[實(shí)用新型]一種基于Sagnac環(huán)的QKD城域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721094498.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN208128262U
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冉攀;郭邦紅;胡敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04B10/70;H04J14/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本實(shí)用新型提供一種基于Sagnac環(huán)的QKD城域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括Alice控制端、Sagnac傳輸骨干環(huán)、光分插復(fù)用器ROADM、包含n個(gè)Bob用戶端的接入網(wǎng)NETmn。Alice控制端包括多波長脈沖激光產(chǎn)生裝置、波長選擇開關(guān)、環(huán)形器、單光子探測(cè)器組、耦合器、相位調(diào)制器PMA；接入網(wǎng)Bob用戶端包含可調(diào)光衰減器、脈沖時(shí)延裝置、相位調(diào)制器PMB、反射鏡；ROADM作為骨干節(jié)點(diǎn)，分下波長到接入網(wǎng)又或者從接入網(wǎng)插入波長到Sagnac環(huán)中，即使環(huán)上某一節(jié)點(diǎn)故障，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有自愈能力，不影響全網(wǎng)營運(yùn)本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密鑰生成率高、傳輸距離遠(yuǎn)且傳輸穩(wěn)定性好，成本較低，網(wǎng)絡(luò)各用戶相互獨(dú)立。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及量子信息技術(shù)以及量子經(jīng)典光纖通信融合領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于Sagnac環(huán)的QKD城域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

量子信息是量子力學(xué)與經(jīng)典信息理論的緊密結(jié)合而形成的新興交叉學(xué)科，是當(dāng)前物理學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而量子通信又是量子信息領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。量子通信是指利用量子力學(xué)的基本原理或特性進(jìn)行通信，其信息的載體是微觀粒子，量子測(cè)不準(zhǔn)定理和不可克隆定理等保證了量子保密通信理論上的無條件安全。

在量子通信技術(shù)中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的兩方量子密鑰分發(fā)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，隨著信息化的發(fā)展，越來越多的復(fù)雜光纖網(wǎng)絡(luò)被建立并投入運(yùn)行。城域網(wǎng)(MAN)是在一個(gè)城市范圍內(nèi)所建立的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，MAN采用具有有源交換器件的局域網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)中具有傳輸時(shí)延較小的優(yōu)點(diǎn)。MAN的一個(gè)重要用途是用作骨干網(wǎng)，通過MAN將位于同一城市內(nèi)不同地點(diǎn)的主機(jī)、數(shù)據(jù)庫、以及局域網(wǎng)等相互連接起來。QKD未來面臨的一個(gè)重要的實(shí)際問題是實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，需要基于一對(duì)一的通信方式發(fā)展成一對(duì)N，N對(duì)一，甚至N對(duì)N的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)量子城域網(wǎng)的覆蓋、量子廣域網(wǎng)的建立。

量子密鑰分發(fā)(QKD)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要采用兩種技術(shù)：一種是基于光學(xué)節(jié)點(diǎn)的QKD網(wǎng)絡(luò)，光學(xué)節(jié)點(diǎn)可以是分光器，光開關(guān)、波分復(fù)用器或者其他光學(xué)無源器件；另一種是基于可信中繼的QKD網(wǎng)絡(luò)，其難點(diǎn)在于保持中繼的可靠性；而基于光學(xué)節(jié)點(diǎn)的QKD網(wǎng)絡(luò)無需必須保證光學(xué)節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)可靠性。基于光學(xué)節(jié)點(diǎn)的QKD網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有4種方式：無源星形網(wǎng)絡(luò)、基于sagnac干涉儀的光環(huán)網(wǎng)絡(luò)、波長路由網(wǎng)絡(luò)、波分復(fù)用總線網(wǎng)絡(luò)。無源星形網(wǎng)絡(luò)利用分光器實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施起來簡(jiǎn)單容易且安全性好，但也存在一個(gè)明顯的缺陷，就是網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性差，隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的增加密鑰生成率和傳輸距離會(huì)嚴(yán)重降低(覆蓋范圍小)。借鑒于經(jīng)典光通信技術(shù)，早期的采用波分復(fù)用技術(shù)的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中，用戶通過波長尋址來進(jìn)行QKD。這種方案同一時(shí)刻激光器產(chǎn)生的脈沖仍然為單一波長脈沖，只能服務(wù)于單一用戶，這造成了多用戶不能同時(shí)工作的困境，實(shí)質(zhì)上還是一對(duì)一。

前面所述兩種方案都很大程度上限制了用戶數(shù)增加，用戶擴(kuò)展又導(dǎo)致產(chǎn)生密鑰生成率降低等問題。后來雖然增加了網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)，但只是局部的，沒能形成一定的區(qū)域覆蓋，同時(shí)由于Bob用戶端到骨干節(jié)點(diǎn)的專用光纖過長導(dǎo)致通信成本增加，這不利于網(wǎng)絡(luò)的拓展；因此解決區(qū)域覆蓋小、傳輸距離小和提高用戶密鑰生成率等問題是本發(fā)明的主要特點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、密鑰生成率高、傳輸穩(wěn)定且能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的基于Sagnac環(huán)的QKD城域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于Sagnac環(huán)的QKD城域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括Alice控制端、Sagnac環(huán)、作為骨干節(jié)點(diǎn)的可重配置的光分插復(fù)用器ROADM、包含n個(gè)Bob用戶端的接入網(wǎng)，其中：

Alice控制端包括多波長脈沖激光產(chǎn)生裝置、波長選擇開關(guān)、環(huán)形器、單光子探測(cè)器組、耦合器、相位調(diào)制器PMA；多波長脈沖產(chǎn)生裝置輸出的脈沖組經(jīng)過環(huán)形器后，通過耦合器注入到Sagnac環(huán)中，單光子探測(cè)器組通過環(huán)形器接耦合器的輸入端；