CN114374901B - 一种qkd与光接入网融合的通信方法、装置及光网络系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种QKD与光接入网融合的通信方法、装置及光网络系统，涉及量子通信领域，可以实现QKD网络的部署，提高光网络的安全性，并且可以提供更多的带宽资源。该光网络系统包括：OLT和至少两组ONU，OLT上部署有至少两个QKD接收装置、第一接收装置、第一发送装置和波分复用器，每组ONU上部署有QKD发送装置、第二接收装置和第二发送装置；至少两个QKD接收装置通过波分复用器、第一光分路器和第二光分路器，与QKD发送装置连接，第一接收装置通过波分复用器、第一光分路器和第三光分路器，与第二发送装置连接，第一发送装置通过第一光分路器和第四光分路器，与第二接收装置连接，使得ONU采用波分复用的方式发送信号，OLT采用时分复用的方式发送信号。

Description

一种QKD与光接入网融合的通信方法、装置及光网络系统

技术领域

本申请涉及量子通信领域，尤其涉及一种QKD与光接入网融合的通信方法、装置及光网络系统。

背景技术

随着科技的进步，新能源出行、物联网、智能家居和智能电网等发展的极为迅速。因此，电力通信网的接入用户数量迅速增长，给现有的电力通信网带来了巨大的挑战。提高配电网的调节能力和适应能力势在必行。另外，随着配电网的建设发展，信息交互愈发频繁，负荷聚合商等新兴运营模式的兴起带来网络开放性增强，导致了信息通信的安全威胁日益增大，迫切需要先进的加密技术提高信息通信安全，保证电网安全可靠运行。

当前非对称加密算法被广泛应用于互联网通信业务中，其安全性是基于算法的复杂度。后续，随着量子计算技术的发展，非对称加密的未来前景被证明是不可靠的。而量子密钥分发(quantum key distribution，QKD)已经被证明可以用于对抗量子计算带来的威胁。由量子力学定律可知，在QKD过程中，只要有窃听者窃听信息，通信双方就能发现窃听者，所以窃听者不可能在不被发现的情况下窃听到信息。也就是说，QKD和“一次一密”技术可以实现信息在两个远程通信之间的安全通信。前期的QKD部署方案中，通常通过铺设新光纤来构建专用QKD网络，带来了高昂的时间和金钱成本，不利于QKD的大规模部署应用。

发明内容

本申请实施例提供一种QKD与光接入网融合的通信方法、装置及光网络系统，可以实现QKD网络与无源光接入网的融合部署，提高光网络的安全性，降低部署成本，并且可以提供更多的带宽资源。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种光网络系统，该光网络系统包括：光线路终端和至少两组光网络单元，该光线路终端上部署有至少两个量子密钥分发QKD接收装置、第一接收装置、第一发送装置和波分复用器，每组光网络单元上部署有QKD发送装置、第二接收装置和第二发送装置；其中，任意一组光网络单元上部署的QKD发送装置与至少两个QKD接收装置中的一个QKD接收装置对应，用于向该一个QKD接收装置发送量子信号，该一个QKD接收装置用于接收该任意一组光网络单元上部署的QKD发送装置发送的量子信号，该第一发送装置和该第二发送装置用于发送经典信号，该第一接收装置和该第二接收装置用于接收经典信号；该至少两个QKD接收装置通过该波分复用器、第一光分路器以及第二光分路器，与该QKD发送装置连接，该第一接收装置通过该波分复用器、该第一光分路器以及第三光分路器，与该第二发送装置连接，该第一发送装置通过该第一光分路器以及第四光分路器，与该第二接收装置连接，使得该光网络单元采用波分复用的方式发送信号，该光线路终端采用时分复用的方式发送信号。

基于上述第一方面提供的光网络系统，光网络单元可以采用波分复用的方式发送信号，光线路终端可以采用时分复用的方式发送信号，实现了QKD网络与无源光接入网的融合部署，使得量子信号和经典信号能够共享光纤资源，提高了光网络的安全性，降低部署成本，并且提供了更多的带宽资源。

在一种可能的实现方式中，该QKD发送装置包括发送单元和第一量子密钥池，该发送单元用于发送量子信号，该第一量子密钥池用于存储该QKD发送装置获得的量子密钥；该QKD接收装置包括接收单元和第二量子密钥池，该接收单元用于接收量子信号，该第二量子密钥池用于存储该接收单元接收到的量子密钥。

在一种可能的实现方式中，该至少两组光网络单元上部署有N个第二发送装置和M个QKD发送装置，该N个第二发送装置与N个经典信道对应，该M个QKD发送装置与M个量子信道对应，该N个经典信道的频率，与该N个第二发送装置的发射功率反相关，该N个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，该M个量子信道的频率包括在(N-1)*R个预备量子信道的频率中。其中，该N个经典信道的频率，与该N个第二发送装置的发射功率反相关可以理解为经典信道的频率越大，该经典信道对应的第二发送装置的发射功率越小。也就是说，可以为发射功率较大的第二发送装置对应的经典信道配置较小的频率，为发射功率较小的第二发送装置对应的经典信道配置较大的频率。

在一种可能的实现方式中，该M个量子信道是(N-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

第二方面，提供了一种QKD与光接入网融合的通信方法，执行该方法的通信装置可以为光网络单元；也可以为应用于光网络单元中的模块，例如芯片或芯片系统。下面以执行主体为光网络单元为例进行描述。该方法包括：通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式向光线路终端发送量子信号，该量子信号用于指示第一密钥；通过第三光分路器和该第一光分路器，采用波分复用的方式向该光线路终端发送第一加密信号，或者，通过该第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式接收来自该光线路终端的第二加密信号，该第一加密信号是通过该第一密钥对第一经典信号加密得到的，该第二加密信号是通过该第一密钥对第二经典信号加密得到的。

基于上述第二方面提供的方法，光网络单元可以向光线路终端分发量子密钥，并通过该量子密钥与光线路终端通信，在上述过程中，量子信号和经典信号能够共享光纤资源，提高了通信安全，降低了QKD网络的部署成本，并且提供了更多的带宽资源。

在一种可能的实现方式中，该光网络单元上部署有P个第二发送装置和1个QKD发送装置，该P个第二发送装置与P个经典信道对应，该1个QKD发送装置与1个量子信道对应，该P个经典信道的频率，与该P个第二发送装置的发射功率反相关，该P个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，该量子信道是(P-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

第三方面，提供了一种QKD与光接入网融合的通信方法，执行该方法的通信装置可以为光线路终端；也可以为应用于光线路终端中的模块，例如芯片或芯片系统。下面以执行主体为光线路终端为例进行描述。该方法包括：通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自光网络单元的量子信号，该量子信号用于指示第一密钥；通过该第三光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自光网络单元的第一加密信号，或者，通过该第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式向光网络单元发送第二加密信号，该第一加密信号是通过该第一密钥对第一经典信号加密得到的，该第二加密信号是通过该第一密钥对第二经典信号加密得到的。

基于上述第三方面提供的方法，光线路终端可以接收来自光网络单元的量子密钥，并通过该量子密钥与光网络单元通信，在上述过程中，量子信号和经典信号能够共享光纤资源，提高了通信安全，降低了QKD网络的部署成本，并且提供了更多的带宽资源。

在一种可能的实现方式中，该光网络单元上部署有P个第二发送装置和1个QKD发送装置，该P个第二发送装置与P个经典信道对应，该1个QKD发送装置与1个量子信道对应，该P个经典信道的频率，与该P个第二发送装置的发射功率反相关，该P个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，该量子信道是(P-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

第四方面，提供了一种通信装置用于实现上述方法。该通信装置可以为上述第二方面中的光网络单元，或者包含上述光网络单元的装置；或者，该通信装置可以为上述第三方面中的光线路终端，或者包含上述光线路终端的装置。该通信装置包括实现上述方法相应的模块、单元、或手段(means)，该模块、单元、或means可以通过硬件实现，软件实现，或者通过硬件执行相应的软件实现。该硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块或单元。

第五方面，提供了一种通信装置，包括：处理器；该处理器用于与存储器耦合，并读取存储器中的指令之后，根据该指令执行如上述任一方面所述的方法。该通信装置可以为上述第二方面中的光网络单元，或者包含上述光网络单元的装置；或者，该通信装置可以为上述第三方面中的光线路终端，或者包含上述光线路终端的装置。

结合上述第五方面，在一种可能的实现方式中，该通信装置还包括存储器，该存储器，用于保存必要的程序指令和数据。

结合上述第五方面，在一种可能的实现方式中，该通信装置为芯片或芯片系统。可选的，该通信装置是芯片系统时，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。

第六方面，提供了一种通信装置，包括：处理器和接口电路；接口电路，用于接收计算机程序或指令并传输至处理器；处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使该通信装置执执行如上述任一方面所述的方法。

结合上述第六方面，在一种可能的实现方式中，该通信装置为芯片或芯片系统。可选的，该通信装置是芯片系统时，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。

第七方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行上述任一方面所述的方法。

第八方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行上述任一方面所述的方法。

第九方面，提供了一种通信系统，该通信系统包括用于执行上述第二方面所述的方法的光网络单元、以及用于执行上述第三方面所述的方法的光线路终端。

需要说明的是，在方案不矛盾的前提下，上述各个方面中的方案均可以结合。

附图说明

图1为本申请实施例提供的光网络系统架构示意图；

图2为本申请实施例提供的通信装置的硬件结构示意图；

图3为本申请实施例提供的QKD与光接入网融合的通信方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的通信装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例的实施方式进行详细描述。

目前配电通信网的终端通信接入网部分主要采用以太网无源光网络(ethernetpassive optical network，EPON)技术。然而，随着新型电力系统的发展，海量终端设备将接入配电网，同时监控视频等大带宽业务也将逐渐增加，在这一趋势下传统基于时分复用的EPON技术将难以满足日益增长的带宽需求。同时，为了实现QKD与配电通信网融合，需要量子信号与电力通信业务共享资源，也将导致资源紧张问题进一步加剧。基于此，本申请实施例提供一种基于时波分复用无源光网络(time and wavelength division multiplexedpassive optical network，TWDM-PON)，一方面，可以实现QKD网络的部署，提高光网络的安全性，另一方面，能够提供更高的带宽，更好地支撑未来日益增长的配电业务与量子信号的资源共享需求。

在本申请实施例中，可以在光线路终端(optical line terminal，OLT)侧和光网络单元(optical network unit，ONU)侧分别部署QKD装置，使得量子信号和经典信号可以共纤传输，以避免了为QKD单独部署光纤带来的成本问题。例如，可以在OLT侧部署QKD接收装置，在ONU侧部署OKD发送装置，或者，在OLT侧部署QKD发送装置，在ONU侧部署OKD接收装置。本申请实施例以在OLT侧部署QKD接收装置，在ONU侧部署OKD发送装置为例进行说明，在OLT侧部署QKD发送装置，在ONU侧部署OKD接收装置的情况，与在OLT侧部署QKD接收装置，在ONU侧部署OKD发送装置的情况类似，可以参考本申请实施例中的描述，不做赘述。下面以图1所示的光网络系统10为例进行介绍。

如图1所示，为本申请实施例提供的光网络系统10的架构示意图。图1所示的光网络系统10包括：OLT 101、ONU组106和ONU组107。OLT 101部署在变电站(图1中未示出)侧，ONU组106和ONU组107连接到多个配电终端用户(power distribution terminals，PDT)(图1中未示出)。PDT可以为馈线终端单元(feeder terminal unit，FTU)、远程终端单元(remote terminal unit，RTU)等。

其中，OLT 101上部署有QKD接收装置1013、QKD接收装置1018、第一发送装置1011、至少一个第一接收装置1012和波分复用器1016。可选的，OLT 101上还部署有环形器1017。QKD接收装置1013用于接收量子信号。可选的，QKD接收装置1013包括接收单元1014和第一量子密钥池(quantum key pool，QKP)1015。接收单元1014用于接收量子信号，第一QKP1015用于存储接收到的量子密钥，这样，在难以通过实时的密钥生成满足加密通信需求的情况下，存储提前接收到的量子密钥。类似的，QKD接收装置1018包括接收单元1019和第一QKP 1020。接收单元1019用于接收量子信号，第一QKP 1020用于存储接收到的量子密钥。第一发送装置1011用于发送非量子信号，非量子信号也称为经典信号。第一接收装置1012用于接收经典信号。波分复用器1016用于实现上行波分复用信道的解复用。本申请实施例中，上行方向指的是ONU侧到OLT侧的方向，下行方向指的是OLT侧到ONU侧的方向。环形器1017用于单方向传输信号。

ONU组106上部署有QKD发送装置1065，至少一个第二发送装置和至少一个第二接收装置，如：第二发送装置1061，第二接收装置1062，第二发送装置1063和第二接收装置1064，其中，第二发送装置1061和第二接收装置1062可以看做一个ONU，第二发送装置1063和第二接收装置1064可以看做另一个ONU。可选的，QKD发送装置1065包括发送单元1066和第二QKP 1067。发送单元1066用于发送量子信号，第二QKP 1067用于存储QKD发送装置1065获得的量子密钥，例如，第二QKP 1067用于存储QKD发送装置1065生成的量子密钥，这样，在难以通过实时的密钥生成满足加密通信需求的情况下，存储提前生成的量子密钥。至少一个第二发送装置用于发送经典信号，至少一个接收装置用于接收经典信号。

ONU组107上部署有QKD发送装置1075，至少一个第二发送装置和至少一个第二接收装置，如：第二发送装置1071，第二接收装置1072，第二发送装置1073和第二接收装置1074，其中，第二发送装置1071和第二接收装置1072可以看做一个ONU，第二发送装置1073和第二接收装置1074可以看做另一个ONU。可选的，QKD发送装置1075包括发送单元1076和第二QKP 1077。发送单元1076用于发送量子信号，第二QKP 1077用于存储QKD发送装置1075获得的量子密钥，例如，第二QKP 1077用于存储QKD发送装置1075生成的量子密钥，这样，在难以通过实时的密钥生成满足加密通信需求的情况下，存储提前生成的量子密钥。至少一个第二发送装置用于发送经典信号，至少一个接收装置用于接收经典信号。

可以理解的，QKD接收装置1013或QKD接收装置1018与一个ONU组对应。例如，QKD接收装置1013与ONU组1065对应，QKD发送装置1065用于向QKD接收装置1013发送量子信号，QKD接收装置1013用于接收QKD发送装置1065发送的量子信号。QKD接收装置1018与ONU组1075对应，QKD发送装置1075用于向QKD接收装置1018发送量子信号，QKD接收装置1018用于接收QKD发送装置1075发送的量子信号。

可以理解的，在ONU组上部署的第二发送装置和第二接收装置的数量大于1的情况下，多个第二发送装置和多个第二接收装置可以共用一个QKD发送装置，可以降低QKD装置的部署成本，挺高实用性。换句话说，考虑到QKD部署成本，可以将ONU分组，每组共享一个QKD发送装置。具体来说，可以将所有的ONU分成多组，组内的ONU共享一个QKD发送装置，组内的每个ONU从该组内的QKD发送装置获取安全密钥。

其中，QKD接收装置1013、QKD接收装置1018以及至少一个第一接收装置1012，与波分复用器1016连接。第一发送装置1011以及波分复用器1016，与环形器1017连接。环形器1017与第一光分路器(spliter)102连接(如通过光纤连接)。第一光分路器102与第二光分路器103、第三光分路器104和第四光分路器105连接(如通过光纤连接)。第二光分路器103与QKD发送装置1065和QKD发送装置1075连接。第三光分路器104与第二发送装置1061、第二发送装置1063、第二发送装置1071和第二发送装置1073连接。第四光分路器105与第二接收装置1062、第二接收装置1064、第二接收装置1072、第二接收装置1074连接。如此，可以使得ONU采用波分复用的方式发送信号，OLT采用时分复用的方式发送信号。可以理解的，上行的经典信道常用于传输配电监测数据和终端用户采集到的信息数据，带宽需求较高，因此，上行的经典信道可以工作在C波段，并采用波分复用(wavelength division multiplexed，WDM)的方式进行上行传输，下行的经典信道可以工作在O波段，采用时分复用(timedivision multiplexed，TDM)的方式进行下行传输。光配线网(optical distributionnetwork，ODN)采用多个光分路器组合的方式，实现上行波分复用信道的耦合以及下行时分复用信道的解复用。可以理解的，在下行方向沿用EPON技术的时分复用方案，可以降低升级成本，实现平滑演进。本申请实施例中，光分路器还可以成为分束器。

可以理解的，上述波分复用器1016和环形器1017也可以不部署在OLT 101中，而是部署在ODN，不予限制。

可选的，光网络系统10还包括多个PDT(图1中未示出)。该多个PDT分别与ONU组中的第二发送装置和第二接收装置连接，使得PDT可以通过与其连接的第二发送装置向OLT发送信号，通过与其连接的第二接收装置接收来自OLT的信号。

图1所示的光网络系统10仅用于举例，并非用于限制本申请的技术方案。本领域的技术人员应当明白，在具体实现过程中，光网络系统10还可以包括其他设备，同时也可根据具体需要来确定OLT、OLT侧部署的第一发送装置、第一接收装置、QKD接收装置、ONU组、每个ONU组内第二发送装置、第二接收装置、QKD发送装置、各种光分路器或PDT的数量，不予限制。

可以理解的，将QKD与无源光网络融合的一个挑战为量子信号与经典信号共纤传输时的串扰问题。以单光子为载体的量子信号与经典信号相比功率极低，在与经典信号共纤传输时，经典信号的串扰及光纤非线性效应产生的噪声会极大地影响QKD系统的性能。上述噪声主要包括带内噪声和带外噪声。带内噪声指噪声光子落在量子信道上所产生的噪声，带外噪声指噪声光子未落在量子信道上所产生的噪声，量子信道为用于传输量子信号的信道。其中，带外噪声主要包括信道串扰噪声等，通过在QKD接收端采取高隔离度的多级频域滤波技术能够有效抑制该类噪声的干扰。而对于带内噪声，如传输过程中产生的四波混频噪声与自发拉曼散射噪声等，无法通过滤波技术去除，一直以来被视为共纤传输系统中的主要干扰因素。虽然现有的实验中采取了经典信号功率控制以及时域滤波等措施缓解带内噪声干扰，但是效果仍然非常受限。因此，需要对量子信道和经典信道进行合理的规划，尽量避免或减少四波混频及自发拉曼散射产生的噪声光子落在量子信道，从而提高量子密钥分配的性能。

可以理解的，量子信道的频率和经典信道的频率在频域上相互交织(即：在频域上量子信道穿插在经典信道之间)能够有效地避免经典信号产生的四波混频噪声不落在量子信道上。所以，本申请可以采用量子信道和经典信道在频域上相互交织的方式为量子信道和经典信道分配频率，以降低四波混频噪声。对于拉曼散射噪声，噪声光谱在泵浦光左右20nm的范围内成“V”字形分布，而噪声中的低频分量(斯托克斯分量)大于高频分量(反斯托克斯分量)，因此若大功率经典信道的频率位于低频侧，则量子信道受到的噪声干扰来自于高频分量，能够降低噪声干扰。所以，本申请实施例中，可以为发射功率较大的经典信道配置较低的频率，为发射功率较小的经典信道配置较高的频率，以降低拉曼散射噪声。

一种可能的实现方式，若至少两组ONU上部署有N个第二发送装置和M个QKD发送装置，N个第二发送装置与N个经典信道对应，M个QKD发送装置与M个量子信道对应，则N个经典信道的频率，与N个第二发送装置的发射功率反相关。N个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道(R值取决于波分复用器件支持的最小信道间隔，R个预备量子信道中，每个量子信道的频率小于该相邻的两个经典信道的最小频率，并且大于该相邻的两个经典信道的最大频率)，M个量子信道的频率包括在(N-1)*R个预备量子信道的频率中。其中，N和M为正整数，N大于或等于M，N个经典信道的频率，与N个第二发送装置的发射功率反相关可以理解为经典信道的频率越大，该经典信道对应的第二发送装置的发射功率越小。也就是说，可以为发射功率较大的第二发送装置对应的经典信道配置较小的频率，为发射功率较小的第二发送装置对应的经典信道配置较大的频率。N个第二发送装置的发射功率可以相同也可以不同。如此，可以有效降低拉曼散射噪声及四波混频噪声的干扰，提高量子密钥分配性能。

进一步的，M个量子信道是(N-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。如此，可以将噪声功率最低的信道作为量子信道，以进一步提高量子密钥分配性能。

示例性的，以图1所示的光网络系统10为例，若ONU 106上部署了2个第二发送装置，分别为第二发送装置1061和第二发送装置1063，ONU 107上部署了2个第二发送装置，分别为第二发送装置1071和第二发送装置1073，第二发送装置1061的发射功率<第二发送装置1063的发射功率<第二发送装置1071的发射功率<第二发送装置1073的发射功率，则第二发送装置1061对应的经典信道的频率>第二发送装置1063对应的经典信道的频率>第二发送装置1071对应的经典信道的频率>第二发送装置1073对应的经典信道的频率，QKD发送装置1065对应的量子信道的频率1和/或QKD发送装置1075对应的量子信道的频率2可以位于第二发送装置1061对应的经典信道的频率和第二发送装置1063对应的经典信道的频率之间，或者，第二发送装置1063对应的经典信道的频率和第二发送装置1071对应的经典信道的频率之间，或者，第二发送装置1071对应的经典信道的频率和第二发送装置1073对应的经典信道的频率之间。或者说，若在第二发送装置1061对应的经典信道1，第二发送装置1063对应的经典信道2，第二发送装置1071对应的经典信道3和第二发送装置1073对应的经典信道4中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括2个预备量子信道，例如，经典信道1和经典信道2之间包括预备量子信道1和预备量子信道2，经典信道2和经典信道3之间包括预备量子信道3和预备量子信道4，经典信道3和经典信道4之间包括预备量子信道5和预备量子信道6，则QKD发送装置1065对应的量子信道的频率1可以是预备量子信道1至预备量子信道6中任意一个预备量子信道的频率，QKD发送装置1075对应的量子信道的频率2可以是预备量子信道1至预备量子信道6中任意一个预备量子信道的频率。进一步的，基于QKD系统噪声源分析理论中的拉曼散射噪声功率计算公式，可得到各预备量子信道的噪声大小，选择噪声功率最低的2个信道作为最终的量子信道，也就是说，QKD发送装置1065对应的量子信道和QKD发送装置1075对应的量子信道是6个预备量子信道中，噪声功率最低的2个量子信道。

可选的，本申请实施例图1中的各设备(例如OLT或ONU等)也可以称之为通信装置，其可以是一个通用设备或者是一个专用设备，本申请实施例对此不作具体限定。

可选的，本申请实施例图1中的各设备的相关功能可以由一个设备实现，也可以由多个设备共同实现，还可以是由一个设备内的一个或多个功能模块实现，本申请实施例对此不作具体限定。可以理解的是，上述功能既可以是硬件设备中的网络元件，也可以是在专用硬件上运行的软件功能，或者硬件与软件的结合，或者平台(例如，云平台)上实例化的虚拟化功能。

在具体实现时，图1所示的各设备都可以采用图2所示的组成结构，或者包括图2所示的部件。图2所示为可适用于本申请实施例的通信装置的硬件结构示意图。该通信装置20包括至少一个处理器201和至少一个通信接口204，用于实现本申请实施例提供的方法。该通信装置20还可以包括通信线路202和存储器203。

处理器201可以是一个通用中央处理器(central processing unit，CPU)，微处理器，特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本申请方案程序执行的集成电路。

通信线路202可包括一通路，在上述组件之间传送信息，例如总线。

通信接口204，用于与其他设备或通信网络通信。通信接口204可以是任何收发器一类的装置，如可以是以太网接口、无线接入网(radio access network，RAN)接口、无线局域网(wireless local area networks，WLAN)接口、收发器、管脚、总线、或收发电路等。

存储器203可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electricallyerasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compact disc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过通信线路202与处理器201相耦合。存储器203也可以和处理器201集成在一起。本申请实施例提供的存储器通常可以具有非易失性。

其中，存储器203用于存储执行本申请实施例提供的方案所涉及的计算机执行指令，并由处理器201来控制执行。处理器201用于执行存储器203中存储的计算机执行指令，从而实现本申请实施例提供的方法。或者，可选的，本申请实施例中，也可以是处理器201执行本申请下述实施例提供的方法中的处理相关的功能，通信接口204负责与其他设备或通信网络通信，本申请实施例对此不作具体限定。

可选的，本申请实施例中的计算机执行指令也可以称之为应用程序代码，本申请实施例对此不作具体限定。

本申请实施例中的耦合是装置、单元或模块之间的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式，用于装置、单元或模块之间的信息交互。

作为一种实施例，处理器201可以包括一个或多个CPU，例如图2中的CPU0和CPU1。

作为一种实施例，通信装置20可以包括多个处理器，例如图2中的处理器201和处理器205。这些处理器中的每一个可以是一个单核(single-CPU)处理器，也可以是一个多核(multi-CPU)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。

可以理解的，图2中示出的组成结构并不构成对该通信装置的限定，除图2所示部件之外，该通信装置可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

下面将结合附图，对本申请实施例提供的方法进行描述。下述实施例中的各网元可以具备图2所示部件，不予赘述。

需要说明的是，本申请下述实施例中各个网元之间的消息名字或消息中各参数的名字等只是一个示例，具体实现中也可以是其他的名字，本申请实施例对此不作具体限定。

需要说明的是，在本申请实施例中，“/”可以表示前后关联的对象是一种“或”的关系，例如，A/B可以表示A或B；“和/或”可以用于描述关联对象存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。此外，类似于“A、B和C中的至少一项”或“A、B或C中的至少一项”的表述通常用于表示如下中任一项：单独存在A；单独存在B；单独存在C；同时存在A和B；同时存在A和C；同时存在B和C；同时存在A、B和C。以上是以A、B和C共三个元素进行举例来说明该项目的可选用条目，当表述中具有更多元素时，该表述的含义可以按照前述规则获得。

为了便于描述本申请实施例的技术方案，在本申请实施例中，可以采用“第一”、“第二”等字样对功能相同或相似的技术特征进行区分。该“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示例子、例证或说明，被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念，便于理解。

可以理解，说明书通篇中提到的“实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各个实施例未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。可以理解，在本申请的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

可以理解，在本申请中，“当…时”、“若”以及“如果”均指在某种客观情况下会做出相应的处理，并非是限定时间，且也不要求实现时一定要有判断的动作，也不意味着存在其它限定。

可以理解，本申请实施例中的一些可选的特征，在某些场景下，可以不依赖于其他特征，比如其当前所基于的方案，而独立实施，解决相应的技术问题，达到相应的效果，也可以在某些场景下，依据需求与其他特征进行结合。相应的，本申请实施例中给出的装置也可以相应的实现这些特征或功能，在此不予赘述。

可以理解的，本申请实施例中同一个步骤或者具有相同功能的步骤或者技术特征在不同实施例之间可以互相参考借鉴。

可以理解的，本申请实施例中，OLT和/或ONU可以执行本申请实施例中的部分或全部步骤，这些步骤仅是示例，本申请实施例还可以执行其它步骤或者各种步骤的变形。此外，各个步骤可以按照本申请实施例呈现的不同的顺序来执行，并且有可能并非要执行本申请实施例中的全部步骤。

如图3所示，为本申请实施例提供的一种QKD与光接入网融合的通信方法，该QKD与光接入网融合的通信方法可以应用于上述光网络系统10中，该QKD与光接入网融合的通信方法可以包括如下步骤：

S301：ONU通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式向OLT发送量子信号。相应的，OLT通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自ONU的量子信号。

其中，ONU可以为图1所示光网络系统10中的任意一组ONU组中的ONU，OLT为图1所示光网络系统10中的OLT 101。量子信号可以用于指示第一密钥。第一密钥可以用于对ONU和OLT之间的信号进行加密。

示例性的，以图1所示的光网络系统10为例，QKD发送装置106可以通过第二光分路器103、第一光分路器102、环形器1017和波分复用器1016，采用波分复用的方式向QKD接收装置1013发送量子信号。相应的，QKD接收装置1013通过第二光分路器103、第一光分路器102、环形器1017和波分复用器1016，采用波分复用的方式接收来自QKD发送装置106的量子信号。

一种可能的实现方式，ONU上部署有P个第二发送装置和1个QKD发送装置，P个第二发送装置与P个经典信道对应，1个QKD发送装置与1个量子信道对应，P个经典信道的频率，与P个第二发送装置的发射功率反相关，P个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，该1个量子信道是(P-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。具体的说明，可以参考上述对光网络系统的介绍中对应的描述，在此不做赘述。

S302：ONU与OLT之间通过第一密钥加密通信。

一种可能的实现方式，ONU通过第三光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式向OLT发送第一加密信号，或者，通过第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式接收来自OLT的第二加密信号。相应的，OLT通过第三光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自ONU的第一加密信号，或者，通过第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式向ONU发送第二加密信号。

其中，第一加密信号是通过第一密钥对第一经典信号加密得到的，第二加密信号是通过第一密钥对第二经典信号加密得到的。

示例性的，以图1所示的光网络系统10为例，第二发送装置1061可以通过第三光分路器104、第一光分路器102、环形器1017和波分复用器1016，采用波分复用的方式向第一接收装置1012发送第一加密信号。相应的，第一接收装置1012通过第三光分路器104、第一光分路器102、环形器1017和波分复用器1016，采用波分复用的方式接收来自第二发送装置1061的第一加密信号。或者，第一发送装置1011可以通过环形器1017、第一光分路器102和第四光分路器105，采用时分复用的方式向第二接收装置1064发送第二加密信号。相应的，第二接收装置1064通过环形器1017、第一光分路器102和第四光分路器105，采用时分复用的方式接收来自第一发送装置1011的第二加密信号。

其中，上述S301-S302中的ONU或OLT的动作可以由图2所示的通信装置20中的处理器201调用存储器203中存储的应用程序代码来执行，本申请实施例对此不做任何限制。

本申请上文中提到的各个实施例之间在方案不矛盾的情况下，均可以进行结合，不作限制。

上述主要从各个设备之间交互的角度对本申请实施例提供的方案进行了介绍。相应的，本申请实施例还提供了通信装置，该通信装置可以为上述方法实施例中的ONU，或者包含上述ONU的装置，或者为可用于ONU的部件；或者，该通信装置可以为上述方法实施例中的OLT，或者包含上述OLT的装置，或者为可用于OLT的部件。可以理解的是，上述ONU或OLT等为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法操作，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请实施例可以根据上述方法示例对ONU或OLT进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。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。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

比如，以采用集成的方式划分各个功能模块的情况下，图4示出了一种通信装置40的结构示意图。通信装置40包括收发模块401。收发模块401，也可以称为收发单元用以实现收发功能，例如可以是收发电路，收发机，收发器或者通信接口。

在一些实施例中，该通信装置40还可以包括存储模块(图4中未示出)，用于存储程序指令和数据。

示例性地，通信装置40用于实现ONU的功能。通信装置40例如为图3所示的实施例所述的ONU。

其中，收发模块401，用于通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式向光线路终端发送量子信号，量子信号用于指示第一密钥；收发模块401，还用于通过第三光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式向光线路终端发送第一加密信号，或者，通过第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式接收来自光线路终端的第二加密信号，第一加密信号是通过第一密钥对第一经典信号加密得到的，第二加密信号是通过第一密钥对第二经典信号加密得到的。

在一种可能的实现方式中，通信装置40上部署有P个第二发送装置和1个QKD发送装置，P个第二发送装置与P个经典信道对应，1个QKD发送装置与1个量子信道对应，P个经典信道的频率，与P个第二发送装置的发射功率反相关，P个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，量子信道是(P-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

当用于实现ONU的功能时，关于通信装置40所能实现的其他功能，可参考图3所示的实施例的相关介绍，不多赘述。

或者，示例性地，通信装置40用于实现OLT的功能。通信装置40例如为图3所示的实施例所述的OLT。

其中，收发模块401，用于通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自光网络单元的量子信号，该量子信号用于指示第一密钥；收发模块401，还用于通过该第三光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自光网络单元的第一加密信号，或者，通过该第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式向光网络单元发送第二加密信号，该第一加密信号是通过该第一密钥对第一经典信号加密得到的，该第二加密信号是通过该第一密钥对第二经典信号加密得到的。

在一种可能的实现方式中，该光网络单元上部署有P个第二发送装置和1个QKD发送装置，该P个第二发送装置与P个经典信道对应，该1个QKD发送装置与1个量子信道对应，该P个经典信道的频率，与该P个第二发送装置的发射功率反相关，该P个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，该量子信道是(P-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

当用于实现OLT的功能时，关于通信装置40所能实现的其他功能，可参考图3所示的实施例的相关介绍，不多赘述。

在一个简单的实施例中，本领域的技术人员可以想到通信装置40可以采用图2所示的形式。比如，图2中的处理器201可以通过调用存储器203中存储的计算机执行指令，使得通信装置40执行上述方法实施例中所述的方法。

示例性的，图4中的收发模块401的功能/实现过程可以通过图2中的处理器201调用存储器203中存储的计算机执行指令来实现。或者，图4中的收发模块401的功能/实现过程可以通过图2中的通信接口204来实现。

需要说明的是，以上模块或单元的一个或多个可以软件、硬件或二者结合来实现。当以上任一模块或单元以软件实现的时候，所述软件以计算机程序指令的方式存在，并被存储在存储器中，处理器可以用于执行所述程序指令并实现以上方法流程。该处理器可以内置于SoC(片上系统)或ASIC，也可是一个独立的半导体芯片。该处理器内处理用于执行软件指令以进行运算或处理的核外，还可进一步包括必要的硬件加速器，如现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、PLD(可编程逻辑器件)、或者实现专用逻辑运算的逻辑电路。

当以上模块或单元以硬件实现的时候，该硬件可以是CPU、微处理器、数字信号处理(digital signal processing，DSP)芯片、微控制单元(microcontroller unit，MCU)、人工智能处理器、ASIC、SoC、FPGA、PLD、专用数字电路、硬件加速器或非集成的分立器件中的任一个或任一组合，其可以运行必要的软件或不依赖于软件以执行以上方法流程。

可选的，本申请实施例还提供了一种芯片系统，包括：至少一个处理器和接口，该至少一个处理器通过接口与存储器耦合，当该至少一个处理器执行存储器中的计算机程序或指令时，使得上述任一方法实施例中的方法被执行。在一种可能的实现方式中，该芯片系统还包括存储器。可选的，该芯片系统可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件，本申请实施例对此不作具体限定。

可选的，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。上述方法实施例中的全部或者部分流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于上述计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。计算机可读存储介质可以是前述任一实施例的通信装置的内部存储单元，例如通信装置的硬盘或内存。上述计算机可读存储介质也可以是上述通信装置的外部存储设备，例如上述通信装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，SMC)，安全数字(secure digital，SD)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，上述计算机可读存储介质还可以既包括上述通信装置的内部存储单元也包括外部存储设备。上述计算机可读存储介质用于存储上述计算机程序以及上述通信装置所需的其他程序和数据。上述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

可选的，本申请实施例还提供了一种计算机程序产品。上述方法实施例中的全部或者部分流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于上述计算机程序产品中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。

可选的，本申请实施例还提供了一种计算机指令。上述方法实施例中的全部或者部分流程可以由计算机指令来指令相关的硬件(如计算机、处理器、接入网设备、移动性管理网元或会话管理网元等)完成。该程序可被存储于上述计算机可读存储介质中或上述计算机程序产品中。

可选的，本申请实施例还提供了一种通信系统，包括：上述实施例中的ONU和OLT。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光网络系统，其特征在于，所述光网络系统包括：光线路终端和至少两组光网络单元，所述光线路终端上部署有至少两个量子密钥分发QKD接收装置、第一接收装置、第一发送装置和波分复用器，每组光网络单元上部署有QKD发送装置、第二接收装置和第二发送装置；其中，任意一组光网络单元上部署的QKD发送装置与所述至少两个QKD接收装置中的一个QKD接收装置对应，用于向所述一个QKD接收装置发送量子信号，所述一个QKD接收装置用于接收所述任意一组光网络单元上部署的QKD发送装置发送的量子信号，所述第一发送装置和所述第二发送装置用于发送经典信号，所述第一接收装置和所述第二接收装置用于接收经典信号；

所述至少两个QKD接收装置通过所述波分复用器、第一光分路器以及第二光分路器，与所述QKD发送装置连接，所述第一接收装置通过所述波分复用器、所述第一光分路器以及第三光分路器，与所述第二发送装置连接，所述第一发送装置通过所述第一光分路器以及第四光分路器，与所述第二接收装置连接，使得所述光网络单元采用波分复用的方式发送信号，所述光线路终端采用时分复用的方式发送信号。

2.根据权利要求1所述的光网络系统，其特征在于，

所述QKD发送装置包括发送单元和第一量子密钥池，所述发送单元用于发送量子信号，所述第一量子密钥池用于存储所述QKD发送装置获得的量子密钥；

所述QKD接收装置包括接收单元和第二量子密钥池，所述接收单元用于接收量子信号，所述第二量子密钥池用于存储所述接收单元接收到的量子密钥。

3.根据权利要求1或2所述的光网络系统，其特征在于，所述至少两组光网络单元上部署有N个第二发送装置和M个QKD发送装置，所述N个第二发送装置与N个经典信道对应，所述M个QKD发送装置与M个量子信道对应，所述N个经典信道的频率，与所述N个第二发送装置的发射功率反相关，所述N个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，所述M个量子信道的频率包括在(N-1)*R个预备量子信道的频率中。

4.根据权利要求3所述的光网络系统，其特征在于，所述M个量子信道是(N-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

5.一种量子密钥分发QKD与光接入网融合的通信方法，其特征在于，应用于光网络单元，所述方法包括：

通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式向光线路终端发送量子信号，所述量子信号用于指示第一密钥；

通过第三光分路器和所述第一光分路器，采用波分复用的方式向所述光线路终端发送第一加密信号，或者，通过所述第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式接收来自所述光线路终端的第二加密信号，所述第一加密信号是通过所述第一密钥对第一经典信号加密得到的，所述第二加密信号是通过所述第一密钥对第二经典信号加密得到的。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光网络单元上部署有P个第二发送装置和1个QKD发送装置，所述P个第二发送装置与P个经典信道对应，所述1个QKD发送装置与1个量子信道对应，所述P个经典信道的频率，与所述P个第二发送装置的发射功率反相关，所述P个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，所述量子信道是(P-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

7.一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括：收发模块；

光线路终端上部署有至少两个量子密钥分发QKD接收装置、第一接收装置、第一发送装置和波分复用器，每组光网络单元上部署有QKD发送装置、第二接收装置和第二发送装置；

所述通信装置用于实现ONU功能时，所述收发模块用于通过第二光分路器和第一光分路器，采用波分复用的方式向光线路终端发送量子信号，所述量子信号用于指示第一密钥；所述收发模块，还用于通过第三光分路器和所述第一光分路器，采用波分复用的方式向光线路终端发送第一加密信号，或者，通过所述第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式接收来自光线路终端的第二加密信号；

所述通信装置用于实现OLT功能时，所述收发模块用于通过所述第二光分路器和所述第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自光网络单元的量子信号，所述量子信号用于指示第一密钥；所述收发模块，还用于通过所述第三光分路器和所述第一光分路器，采用波分复用的方式接收来自光网络单元的第一加密信号，或者，通过所述第一光分路器和第四光分路器，采用时分复用的方式向光网络单元发送第二加密信号。

8.根据权利要求7所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置上部署有P个第二发送装置和1个QKD发送装置，所述P个第二发送装置与P个经典信道对应，所述1个QKD发送装置与1个量子信道对应，所述P个经典信道的频率，与所述P个第二发送装置的发射功率反相关，所述P个经典信道中，任意两个在频域上相邻的经典信道之间包括R个预备量子信道，所述量子信道是(P-1)*R个预备量子信道中，噪声功率最低的量子信道。

9.一种通信装置，其特征在于，包括处理器和接口电路，所述接口电路用于接收来自所述通信装置之外的其它通信装置的信号并传输至所述处理器或将来自所述处理器的信号发送给所述通信装置之外的其它通信装置，所述处理器通过逻辑电路或执行代码指令用于实现如权利要求5至6中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被通信装置执行时，实现如权利要求5至6中任一项所述的方法。