制模块，设置带通滤波参数，检测并配置所述QKD接收模块的工作参数；控制所述光带通滤波模块进行窄带带通滤波，以及所述QDK接收模块对量子光信号的探测接收；
所述光带通滤波模块，用于对下路量子光信号进行窄带带通滤波；
所述QKD接收模块，用于探测接收下路量子光信号，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；
所述光功率放大模块，用于对下路通信光信号进行功率放大处理；
所述波分解复用模块，用于所述光功率放大模块处理后的下路通信光信号进行窄带带通滤波处理；
所述光接收模块，用于探测接收所述波分解复用模块处理后的下路通信光信号。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述本地上路模块，包括：光发射模块、波分复用模块、光功率放大模块、光分路模块、可调谐光源模块、第五控制模块、QKD发射模块
所述光发射模块，用于上路通信光信号的发送；
所述波分复用模块，用于对所述光发射模块发送的上路通信光信号进行多波长合路；
所述光功率放大模块，用于将所述波分复用模块合路后的信号进行功率放大；
所述光分路模块，用于将所述光功率放大模块放大的信号进行上路光信号等功率分束处理；
所述第五控制模块，用于为所述可调谐光源模块选择工作波长，并监测和配置所述QKD发射模块的工作参数；
所述可调谐光源模块，用于使用所述第五控制模块选择的输出工作波长设置所述QKD发射模块的工作波长；
所述QKD发射模块，用于进行量子光信号的输出，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发。
7.一种量子密钥分发QKD与光通信系统混合组网方法，其特征在于，所述方法包括：
对第一方向输入的波分复用光信号进行波长选择和功率控制；并输出处理后的通信光信号和量子光信号；
通过光路交换对所述处理后的通信光信号和量子光信号进行端口级调度；
若调度到第二方向对应的端口，则对调度到第二方向对应的端口的通信光信号和上路通信光信号进行波长级合路处理，之后再与调度到第二方向的上路量子光信号进行耦合；同时对不同波长的光信号进行功率均衡和控制；并在第二方向上输出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
若调度到第三方向本地下路模块对应的端口，则对需要在第三方向本地下路的通信光信号和量子光信号进行的处理，包括：对下路通信光信号进行功率放大、波长分路处理；并探测接收；对下路量子光信号进行窄带带通滤波，并与对应的QKD发送端配对实现量子密钥分发；
对第三方向需要在本地上路的通信光信号和量子光信号进行的处理，包括，对上路通信光信号进行多路合波处理，功率放大，和等功率分束；对上路量子光信号进行工作波长配置，并与对应的QKD接收端配对实现量子密钥分发。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
根据组网和路由调度设置光路交换的端口数，对多个方向的QKD和光通信系统之间基于波长及光路交换的混合组网，以及两个方向之间的QKD和光通信系统的路由调度。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求7-9任一项所述的方法。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求7-9任一项所述的方法。
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