CN220798284U - 一种多复用量子经典融合网络系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多复用量子经典融合网络系统，所述系统包括多个局域网，任意两个局域网通过量子经典融合信道相连形成骨干通信网络；所述局域网包括一个网络控制器、一个可重构光分叉复用器ROADM、多个时分波分复用装置TWDM、多个量子终端Alice和多个量子终端Bob；量子终端Alice产生量子信号或经典信号并通过所连接的时分波分复用装置TWDM转发至作为接收方的的量子终端Bob；所述量子终端Bob接收来自发送方的量子终端Alice发送的量子信号或经典信号并对接收到的信号进行检测或响应。本实用新型可使得多用户可共用光纤波段，简化网络结构的同时还增强了网络的灵活性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及量子信息以及光通信技术领域，具体涉及一种多复用量子经典融合网络系统。
背景技术
随着量子计算技术的发展，传统的基于计算复杂度的密钥体系受到了冲击。量子密钥分发(quantumkeydistribution，QKD)基于海森堡测不准原理和量子不可克隆定律，在理论上保证其无条件安全。近年来量子密钥分发技术快速发展，点对点的量子密钥分发技术已趋于成熟，即将进入大规模商用阶段。
现有技术方案中有采用星形拓扑搭建量子通信子网，但是该方案中的量子光纤信道和公共通信网络分离，需要较高的网络建设成本；
现有技术方案中还提出采用同一根光纤中的不同波长传输量子和经典信号的量子经典融合网络系统，该系统能够降低量子网络的组网成本。但是该方案存在以下问题：
一是光纤采用波分复用方式，每个用户占用一个波段，灵活性较差；而一根光纤可以承载的波长数量有限，一个用户需要的传输速率往往较低，会对波长资源产生浪费；
二是需要为每个用户节点设置ROADM(可重构光分叉复用器)，当用户数量较多时网络建设成本较高，同时用户终端变动时需要改变整个网络拓扑，不够灵活。
因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种多复用量子经典融合网络系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述技术的缺陷，为了解决网络的建设成本和光纤资源利用率，提出了一种多复用量子经典融合网络系统。
本实用新型通过下述技术方案实现的：
一种多复用量子经典融合网络系统，所述系统包括多个局域网，任意两个局域网通过量子经典融合信道相连形成骨干通信网络；
所述局域网包括一个网络控制器、一个可重构光分叉复用器ROADM、多个时分波分复用装置TWDM、多个量子终端Alice和多个量子终端Bob；
所述可重构光分叉复用器ROADM通过量子经典融合信道分别与多个时分波分复用装置TWDM相连，并通过控制接口与网络控制器相连；所述时分波分复用装置TWDM通过量子信道和经典信道与一个或多个量子终端Alice或量子终端Bob相连；
所述网络控制器用于获取任意局域网的量子终端信息、波长信息及协议信息；
所述可重构光分叉复用器ROADM用于转发所在局域网的量子信号或经典信号到其他局域网；
所述多个时分波分复用装置TWDM用于转发所在局域网的量子终端Alice的量子信号或经典信号到所在局域网的量子终端Bob；
所述量子终端Alice用于产生量子信号或经典信号并通过时分波分复用装置TWDM转发至作为接收方的的量子终端Bob；
所述量子终端Bob用于接收来自发送方的量子终端Alice发送的量子信号或经典信号。
优选地，所述量子终端Alice包括依次相连的Alice用户终端、Alice密钥网关和QKD发送机。
优选地，所述量子终端Bob包括依次相连的Bob用户终端、密钥网关和QKD接收机。
优选地，所述Alice用户终端通过对应的接口与Alice密钥网关连接。
优选地，所述Bob用户终端通过对应的接口与Bob密钥网关连接。
优选地，当两个通信用户终端位于同一个局域网通信时：
Alice1用户终端通过量子经典融合信道将请求信息通过可重构光分叉复用器ROADM发送至本局域网的网络控制器中，所述网络控制器获取Bob用户终端的通信状态，根据Bob用户终端的状态建立连接；
当Bob用户终端处于忙线状态时，Alice1用户终端A与Bob用户终端通信建立失败，网络控制器向Alice1用户终端发送通信失败的响应；
当Bob用户终端处于空闲状态时，Alice1用户终端与Bob用户终端建立连接，可重构光分叉复用器ROADM选择波长λ为通信波长并打通Alice1用户终端和Bob用户终端之间的传输光路；所述Alice1用户终端的QKD发送机和Bob用户终端的QKD接收机生成相同的量子密钥K并通过经典信道分别将量子密钥K存储到各自的密钥网关进行存储；
Alice密钥网关接收来自于Alice1用户终端发送的业务信息后使用已存储的量子密钥K对业务信息加密后发送加密业务信息到Alice所连接的时分波分复用装置TWDM1，时分波分复用装置TWDM1以经典信号的时分波分编码方式处理所述加密业务信息并通过所述量子经典融合信道发送到本局域网中心可重构光分叉复用器ROADM；
所述可重构光分叉复用器ROADM将所述加密业务信息转发至本局域网的Bob用户终端所连接的时分波分复用装置TWDM2上，所述时分波分复用装置TWDM2对所述加密业务信息以经典信号的时分波分解码方式处理后发送到Bob密钥网关；所述Bob密钥网关使用保量子密钥K将所述加密业务信息解密后发送到Bob用户终端。
优选地，当两个通信用户终端位于不同的局域网通信时：
Alice1用户终端通过量子经典融合信道将请求信息通过可重构光分叉复用器ROADM1发送至本局域网的网络控制器1中，所述网络控制器1向Bob2用户终端所在局域网的网络控制器2发起通信申请，所述网络控制器2获取Bob2用户终端的通信状态，根据Bob2用户终端的状态建立连接；
当Bob2用户终端处于忙线状态时，则Alice1用户终端A与Bob2用户终端通信建立失败，网络控制器2向Alice1用户终端发送通信失败的响应；
当Bob2用户终端处于空闲状态时，Alice1用户终端与Bob2用户终端建立连接，可重构光分叉复用器ROADM1选择波长λ为通信波长并打通Alice1用户终端和Bob2用户终端之间的传输光路；所述Alice1用户终端的QKD发送机和Bob2用户终端的QKD接收机生成相同的量子密钥K并通过经典信道分别将量子密钥K存储到各自的密钥网关进行存储；
Alice密钥网关接收来自于Alice1用户终端发送的业务信息后使用已存储的量子密钥K对业务信息加密后发送加密业务信息到Alice所连接的时分波分复用装置TWDM1以经典信号的时分波分编码方式处理所述加密业务信息并通过所述量子经典融合信道发送到本局域网中心可重构光分叉复用器ROADM1，所述可重构光分叉复用器ROADM1将所述加密业务信息经过骨干网量子经典融合信道发送至Bob2用户终端所在局域网的可重构光分叉复用器ROADM2，由Bob2用户终端所在局域网的网络控制器2控制可重构光分叉复用器ROADM2将所述加密业务信息转发至接收者Bob量子终端所连接的TWDM2；
所述时分波分复用装置TWDM2对所述加密业务信息以经典信号的时分波分解码方式处理后发送到Bob密钥网关；所述Bob密钥网关使用保量子密钥K将所述加密业务信息解密后发送到Bob2用户终端。
本实用新型的有益效果为：
1.本实用新型的局域网采用星形网络拓扑，仅需在中心节点设置一个或多个可重构光分叉复用器ROADM，其中量子信道、经典信道、通信网络与控制网络共享一个光纤链路，简化了网络拓扑并减少了网络建设成本并增强了网络的灵活性和可靠性。
3.本实用新型还采用TWDM(时分波分复用)方式将通信信号与控制信号使用同一波长传输，同时多用户可共用光纤波段，本实用新型可简化网络结构并增加光纤资源利用率，减少网络运营成本。
附图说明
图1为本实用新型的系统框图；
图2为本实用新型的系统局部图；
图3为本实用新型的局域网结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
一种多复用量子经典融合网络系统，如图1-图2所示，所述系统包括多个局域网，任意两个局域网通过量子经典融合信道相连形成骨干通信网络；
如图2所示，所述局域网包括一个网络控制器、一个可重构光分叉复用器ROADM、多个时分波分复用装置TWDM、多个量子终端Alice和多个量子终端Bob。
所述可重构光分叉复用器ROADM通过量子经典融合信道分别与多个时分波分复用装置TWDM相连，并通过控制接口与网络控制器相连；所述时分波分复用装置TWDM通过量子信道和经典信道与一个或多个量子终端Alice或量子终端Bob相连；即本局域网采用星形网络拓扑，仅需在中心节点设置一个或多个可重构光分叉复用器ROADM，使得量子信道、经典信道、通信网络与控制网络共享一个光纤链路，简化了网络拓扑并减少了网络建设成本并增强了网络的灵活性和可靠性。
所述网络控制器用于获取任意局域网的量子终端信息、波长信息及协议信息；
所述可重构光分叉复用器ROADM用于转发所在局域网的量子信号或经典信号到其他局域网。
所述多个时分波分复用装置TWDM用于转发所在局域网的量子终端Alice的量子信号或经典信号到所在局域网的量子终端Bob；本实用新型采用TWDM(时分波分复用)方式将通信信号与控制信号使用同一波长传输，同时多用户可共用光纤波段，本实用新型可简化网络结构并增加光纤资源利用率，减少网络运营成本。
所述量子终端Alice用于产生量子信号或经典信号并通过时分波分复用装置TWDM转发至作为接收方的的量子终端Bob。
所述量子终端Bob用于接收来自发送方的量子终端Alice发送的量子信号或经典信号。
如图2所示，量子终端Alice包括依次相连的Alice用户终端、Alice密钥网关和QKD发送机；其中，所述Alice用户终端通过对应的接口与Alice密钥网关连接；
进一步地，量子终端Bob包括依次相连的Bob用户终端、密钥网关和QKD接收机；其中，所述Bob用户终端通过对应的接口与Bob密钥网关连接。
本实施例基于一种多复用量子经典融合网络系统的原理和过程如下：
当两个通信用户终端位于同一个局域网通信，且Alice所连接的时分波分复用装置为TWDM1和Bob1用户终端所连接的时分波分复用装置为TWDM2时：
如图2－图3所示，Alice1用户终端通过量子经典融合信道将请求信息通过可重构光分叉复用器ROADM发送至本局域网的网络控制器中，所述网络控制器获取Bob用户终端的通信状态，根据Bob1用户终端的状态建立连接；
当Bob1用户终端处于忙线状态时，Alice1用户终端A与Bob1用户终端通信建立失败，网络控制器向Alice1用户终端发送通信失败的响应；
当Bob1用户终端处于空闲状态时，Alice1用户终端与Bob1用户终端建立连接，可重构光分叉复用器ROADM选择波长λ为通信波长并打通Alice1用户终端和Bob1用户终端之间的传输光路；所述Alice1用户终端的QKD发送机和Bob1用户终端的QKD接收机生成相同的量子密钥K并通过经典信道分别将量子密钥K存储到各自的密钥网关进行存储；
Alice密钥网关接收来自于Alice1用户终端发送的业务信息后使用已存储的量子密钥K对业务信息加密后发送加密业务信息到Alice所连接的时分波分复用装置TWDM1，时分波分复用装置TWDM1以经典信号的时分波分编码方式处理所述加密业务信息并通过所述量子经典融合信道发送到本局域网中心可重构光分叉复用器ROADM；
所述可重构光分叉复用器ROADM将所述加密业务信息转发至本局域网的Bob1用户终端所连接的时分波分复用装置TWDM2上，所述时分波分复用装置TWDM2对所述加密业务信息以经典信号的时分波分解码方式处理后发送到Bob密钥网关；所述Bob密钥网关使用保量子密钥K将所述加密业务信息解密后发送到Bob1用户终端。
当两个通信用户终端位于不同的局域网通信，且Alice所连接的时分波分复用装置为TWDM1和Bob1用户终端所连接的时分波分复用装置为TWDM2时：
如图2-图3所示，Alice1用户终端通过量子经典融合信道将请求信息通过可重构光分叉复用器ROADM1发送至本局域网的网络控制器1中，所述网络控制器1向Bob2用户终端所在局域网的网络控制器2发起通信申请，所述网络控制器2获取Bob2用户终端的通信状态，根据Bob2用户终端的状态建立连接；
当Bob2用户终端处于忙线状态时，则Alice1用户终端A与Bob2用户终端通信建立失败，网络控制器2向Alice1用户终端发送通信失败的响应；
当Bob2用户终端处于空闲状态时，Alice1用户终端与Bob2用户终端建立连接，可重构光分叉复用器ROADM1选择波长λ为通信波长并打通Alice1用户终端和Bob2用户终端之间的传输光路；所述Alice1用户终端的QKD发送机和Bob2用户终端的QKD接收机生成相同的量子密钥K并通过经典信道分别将量子密钥K存储到各自的密钥网关进行存储；
Alice密钥网关接收来自于Alice1用户终端发送的业务信息后使用已存储的量子密钥K对业务信息加密后发送加密业务信息到Alice所连接的时分波分复用装置TWDM1以经典信号的时分波分编码方式处理所述加密业务信息并通过所述量子经典融合信道发送到本局域网中心可重构光分叉复用器ROADM1，所述可重构光分叉复用器ROADM1将所述加密业务信息经过骨干网量子经典融合信道发送至Bob2用户终端所在局域网的可重构光分叉复用器ROADM2，由Bob2用户终端所在局域网的网络控制器2控制可重构光分叉复用器ROADM2将所述加密业务信息转发至接收者Bob量子终端所连接的TWDM2；
所述时分波分复用装置TWDM2对所述加密业务信息以经典信号的时分波分解码方式处理后发送到Bob密钥网关；所述Bob密钥网关使用保量子密钥K将所述加密业务信息解密后发送到Bob2用户终端。
本实用新型通过在局域网的中心节点设置一个或多个可重构光分叉复用器ROADM，使得量子信道、经典信道、通信网络、与控制网络共享一个光纤链路，简化了网络拓扑并减少了网络建设成，本实用新型增强了网络的灵活性和可靠性。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。
Claims (5)
1.一种多复用量子经典融合网络系统，其特征在于，所述系统包括多个局域网，任意两个局域网通过量子经典融合信道相连形成骨干通信网络；
所述局域网包括一个网络控制器、一个可重构光分叉复用器ROADM、多个时分波分复用装置TWDM、多个量子终端Alice和多个量子终端Bob；
所述可重构光分叉复用器ROADM通过量子经典融合信道分别与多个时分波分复用装置TWDM相连，并通过控制接口与网络控制器相连；所述时分波分复用装置TWDM通过量子信道和经典信道与一个或多个量子终端Alice或量子终端Bob相连；
所述网络控制器用于获取任意局域网的量子终端信息、波长信息及协议信息；
所述可重构光分叉复用器ROADM用于转发所在局域网的量子信号或经典信号到其他局域网；
所述多个时分波分复用装置TWDM用于转发所在局域网的量子终端Alice的量子信号或经典信号到所在局域网的量子终端Bob；
所述量子终端Alice用于产生量子信号或经典信号并通过时分波分复用装置TWDM转发至作为接收方的量子终端Bob；
所述量子终端Bob用于接收来自发送方的量子终端Alice发送的量子信号或经典信号。
2.如权利要求1所述的一种多复用量子经典融合网络系统，其特征在于，所述量子终端Alice包括依次相连的Alice用户终端、Alice密钥网关和QKD发送机。
3.如权利要求2所述的一种多复用量子经典融合网络系统，其特征在于，所述量子终端Bob包括依次相连的Bob用户终端、密钥网关和QKD接收机。
4.如权利要求2所述的一种多复用量子经典融合网络系统，其特征在于，所述Alice用户终端通过对应的接口与Alice密钥网关连接。
5.如权利要求3所述的一种多复用量子经典融合网络系统，其特征在于，所述Bob用户终端通过对应的接口与Bob密钥网关连接。
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