KR20060123054A - 다중모드 광섬유 침입탐지 시스템 - Google Patents

다중모드 광섬유 침입탐지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중모드 광섬유 케이블에 대한 침입 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다. 광 신호는 케이블 내에 좁은 스펙트럼 폭 및 덜 채워진 불균일 모드 필드 파워 분포를 성립하도록 케이블 섬유 내로 진입한다. 케이블의 멀리 떨어진 단부에 도달하는 고차 신호 모드의 적은 부분은 샘플링되고, 모드 필드 파워 분포에서의 일시적인 변화가 탐지된다. 상기 변화들이 섬유 침입에 특징적인 것으로 탐지될 때, 시스템은 알람을 활성화한다. 이 방법은 광섬유 통신 케이블 안의 광섬유에 액세스하는 어떤 시도를 탐지하고 경고를 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 다중모드 광 섬유의 액티브 신호는 섬유 손상 또는 물리적 침임을 나타내는 신호 열화 및 일시적인 파워 방해 패턴이 모니터링된다. 어댑티브 필터링을 이용하여, 가열/냉각 시스템, 모터, 팬 및 다른 건축 시스템으로부터의 기준 배경 방해를 알 수 있고 걸러낼 수 있다.
광케이블, 침입 탐지

Description

다중모드 광섬유 침입탐지 시스템{MULTIMODE FIBER OPTIC INTRUSION DETECTION SYSTEM}
본 발명은 다중모드 광섬유 케이블에의 물리적인 침입의 탐지에 관한 것이다.
기가비트 이더넷(Ethernet) 다중모드 광섬유 백본(backbone) 케이블은 고속 네트워크의 접합부를 연결하기 위해 사용된다. 이 고속 네트워크를 보호하기 위해, 침입 탐지 시스템(IDSs, Intrusion Detection Systems)에 기초한 소프트웨어가 도입되었다. 이 시스템들은 침입을 가리키는 이상한 패턴에 대한 모든 패킷들을 캡처(capture)하고 분석한다. 그러나, 이것은 네트워크의 복잡성(complexity)을 가중시킨다. 현재의 IDS들은 기저율 오류 제한(Base-Rate Fallacy Limitation)에 의해 제한되고, 이는 거짓 경고를 억제하는데 무력하다. 또한, 소프트웨어 기반 IDS들은 수동적인 광섬유 태핑(tapping)에 대해 보호할 수 없고, 이는 네트워크 하드웨어에 의해 탐지되지 않을 수 있다.
광섬유가 쉽게 탭핑되고, 데이터 스트림이 차신되는 것은 당업자에게 잘 알려져있다. 하나의 상대적으로 단순한 비-차단 태핑 방법은 태핑될 섬유 상에 밴드 커플러(bend coupler)를 배치하는 것을 포함한다. 임계 반경의 제어된 밴드는 섬 유 상에 배치된다. 이는 코어/클래딩 가이드 특성에 작은 공간 왜곡을 일으키고, 미세한 광이 섬유에서 빠져나간다. 탐지기는 광 누설 및 데이터 스트림 차단 지점에 위치한다. 밴드 커플러들은 보통 1dB 또는 그 이상의 광 파워 손실을 가진다. 전력 측정 침입 탐지 시스템들은 광 파워의 상기 손실을 탐지하고 경고 알람(alarm)을 제공하는 데 이용가능하다.
보다 음흉한 방법들이 관심 및 기술을 가진 숙련된 침입자에게 이용가능하다. 대비로 충분히 민감한 리시버 및 관심을 가지고, 섬유는 광섬유에서 증거가 되는 밴드를 삽입하지 않고도 성공적으로 태핑될 수 있다. 성공적인 탭은 평평한 커플링 영역을 형성하도록 타겟 섬유 외부의 보호성 코팅을 수 센티미터 또는 인치순으로 짧은 길이를 주의깊게 제거하고, 수 마이크론으로 외부 클래딩을 폴리싱(polishing)함으로써 실행된다. 클래딩 대 클래딩 커플링은 그 후 특별한 차단 섬유를 이용하여 만들어진다. 이 방법은 태핑된 섬유에서 진행하는 측정가능한 클래딩의 모드 파워를 제외한 약한 부분을 간섭한다. 이 경우에, 민감한 리시버에 의해 탐지될 수 있는 차단된 광은 섬유 코어의 파워보다 쉽게 20 또는 30dB 이하가 될 수 있다. 이는 수신된 광 파워에서 오직 0.04 또는 0.004dBm의 손실을 야기하고, 파워 측정 방법에 의해 신뢰성있게 탐지될 수 없다. 본 발명은 현재의 파워 손실 탐지 방법의 제한을 처리하고, 어떤 광 파워 손실이 발생하기 전에 침입 활동을 탐지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 다중모드 광섬유 케이블에의 침입을 탐지하는 방법으로서, 상기 방법은 이하를 포함한다.:
케이블 내의 불균일한 모드 필드 파워 분포를 달성하기 위해 케이블의 인접한 단부로 광 신호를 진입시키는 단계;
케이블의 말단부에 도달하는 고차 신호 모드들의 일부를 캡처하는 단계;
모드 필드 파워 분포의 일시적인 변화에 대해 캡처된 부분을 모니터링하는 단계; 및
케이블 조작에 특징적인 모드 필드 파워 분포 변화의 탐지에 따라 알람을 활성화시키는 단계.
상기 방법은 광 섬유 통신 케이블 안에서 광 섬유에 접근하기 위한 어떤 시도를 탐지하고 경고할 수 있다. 상기 방법의 바람직한 실시예는 신호 열화 및 섬유 손상 또는 물리적 침입을 나타내는 일시적인 파워 방해 패턴 모두에 대해 다중모드 광섬유 스트랜드(strand)의 액티브 신호를 모니터링한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 다중모드 광섬유 케이블에의 침입을 탐지하기 위한 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 이하를 포함한다.
케이블 내에 불균일한 모드 필드 파워 분포를 성립하도록 하는 방법으로 케이블의 인접한 단부로 광 신호를 진입시키는 트랜스미터;
케이블의 말단부에 도달하는 고차 광 모드의 일부를 캡처하기 위한 케이블 말단부에서의 광 커플러; 및
모드 필드 파워 분포에서 일시적인 변화를 탐지하기 위해 신호의 캡처된 부분을 모니터링하고, 케이블 조작에 특징적인 모드 필드 파워 분포에서의 변화 탐지에 따라 활성화시키는 프로세서.
일반적으로 바람직한 시스템은 오프셋 진입 얼라인먼트(alignment)에서 다중모드 섬유에 결합되는 레이저 트랜스미터로부터의 광 출력 신호를 이용한다. 말단 링크의 리시브 단부에서, 작은 퍼센티지의 광 신호가 고차 모드 파워의 부분을 캡처하는 특별히 구성된 광 커플러를 이용하여 샘플링된다. 광 리시버는 샘플링된 신호를 탐지하고, 모드 파워 분포가 변화에 대해 모니터링된다. 섬유 케이블의 조작과 같은 기계적인 방해는 시스템에 의해 탐지되는 모드 파워 분포에서 변화를 일으키고, 이는 실제 탭(tap)이 발생되기 전에 가능한 침입 시도를 신호로 알린다.
어댑티브 필터링을 이용하여, 가열/냉각 시스템, 모터, 팬 및 다른 빌딩(bulidling) 시스템으로부터의 정상 잡음 방해(normal background disturbance)가 알려지고 필터링된다. 이는 잘못된 알람 이벤트(event)의 확률을 최소화하면서 침입 시도 기호에 대한 최대 민감도를 허용한다. 설계 목적은 공격이 케이블 구조의 바깥층에 여전히 있는 동안 침입 시도를 판별하는 것이다. 이는 어떤 공격자의 빠른 위치선정 및 차단을 허용할 수 있다.
다음의 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시한다.
도 1은 본 발명에 의한 시스템에서 사용되는 트랜스미터를 도시한 도 2의 라인 Ⅰ-Ⅰ에 따른 길이방향의 단면도이다.
도 2는 도 1의 라인 Ⅰ-Ⅱ에 따른 트랜스미터의 가로방향의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 침입 탐지 시스템의 리시버 부분의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 시스템의 택일적인 리시버 부분의 블록도이다.
이후의 도면, 특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 트랜스미터(10)는 다중모드 광섬유(12)안에서의 좁은 스펙트럼 폭, 언더필드(under-fiiled), 불균일한 모드 필드파워분포를 제공하도록 도시된다. 이러한 유형의 모드 필드를 가지고, 보다 고차원의 모드에서의 파워 분포는 방해(disturbance)에 의해 발생된 파워 손실의 부재에도 불구하고, 섬유의 물리적인 방해로 변한다.
불균일한 고차 모드 필드는 광섬유 코어의 중심으로부터 오프셋(offset)인 점광원을 가진 섬유의 전송단(14) 또는 그 근처를 조사함으로써, 다중모드 섬유(12)안에 설정될 수 있다. 이것은 균일(solid)한 상태의 레이저, 광학 렌즈 및 배치 기계를 이용함으로써 달성될 수 있다. 그러나 도시된 실시예에서, 이는 균일 상태의 레이저(16)를 고정된 오프셋(26)에 의해 다중모드 섬유(12)의 코어(22)의 중심부로부터 오프셋인 코어(20) 중심을 가진 다중모드 섬유(12)에 접속(spliced)된 짧은 길이의 단일 모드의 섬유(18)에 진입시킴으로써 보다 단순하게 실행된다. 50 또는 62.5마이크론의 코어를 가진 전형적인 다중모드 섬유에 대해, 대략 10마이크론의 코어 크기를 가진 단일모드섬유는 최대 민감도(일반적으로 5~20마이크론 오프셋)에 최적화된 마이크론 중심 대 중심 오프셋을 가진 다중모드 섬유에 접속된다.
보다 상세하게 도 3을 참조하면, 다중모드 광섬유(12)가 그 말단(멀리 떨어진) 또는 커넥터(30)에 연결된 수신단(28)(도1), 섬유로부터 입력되는 신호를 고차 모드 커플러(34)의 입력(32)으로 전달하는 수신포트(RX30) 가 있다. 커플러는 고차 모드의 작은 부분을 태핑하고, 잔존하는 광출력을 출력포트(36)에 반환한다. 광케이블의 조작은 섬유에 국부적인 기계적 방해를 일으킬 수 있다. 탐지할 수 있는 매크로 또는 마이크로 휨 손실(bending loss)로 이끌어지지 않는 동안 이 기계적인 방해는 모드 패턴 내의 출력 분포를 변하도록 한다. 이것은 번갈아 고차 모드 커플러의 커플링 효율성에서의 변화 및 커플러 출력(38)에서 광파워의 변화를 일으키게 한다. 결과가 되는 광 신호는 방해하는 힘의 크기에 비례한다.
고차 모드 커플러(34)는 설명한 바와 같이 오프셋 진입원(launch source)을 이용하여 탭-커플링 비를 측정하는 동안 클래딩 대 클래딩 융합에 의해 만들어질 수 있다.
광신호의 주요 부분은 커플러 출력(36)으로부터 광 커넥터(40)의 전송포트(TX40)에 이르게 되고, 통신 또는 액티브 섬유 모니터링이 이용될 때 데이터 리시버에 이용가능하다. 모드 커플러의 샘플화된 출력(38)은 광신호가 포토 다이오드에 의해 탐지되고, 결과가 되는 전기적 출력이 아날로그에서 디지털 신호로 변환하는 탐지기 및 변환 회로(42)에 전송된다. 디지털 신호는 신호가 정상 환경 잡음 노이즈를 제거하도록 필터링되는 마이크로프로세서 제어 및 통신 어셈블리(44)에 전송된다. 필터링된 신호는 그 후 케이블 및 섬유 조정에 특징적인 일시적인 기호 및 레벨 변화에 대해 분석된다. 미리 설정된 (pre-set) 방해 레벨에서, 어셈블리는 알람 응답을 활성화시킨다. 알람 LED(46)는 시스템 상태 패널(48)상에 비추어지 고, 알람 신호는 멀리 떨어진 알람 보고용 인터페이스 커넥터(50)에 출력된다.
존재하는 트래픽이 모니터된 섬유 상에서 실행되는 액티브 섬유 모니터링의 경우, 레이저 소스(16)는 출력 커넥터(40)를 경유하여 데이터 리시버에 결합된 광 통로의 멀리 떨어진 단부로부터 데이터 스트림과 출력에 의해 조정될 수 있다.
탐지 체계의 강화된 변화가 도 4에 도시된다. 들어오는 광신호가 커넥터(30)를 통해 고차 모드 파워 분포가 샘플링되는 고차 모드 커플러(34)의 입력(32)에 전달된다. 고차 모드 커플러(34)의 출력(36)은 그 후 벌크 광커플러(54)의 입력포트(52)로 전달된다. 벌크 광커플러는 모드 파워 분포에 영향을 받지 않고, 전체 광 신호의 일부를 샘플링하는데 사용된다. 벌크 광커플러(54)의 샘플링된 출력은 출력부(56)에서 절대 스루풋(throughput) 파워가 고정된 비율의 샘플로부터 계산되는 제2 탐지 회로(58)로 전달된다. 이것은 마이크로프로세서 및 통신 모듈(44)에서 고차원 모드 샘플링과 비교되는 절대적인 파워 기준선(baseline)을 성립한다. 마이크로프로세서는 그 후 두 개의 채널 응답을 비교하고, 모드 파워 분포에서의 변화와 마찬가지로 어떠한 파워 변화를 계산할 수 있다. 과도한 출력 변화 레벨들은 LED(60)에서 알람 표시를 생성하고, 알람 신호가 커넥터(50)로 전달된다. 이는 고차 모드 파워 분포 내의 일시적인 및 정상 상태 변화가 침입자의 시도의 강한 표시를 제공하는 동안, 양쪽 채널에서의 중요한 변화가 레이저 또는 섬유 통로에 문제가 있음을 나타내는 것과 같이, 섬유 방해에 대한 보다 많은 정보를 제공한다.
본 발명의 특정 실시예가 앞에서 기술되었으나, 이는 오직 예만을 나타낸 것이다. 상세하게는, 탐지 및 변환 회로와 마이크로프로세서 및 통신 모듈과 같은 시스템의 구성요소는 시스템에서 유사한 기능을 수행하는 다른 구성요소 또는 구성요소들에 의해 치환될 수 있음을 주지해야 한다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 영역에 의해서만 제한될 수 있다.

Claims (6)

  1. 다중모드 광섬유 케이블에의 침입을 탐지하는 방법에 있어서,
    케이블 내에서 불균일한 모드 필드 파워 분포를 이루도록 상기 케이블의 인접한 단부로 광 신호를 진입시키는 단계;
    상기 케이블의 말단부에 도달하는 고차 신호 모드의 일부를 캡처하는 단계;
    상기 모드 필드 파워 분포 내의 일시적인 변화에 대해 캡처된 부분을 모니터링하는 단계; 및
    케이블 조작에 특징적인 상기 모드 필드 파워 분포 내의 변화의 탐지에 응답하여 알람을 활성화시키는 단계를 포함하는, 다중모드 광섬유 케이블의 침입탐지방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    신호 열화 및 섬유 손상 또는 물리적 침입에 특징적인 일시적인 파워 방해 패턴에 대해 스트랜드(strand)의 액티브 신호를 모니터링함으로써, 섬유 손상 또는 물리적 침입에 대해 상기 케이블의 섬유 스트랜드를 탐지하는 단계를 포함하는, 다중모드 광섬유 케이블의 침입탐지방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    정상 잡음 방해(normal background disturbance)를 판정하기 위해 상기 모드 필드 파워 분포를 모니터링하는 단계 및 상기 케이블 조작에 특징적인 상기 모드 필드 파워 분포 내의 변화를 탐지하기 전에 상기 정상 잡음 방해를 필터링하는 단계를 더 포함하는, 다중모드 광섬유 케이블의 침입탐지방법.
  4. 다중모드 광섬유 케이블에의 침입을 탐지하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 케이블 내에 불균일한 모드 필드 파워 분포를 성립하도록 케이블의 인접한 단부로 광 신호를 진입시키는 트랜스미터;
    상기 케이블의 말단부에 도달하는 고차 신호 모드의 일부를 캡처하기 위한 케이블 말단부의 광 커플러; 및
    상기 모드 필드 파워 분포 내의 일시적인 변화를 탐지하기 위해 캡처된 신호의 일부를 모니터링하고, 상기 케이블 조작에 특징적인 모드 필드 파워 분포 내의 변화의 탐지에 따라 알람을 활성화시키는 프로세서를 포함하는, 다중모드 광섬유 케이블의 침입탐지시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 트랜스미터는 레이저 트랜스미터와, 오프셋 진입 얼라인먼트(alignment)에서 다중모드 섬유에 상기 레이저 트랜스미터를 결합시키기 위한 수단을 포함하는, 다중모드 광섬유 케이블의 침입탐지시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 정상 잡음 방해를 판정하도록 모드 필드 파워 분포를 탐지하기 위한 러닝(learning) 모듈을 포함하는 어댑티브(adaptive) 필터 및 상기 케이블 조작에 특징적인 변화에 대한 모드 필드 파워 분포를 분석하기 전에 상기 정상 잡음 방해를 필터링하기 위한 필터를 포함하는, 다중모드 광섬유 케이블의 침입탐지시스템.
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