CN213094407U - 一种量子时频网络在pon网络中的融合部署系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种量子时频网络在PON网络中的融合部署系统，所述系统包括局端、分光节点与多个用户端，每个用户端经由分光节点通过一条光纤链路与所述局端连接，所述PON网络在局端包括光线路终端，在每个用户端包括光网络单元，所述系统在局端与融合部署的用户端还分别包括成对布置的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与波分复用设备，其中，局端的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与光线路终端借助于所述波分复用设备仅使用所述一条光纤链路通过复用与融合部署的用户端的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与光网络单元连接。由此，在现有PON网络技术上，将QKD、FTTS设备复用到一根光纤中，提高了光纤资源的使用效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及量子通信网络、时频网络、PON网络技术领域，更具体地涉及一种利用波分复用设备、光开关等器件将量子时频网络融合部署到现有PON网络中的方法与系统。
背景技术
量子密钥分发(下简称QKD)是利用量子系统来进行信息的制备、传输、接收以及提纯来得到物理原理上不会被别人窃取的安全对称密钥，这个过程可以保证通讯双方所获得的密钥是完全一致的，并且任何第三方都无法获得任何关于密钥的信息。光纤量子密钥分发系统的发送方需要发送量子光、同步光至接受方，同时双方需要相互发送数据进行密钥协商。
光纤时间同步设备(下简称FTTS)可以实现两地时间精确同步，在双向时间同步中，不仅主钟向从钟发射同步信号，从钟也将向主钟发射同步信号，构成双向对打链路，如附图1所示。主钟测量从钟同步信号的到达时间，从钟测量主钟同步信号的到达时间。然后在交互时间测量数据，算出从钟和主钟之间的钟差对从钟的时间进行反馈，从而将从钟校准到主钟的时间上。
PON是一种典型的无源光纤网络，是指光配线网(ODN)中不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。参考附图2，一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端(OLT)，以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元(ONUs)。一般而言，OLT下行(1490nm)为广播模式，一直处于工作状态，ONU可以接收到全部信息数据；ONU上行(1310nm)可以选择性的开起，需要同上层通信即发送信号。
目前量子密钥分发和时频网络都是使用独立光纤资源，而光纤资源在用户侧非常紧张，往往是已经在使用中的点亮的光纤。量子密钥分发和时频网络正在朝着更加实用化、便捷化的方向发展。PON是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是通信行业长期期待的技术。同有源系统比较，PON具有节省光缆资源、带宽资源共享，节省机房投资，设备安全性高，建网速度快，综合建网成本低等优点。未来的量子时频融合系统也希望和PON网络能融合部署，节约资源。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种量子时频网络在PON网络中的融合部署系统，所述系统包括局端、分光节点与多个用户端，每个用户端经由分光节点通过一条光纤链路与所述局端连接，所述PON网络在局端包括光线路终端，在每个用户端包括光网络单元，所述系统在局端与融合部署的用户端还分别包括成对布置的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与波分复用设备，其中，局端的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与光线路终端借助于所述波分复用设备仅使用所述一条光纤链路通过复用与融合部署的用户端的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与光网络单元连接，以实现在现有PON网络中融合部署量子时频网络。
根据本实用新型的一个优选的实施例，所述波分复用设备还包括在发射端与接收端成对布置的第一波分复用器、光纤布拉格光栅、第二波分复用器与第三波分复用器，其中，在融合部署的用户端：所述量子密钥分发设备的量子光经过所述第一波分复用器与光纤布拉格光栅进行滤波，所述光网络单元经过所述第二波分复用器将一路双向光信号分光成发送与接收的两路，所述量子密钥分发设备的同步光与经过滤波的量子光、所述光纤时间同步设备的两路双向光信号、以及所述光网络单元分光后的两路光信号全部再经过所述第三波分复用器进行合路成为单一的一路合路光信号，该一路合路光信号使用所述一条光纤链路经由分光节点传送到局端；其中，在局端：所述第三波分复用器将接收到的所述一路合路光信号分光成与融合部署的用户端在所述第三波分复用器合路之前对应的多路光信号分别进入各自对应的设备，其中所述光网络单元发送与接收的两路光信号经由所述第二波分复用器合路后输送到所述光线路终端，所述量子密钥分发设备的量子光经过所述第一波分复用器与光纤布拉格光栅进行滤波。
优选地，所述第一波分复用器是密集波分复用器，所述第二波分复用器是滤波片式波分复用器，所述第三波分复用器是稀疏波分复用器。
优选地，所述量子密钥分发设备发送与接收的量子光采用1550nm波段，所述量子密钥分发设备发送与接收的同步光采用1570nm波段，所述光纤时间同步设备采用1330/1350nm波段进行双向光信号传递，所述光线路终端分别采用1490nm波段与1310nm波段发送与接收光信号，所述光网络单元分别采用1310nm波段与1490nm波段发送与接收光信号。
优选地，所述波分复用设备还包括光衰减器，所述光衰减器布置在所述第二波分复用器与所述第三波分复用器之间，和/或所述光衰减器布置在所述光纤时间同步设备与所述第三波分复用器之间。
根据本实用新型的一个实施例，所述融合部署系统包括一个融合部署的用户端，其中，所述分光节点包括分束器与一对滤波片式波分复用器，其中，所述滤波片式波分复用器分别布置在所述分光节点的两端，其中一个滤波片式波分复用器连接局端，另一个滤波片式波分复用器连接所述融合部署的用户端，其中，光纤链路从局端一侧进入分光节点且在进入分束器之前通过所述一个滤波片式波分复用器将所述量子密钥分发设备的光信号从合路光信号中分离出来，不进入到所述分束器中；合路光信号中的其他光信号经过所述分束器，然后与从所述一个滤波片式波分复用器中分离出来的所述量子密钥分发设备的光信号再次经由所述另一个滤波片式波分复用器合成一路合路光信号，经由所述一条光纤链路连接到所述融合部署的用户端。
根据本实用新型的一个更为优选的实施例，所述融合部署系统包括多个融合部署的用户端，其中，所述分光节点包括分束器、多个滤波片式波分复用器与光开关，所述滤波片式波分复用器分别布置在所述分光节点的两端，其中一个滤波片式波分复用器连接局端，其它滤波片式波分复用器每个分别连接各自对应的融合部署的用户端，其中，光纤链路从局端一侧进入分光节点且在进入分束器之前通过所述一个滤波片式波分复用器将所述量子密钥分发设备的光信号从合路光信号中分离出来，不进入到所述分束器中而是进入所述光开关，而合路光信号中的其他光信号进入到所述分束器中，经过所述分束器与所述光开光的光信号再次经由各自对应的与融合部署的用户端对应的滤波片式波分复用器将所述量子密钥分发设备的光信号与所述其他光信号再次合成一路合路光信号，经由所述一条光纤链路连接到各自对应的融合部署的用户端。
根据本实用新型的量子时频网络在PON网络中的融合部署系统，在现有PON网络技术上，将QKD、FTTS设备复用到一根光纤中，提高了光纤资源的使用效率，大幅降低了成本。同时分光节点的优化设计，能够在各种PON网络场景下灵活部署。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为现有技术中光纤时间同步设备的时钟同步示意图；
图2为现有技术中PON网络结构示意图；
图3为根据本实用新型的一个实施例的量子时频网络在PON网络中的融合部署系统的示意图；
图4为根据本实用新型的融合部署系统包括一个光纤复用节点用户端时分光节点的示意图；
图5为根据本实用新型的融合部署系统包括多个光纤复用节点用户端时分光节点的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。
根据本实用新型的一个实施例，传输链路基于已使用的PON网络，在链路上叠加量子密钥分发设备和光纤时间同步设备。如图3所示，PON网络中某一节点需要部署时间同步设备和量子密钥分发设备，通过增加定制的波分复用设备实现融合部署。
在用户端侧，首先ONU接收1490nm经典光，发送1310nm经典光，通过1310/1550nmFWDM分色器将来回不同颜色的激光分开。FTTS-2选择1310nm波段工作，远离1550nm的QKD工作波段，例如发送和接收1330nm和1350nm的时间传递光；QKD-A发送1570nm同步光和1550nm量子光，其中量子光经过1550nm DWDM-1和FBG-1来滤除本底荧光并完成滤波，对1310nm波长的隔离度需要达到150db。所有光通过CWDM合路进入单根光纤。VOA是光衰减器，在光传输单元和时间同步设备的光信号太强，影响QKD成码时，需要在QKD-A部署一侧调节光衰减器降低经典光的光强至合理水平。在局端正好相反，经过CWDM将不同波长的光分开后进入各个设备。
由于QKD的成码率和信道衰减成正比例关系，而PON设备和FTTS设备的工作只需要高于一个衰减阈值。所以当我们不希望分光节点带来的衰减对QKD设备来带影响时，我们可以对分光节点进行优化，
第一种方案，参考附图4，在光信号进入分束器BS前，利用FWDM将1550/1570nm的光分出来，只有1310/1490nm激光通过BS。然后再通过FWDM再将两束光合束，进入用户侧。这种方案适用于用户端侧只有一个复用节点的情况。
第二种方案，在用户端侧存在多个复用节点的情况下，我们还需要增加光开关进行光路切换，如图5所示。局端光信号进入分光节点后，利用FWDM将1550/1570nm的光和1310/1490nm的光分束，其中1310/1490nm的PON网络经典光和时间同步设备的经典光通过分束器BS，而1550/1570nm的QKD光通过光开关。最后每一条链路再利用FWDM将光合束进入用户侧的复用节点，从而实现多个用户复用节点的部署。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
术语列表：
QKD:Quantum Key Distribution量子密钥分发设备
OLT：Optical Line Terminal光线路终端
ONU:Optical Network Unit光网络单元
FTTS:光纤时间同步设备
CWDM:Coarse Wavelength Division Multiplexer稀疏波分复用器
DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexer密集波分复用器
FWDM:Filter Wavelength Division Multiplexer滤波片式波分复用器
FBG:Fiber Bragg Grating光纤布拉格光栅。
Claims (7)
1.一种量子时频网络在PON网络中的融合部署系统，其特征在于，所述系统包括局端、分光节点与多个用户端，每个用户端经由分光节点通过一条光纤链路与所述局端连接，所述PON网络在局端包括光线路终端，在每个用户端包括光网络单元，所述系统在局端与融合部署的用户端还分别包括成对布置的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与波分复用设备，其中，局端的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与光线路终端借助于所述波分复用设备仅使用所述一条光纤链路通过复用与融合部署的用户端的量子密钥分发设备、光纤时间同步设备与光网络单元连接，以实现在现有PON网络中融合部署量子时频网络。
2.根据权利要求1所述的融合部署系统，其特征在于，所述波分复用设备还包括在发射端与接收端成对布置的第一波分复用器、光纤布拉格光栅、第二波分复用器与第三波分复用器，其中，在融合部署的用户端：所述量子密钥分发设备的量子光经过所述第一波分复用器与光纤布拉格光栅进行滤波，所述光网络单元经过所述第二波分复用器将一路双向光信号分光成发送与接收的两路，所述量子密钥分发设备的同步光与经过滤波的量子光、所述光纤时间同步设备的两路双向光信号、以及所述光网络单元分光后的两路光信号全部再经过所述第三波分复用器进行合路成为单一的一路合路光信号，该一路合路光信号使用所述一条光纤链路经由分光节点传送到局端；其中，在局端：所述第三波分复用器将接收到的所述一路合路光信号分光成与融合部署的用户端在所述第三波分复用器合路之前对应的多路光信号分别进入各自对应的设备，其中所述光网络单元发送与接收的两路光信号经由所述第二波分复用器合路后输送到所述光线路终端，所述量子密钥分发设备的量子光经过所述第一波分复用器与光纤布拉格光栅进行滤波。
3.根据权利要求2所述的融合部署系统，其特征在于，所述第一波分复用器是密集波分复用器，所述第二波分复用器是滤波片式波分复用器，所述第三波分复用器是稀疏波分复用器。
4.根据权利要求2所述的融合部署系统，其特征在于，所述量子密钥分发设备发送与接收的量子光采用1550nm波段，所述量子密钥分发设备发送与接收的同步光采用1570nm波段，所述光纤时间同步设备采用1330/1350nm波段进行双向光信号传递，所述光线路终端分别采用1490nm波段与1310nm波段发送与接收光信号，所述光网络单元分别采用1310nm波段与1490nm波段发送与接收光信号。
5.根据权利要求2所述的融合部署系统，其特征在于，所述波分复用设备还包括光衰减器，所述光衰减器布置在所述第二波分复用器与所述第三波分复用器之间，和/或所述光衰减器布置在所述光纤时间同步设备与所述第三波分复用器之间。
6.根据权利要求1所述的融合部署系统，其特征在于，所述系统包括一个融合部署的用户端，其中，所述分光节点包括分束器与一对滤波片式波分复用器，其中，所述滤波片式波分复用器分别布置在所述分光节点的两端，其中一个滤波片式波分复用器连接局端，另一个滤波片式波分复用器连接所述融合部署的用户端，其中，光纤链路从局端一侧进入分光节点且在进入分束器之前通过所述一个滤波片式波分复用器将所述量子密钥分发设备的光信号从合路光信号中分离出来，不进入到所述分束器中；合路光信号中的其他光信号经过所述分束器，然后与从所述一个滤波片式波分复用器中分离出来的所述量子密钥分发设备的光信号再次经由所述另一个滤波片式波分复用器合成一路合路光信号，经由所述一条光纤链路连接到所述融合部署的用户端。
7.根据权利要求1所述的融合部署系统，其特征在于，所述系统包括多个融合部署的用户端，其中，所述分光节点包括分束器、多个滤波片式波分复用器与光开关，所述滤波片式波分复用器分别布置在所述分光节点的两端，其中一个滤波片式波分复用器连接局端，其它滤波片式波分复用器每个分别连接各自对应的融合部署的用户端，其中，光纤链路从局端一侧进入分光节点且在进入分束器之前通过所述一个滤波片式波分复用器将所述量子密钥分发设备的光信号从合路光信号中分离出来，不进入到所述分束器中而是进入所述光开关，而合路光信号中的其他光信号进入到所述分束器中，经过所述分束器与所述光开关的光信号再次经由各自对应的与融合部署的用户端对应的滤波片式波分复用器将所述量子密钥分发设备的光信号与所述其他光信号再次合成一路合路光信号，经由所述一条光纤链路连接到各自对应的融合部署的用户端。
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| CN202022101001.9U CN213094407U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种量子时频网络在pon网络中的融合部署系统 |
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| CN202022101001.9U CN213094407U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种量子时频网络在pon网络中的融合部署系统 |
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| CN213094407U true CN213094407U (zh) | 2021-04-30 |
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| CN202022101001.9U Active CN213094407U (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种量子时频网络在pon网络中的融合部署系统 |
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| CN (1) | CN213094407U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113311543A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-27 | 四川天邑康和通信股份有限公司 | 新型粗波分复用器组件 |
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2020
- 2020-09-22 CN CN202022101001.9U patent/CN213094407U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN113311543A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-27 | 四川天邑康和通信股份有限公司 | 新型粗波分复用器组件 |
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