CN115276802B - 一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法 - Google Patents
一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115276802B CN115276802B CN202210585339.7A CN202210585339A CN115276802B CN 115276802 B CN115276802 B CN 115276802B CN 202210585339 A CN202210585339 A CN 202210585339A CN 115276802 B CN115276802 B CN 115276802B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- core
- fiber
- quantum
- classical
- cores
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 137
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000013468 resource allocation Methods 0.000 abstract description 9
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 7
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
- H04B10/2537—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to scattering processes, e.g. Raman or Brillouin scattering
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/70—Photonic quantum communication
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
- H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
- H04L9/0852—Quantum cryptography
- H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法,本方法适用于量子密钥分发与经典光信号的融合传输系统中,对于纤芯呈正六边形分布的多芯光纤均适用。本方法设计主要针对低纤芯需求和高纤芯需求两个应用场景,将多芯光纤的纤芯分为经典纤芯、量子纤芯以及混合纤芯三种类型,以最大化经典和量子纤芯距离为目标,旨在降低经典信号对量子信号的芯间噪声干扰。本发明提出的基于多芯光纤量子安全光网络中的纤芯资源分配方法具有噪声抑制、灵活性强以及扩展性强等优势,为量子密钥分发技术奠定应用基础。
Description
技术领域
本专利涉及量子通信领域,尤其涉及基于空分复用的量子密钥分发光传输系统。本专利为基于多芯光纤的量子密钥分发光网络提供了纤芯资源分配方法,该方法具有噪声抑制、灵活性强以及扩展性强等优势,可促进量子密钥分发技术的发展与应用。
背景技术
量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)基于量子力学的基本原理确保遥远的双方产生安全密钥,保证信息理论的安全性。近年来,QKD在安全传输距离的扩展以及密钥率的提升等方面均取得了进步,同时为提高传输容量以及降低光纤部署成本,QKD与经典光网络融合传输是一个重要的发展趋势。
经典信号和量子信号在同一根单芯光纤中传输时,微弱的量子信号(通常低于-80dBm)易受到高功率经典信号(约0dBm)产生噪声的干扰,例如自发拉曼散射噪声和四波混频噪声。为进一步扩展光纤的传输容量,基于空分复用技术的弱耦合多芯光纤(MulticoreFiber,MCF)被广泛采用。然而,MCF扩展传输容量的同时,也会引入新的噪声,如芯间串扰(Intercore Crosstalk,ICXT)噪声。ICXT噪声的功率量级约为-40dB/10km,严重影响了QKD的系统性能。此外,单芯光纤中的自发拉曼散射噪声和四波混频噪声也会在相邻纤芯产生芯间自发拉曼散射噪声和芯间四波混频噪声。因此,QKD受到严重的噪声干扰是基于多芯光纤量子密钥分发光传输系统面临的主要挑战之一。
在多芯光纤纤芯资源分配方案的研究中,为抑制噪声干扰,目前主要集中在经典光通信的场景中,重点考虑经典信号受到的芯间噪声干扰,对经典量子融合传输网络不再适用。然而,对经典量子融合传输的纤芯分配方案研究较少,并且目前考虑的多芯光纤芯数较少,为更多芯数的MCF分配纤芯时的灵活性和扩展性差。因此,现有纤芯资源分配方案的不完善且扩展性差是基于多芯光纤量子密钥分发光传输系统面临的主要挑战之二。
综上所述,如何设计一种有效噪声抑制,灵活性强和扩展性强的纤芯资源分配方案是基于多芯光纤的经典量子融合传输系统亟需解决的问题。
发明内容
本专利针对基于多芯光纤的经典信号和量子信号融合传输这一应用场景,提出了一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法,本方法适合纤芯呈正六边形分布的任意芯数的多芯光纤。主要以如何抑制QKD系统所受噪声,以及增强方案的灵活性和可扩展性为目标。包含两个技术要点:1、提出了一种面向低纤芯需求场景的经典量子信号独立纤芯传输的纤芯资源分配方案;2、提出了一种面向高纤芯需求场景的经典量子信号混合纤芯传输的纤芯资源分配方案。
针对所述的第一个技术要点具体说明如下:
提出了一种面向低纤芯需求场景的经典量子信号独立纤芯传输的纤芯资源分配方案;低纤芯需求场景在本专利的含义为所需要的经典纤芯数目X与需要的量子纤芯数目Y之和不大于多芯光纤的芯数N,即X+Y≤N;本方案的主要思想为尽可能增加经典纤芯和量子纤芯的距离,减小芯间噪声的干扰;该纤芯分配方案共分为4个步骤:
步骤一:在待分配的正六边形N芯光纤中,任意选择正六边形顶点处的6个纤芯之一,编号为芯1;沿芯1的最外侧做切线,并向下平移,使其穿过芯1的圆心,将其命名为优先级分组线;将优先级分组线向下平移,使其首次同时穿过多个纤芯圆心时为止,此时将其称为第二条优先级分组线,按照第二条优先级分组线的划分方式,以此类推进行划分,直至优先级分组线穿过最后1个纤芯为止,所有优先级分组线划分结束;
步骤二:纤芯标号;每一条优先级分组线上的纤芯编号连续,且编号优先级顺序为:左侧>右侧>中间;
步骤三:设相邻纤芯间距为Λ,且芯间噪声只考虑Λ,以及2Λ三类纤芯间距的情况,经典纤芯和量子纤芯间距大于2Λ时,经典信号对量子信号的噪声影响忽略;分配量子纤芯;按照编号由大到小的顺序分配量子纤芯;
步骤四:分配经典纤芯;从编号小的纤芯开始,按照编号升序,对于每一个待分配的纤芯,如果该纤芯与最近的量子纤芯的距离大于2Λ,按照纤芯编号升序分配经典纤芯;如果待分配纤芯与最近的量子纤芯的距离不大于2Λ,按照最大化经典纤芯和量子纤芯距离Di为原则分配经典纤芯;如果Di相等,则按照纤芯编号升序分配经典纤芯;
Dij表示第i个经典纤芯和第j个量子纤芯的距离;Di表示第i个经典纤芯和Y个量子纤芯的距离和。
针对所述的第二个技术要点具体说明如下:
提出了一种面向高纤芯需求场景的经典量子信号混合纤芯传输的纤芯资源分配方案;高需求场景在本专利的含义为所需要的经典纤芯数目X与需要的量子纤芯数目Y之和大于多芯光纤的芯数N,即X+Y>N;
该纤芯分配方案基于低需求场景方案进行,此时Y个量子纤芯已经分配结束,需要分配剩余的X+Y-N个经典纤芯,因此需要覆盖部分或全部量子纤芯为经典量子混合纤芯;从编号小的量子纤芯开始,以最大化经典纤芯和量子纤芯的距离Di为原则覆盖量子纤芯为经典量子混合纤芯;如果Di相等,则以编号最小为原则。
本专利所述方法可以应用于量子信号与经典信号共纤传输的多芯光纤量子光传输系统中,具有噪声抑制、需求灵活以及扩展性强等优势。本方法为提高量子安全光网络的传输容量以及提高其空间资源利用率奠定基础,同时也有助于促进量子密钥分发与经典光网络融合传输的应用进程。
附图说明
图1为37芯多芯光纤的截面图,其纤芯排布为正六边形。
图2为本方法所述的两种纤芯资源分配方案示意图,包括低纤芯需求场景和高纤芯需求场景中的方案。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方法及优点更加清楚明白,以下结合附图1、附图2及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本专利提出的经典量子信号共多芯传输的纤芯资源分配方法中,多芯光纤可以为如附图1中所示的37芯光纤,即N=37,纤芯横截面排布为正六边形。在低纤芯需求的场景中,假设经典纤芯的需求数目为26,量子纤芯的需求数目为2,即X=26,Y=2。在高需求的场景中,假设经典纤芯的需求数目为37,量子纤芯的需求数目为2,即X=37,Y=2。
低纤芯需求场景中采取经典信号和量子信号独立型传输的方案,方案过程如附图2所示。
首先,选择附图1中满足截面呈正六边形的37芯光纤左上角纤芯为芯1,沿芯1的最外侧做切线,并向下平移,使其穿过芯1的圆心,将其命名为优先级分组线。将优先级分组线向下平移,使其同时穿过2个纤芯圆心时为止,此时将其称为第二条优先级分组线……以此类推,直至优先级分组线穿过37芯光纤截面图中右下角的1个纤芯为止,所有优先级分组线划分结束。发明内容中步骤一至步骤三执行结束,如附图2(a)所示。
其次,根据优先级分组线为纤芯编号,每一条优先级分组线上的纤芯编号连续,且左侧优先级大于右侧,中间优先级最小。依次编号1,2…37,如附图2(b)所示。
然后,分配2个量子纤芯。按照编号由大到小的原则,因此分配37和36纤芯传输量子信号,如附图2(c)所示。
随后,为低纤芯需求场景分配26个经典纤芯,1号纤芯至20号纤芯距离36和37号纤芯的距离均大于2Λ,因此按照纤芯编号由小到大的顺序将1号纤芯至20号纤芯分配为经典纤芯,如附图2(d)所示。21号、22号以及23号纤芯距离36和37号纤芯的距离也大于2Λ,因此继续分配21号、22号以及23号纤芯为经典纤芯。24号纤芯和36号纤芯的距离等于2Λ,但是25以及28号纤芯距离36和37号纤芯的距离大于2Λ,按照距离最远原则,即优先分配25以及28号纤芯为经典纤芯。低纤芯需求场景中的26个经典纤芯分配结束,如附图2(e)所示。
最后,为高纤芯需求场景分配37个经典纤芯。按照低需求场景中的步骤,继续分配,直至35个经典纤芯分配结束,如附图2(f)所示。接下来需要将36号纤芯和37号纤芯覆盖为经典量子信号混合纤芯,根据经典量子距离最大化原则,36和37优先级相等,因此按照编号最小为原则,首先分配36号纤芯为混合纤芯,如附图2(g)所示,其次分配37号纤芯为混合纤芯,如附图2(h)所示,高纤芯需求场景中的37个经典纤芯分配结束。
通过以上实施例可以看出,本专利提出的纤芯资源的分配方法具有噪声抑制、需求灵活以及扩展性强等优势。
Claims (1)
1.一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法,适合纤芯呈正六边形分布的任意芯数的多芯光纤,根据对纤芯数目的需求,其特征在于,主要分为两类:
A、面向低纤芯需求场景的经典量子信号独立纤芯传输的纤芯分配方案,所需要的经典纤芯数目X与需要的量子纤芯数目Y之和不大于多芯光纤的芯数N,即X+Y≤N,经典信号和量子信号不可以在相同纤芯传输,步骤包括:
S1、优先级分组线划分;选择正六边形多芯光纤任意顶点处的6个纤芯之一为纤芯1,沿芯1的最外侧做切线,并向下平移,使其穿过芯1的圆心,将其命名为优先级分组线,将优先级分组线向下平移,使其首次同时穿过多个纤芯圆心时为止,此时将其称为第二条优先级分组线,按照第二条优先级分组线的划分方式,以此类推进行划分,直至所有优先级分组线划分结束;
S2、纤芯编号;根据优先级分组线为纤芯编号,每一条优先级分组线上的纤芯编号连续,且左侧优先级高于右侧优先级,中间优先级最低;
S3、量子纤芯分配;设相邻纤芯间距为Λ,经典纤芯和量子纤芯间距大于2Λ时,经典信号对量子信号的噪声影响忽略,分配量子纤芯,按照编号降序分配量子纤芯;
S4、经典纤芯分配;如果待分配纤芯与最近的量子纤芯的距离大于2Λ,按照纤芯编号升序分配经典纤芯;如果待分配纤芯与最近的量子纤芯的距离不大于2Λ,按照最大化经典纤芯和量子纤芯距离Di为原则分配经典纤芯;如果Di相等,则按照纤芯编号升序分配经典纤芯;
Dij表示第i个经典纤芯和第j个量子纤芯的距离,Di表示第i个经典纤芯和Y个量子纤芯的距离和;
B、面向高纤芯需求场景的经典量子信号混合纤芯传输的纤芯分配方案,所需要的经典纤芯数目X与需要的量子纤芯数目Y之和大于多芯光纤的芯数N,即X+Y>N,经典信号和量子信号可以在相同纤芯传输,步骤包括独立纤芯传输的纤芯分配所有步骤和经典量子混合纤芯分配,经典量子混合纤芯分配步骤包括:所有空余纤芯分配完毕后,当经典纤芯仍有需求时,从编号小的量子纤芯开始,以最大化经典纤芯和量子纤芯的距离Di为原则覆盖量子纤芯为经典量子混合纤芯;如果Di相等,则以编号最小为原则,直至X个经典纤芯分配结束。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210585339.7A CN115276802B (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210585339.7A CN115276802B (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115276802A CN115276802A (zh) | 2022-11-01 |
CN115276802B true CN115276802B (zh) | 2024-05-03 |
Family
ID=83760049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210585339.7A Active CN115276802B (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115276802B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7248695B1 (en) * | 2006-02-10 | 2007-07-24 | Magiq Technologies, Inc. | Systems and methods for transmitting quantum and classical signals over an optical network |
CN108512623A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-09-07 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | 量子信道与经典信道的合纤qkd系统及其传输方法 |
CN110120903A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-13 | 北京邮电大学 | 一种基于多芯光纤的量子接入网架构及方法 |
CN110932790A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-27 | 北京邮电大学 | 多芯光纤光网络中量子业务路由及纤芯分配方法和装置 |
CN111082876A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 华南师范大学 | 一种基于mdm-sdm的量子与经典融合通信系统及传输方法 |
WO2020140853A1 (zh) * | 2018-12-31 | 2020-07-09 | 华南师范大学 | 一种基于多芯光纤模分复用的qtth系统及传输方法 |
CN112953639A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-06-11 | 华南师范大学 | 一种基于低串扰少模-多芯光纤的量子与经典融合系统和方法 |
CN214626981U (zh) * | 2020-12-30 | 2021-11-05 | 华南师范大学 | 一种基于低串扰少模-多芯光纤的量子与经典融合系统 |
-
2022
- 2022-05-26 CN CN202210585339.7A patent/CN115276802B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7248695B1 (en) * | 2006-02-10 | 2007-07-24 | Magiq Technologies, Inc. | Systems and methods for transmitting quantum and classical signals over an optical network |
CN108512623A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-09-07 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | 量子信道与经典信道的合纤qkd系统及其传输方法 |
WO2020140853A1 (zh) * | 2018-12-31 | 2020-07-09 | 华南师范大学 | 一种基于多芯光纤模分复用的qtth系统及传输方法 |
CN110120903A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-13 | 北京邮电大学 | 一种基于多芯光纤的量子接入网架构及方法 |
CN110932790A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-27 | 北京邮电大学 | 多芯光纤光网络中量子业务路由及纤芯分配方法和装置 |
CN111082876A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 华南师范大学 | 一种基于mdm-sdm的量子与经典融合通信系统及传输方法 |
CN112953639A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-06-11 | 华南师范大学 | 一种基于低串扰少模-多芯光纤的量子与经典融合系统和方法 |
CN214626981U (zh) * | 2020-12-30 | 2021-11-05 | 华南师范大学 | 一种基于低串扰少模-多芯光纤的量子与经典融合系统 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Routing, Core and Wavelength Allocation in Multi-Core-Fiber-Based Quantum-Key-Distribution-Enabled Optical Networks;Xiaosong Yu;《IEEE Access 》;全文 * |
Telecommunication Compatibility Evaluation for Co-existing Quantum Key Distribution in Homogenous Multicore Fiber;Rui Lin;《IEEE Access》;全文 * |
光纤耦合对量子密钥分配系统光子探测的影响;陈彦;邓科;胡渝;;光学学报(第08期);全文 * |
量子信号与经典光信号共纤传输中的噪声抑制技术;孙咏梅;牛佳宁;纪越峰;;电信科学(09);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115276802A (zh) | 2022-11-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110120903B (zh) | 一种基于多芯光纤的量子接入网架构及方法 | |
JP6200085B2 (ja) | 光バースト交換リングネットワークの帯域幅割り当て方法及び装置 | |
CN114302267B (zh) | 数据中心的空分复用光网络专用保护频谱分配方法及系统 | |
CN111698584A (zh) | 多芯光纤中基于物理损伤感知的路由纤芯频谱分配方法 | |
CN101536537B (zh) | 管理光接入网中的连接的方法以及相关的平台、交换局、网络和计算机软件产品 | |
CN115276802B (zh) | 一种基于多芯光纤量子光传输系统中的纤芯按需分配方法 | |
Yin et al. | Crosstalk-aware routing, spectrum, and core assignment based on AoD nodes in SDM-EONs with bidirectional multicore fibers | |
CN113015040B (zh) | 多芯弹性光网络中基于碎片和领域匹配度的资源分配方法 | |
Li et al. | A crosstalk-and fragmentation-aware RMSCA strategy in SDM-EONs based on aligned prime-partition of spectrum resources | |
Zhang et al. | Resource-oriented RMCSA scheme with low crosstalk effect in multi-core fiber-based elastic optical networks | |
CN208971533U (zh) | 一种多个水下站点信号传输网络系统 | |
CN108508530A (zh) | 耦合四芯光纤 | |
Chen et al. | Crosstalk-aware routing, spectrum, and core assignment in space-division multiplexing networks with bidirectional multicore fibers | |
CN105743580A (zh) | 一种基于多个阵列波导光栅的数据中心内部网络互连结构 | |
CN115065413B (zh) | 一种空分复用量子密钥分发中基于总距离的纤芯分配方法 | |
Li et al. | Routing and wavelength allocation in spatial division multiplexing based quantum key distribution optical networks | |
CN109818803A (zh) | 一种基于机器学习的频谱碎片避免方法 | |
Kong et al. | Space-wavelength-division-multiplexing-based synergistic transmission in quantum key distribution coexisting with classical communications | |
CN114338013A (zh) | 功率控制方法及装置 | |
CN104901762A (zh) | 一种时分波分复用堆叠式光接入网络中最少调谐的动态波长分配方法 | |
Sivalingam et al. | A lightweight media access protocol for a WDM-based distributed shared memory system | |
Chen et al. | Crosstalk-Aware Virtual Network Mapping in Space-Division-Multiplexing Optical Data Center Networks | |
CN115913536A (zh) | 一种量子和经典信号交替处理的空频资源分配方法 | |
Ren et al. | A Core and Wavelength Allocation Scheme for Synergistic Transmission of Classical and Quantum Signals | |
Lu et al. | A resource allocation scheme for independent core transmission of quantum key distribution |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |