[发明专利]一种基于混沌同步的保密无源光网络

说明书

技术领域

本发明涉及光通信、混沌和半导体激光器领域，尤其是一种基于混沌同步的保密无源光网络，适用于宽带保密光接入网领域。

技术背景

混沌信号具有独特保密特性，可以将信息很好地隐藏其中，因此在保密通信领域倍受青睐。半导体激光器在外部反馈、注入等条件下，能够产生数十GHz的宽带混沌光信号，因此基于半导体激光器的混沌同步通信已经成为保密光通信领域的一大亮点。无源光网络作为宽带光接入的优选技术，具有广阔的实际应用前景。目前，相关研究已经提出了波分复用无源光网络、正交频分复用无源光网络、时分复用无源光网络、以及各种复合式无源光网络方案。

随着网络用户和网络容量的急剧增加，人们对保护隐私和信息安全的要求越来越强烈，因此光接入网的保密性问题越来越重要。在目前的应用和研究中，人们主要通过增强介质访问控制层的安全性来提高光网络的安全性，而对最容易受到攻击的物理层的安全性研究很少。相关研究曾提出利用离散混沌信号对正交频分复用的子载波进行扰码，从而提高正交频分复用无源光网络的保密性，但要求复杂的加扰和解扰计算。本发明直接用混沌光信号代替传统稳态光信号作为通信载波对信息进行物理层加密，通过实现混沌载波同步进行信息的解密，利用激光器产生的混沌光信号独特的保密性和同步特性，从物理层增强无源光网络的安全性；同时，利用光波分复用技术大大提高了系统的通信容量；适用于宽带保密光通信领域。

发明内容

鉴于以上陈述的已有技术的不足和拟采用技术的固有优点，本发明的目的是提供一种原理简单，容易实现的保密无源光网络方案。

所述之一种基于混沌同步的保密无源光网络的组成，包括以下三部分：

1)光链路终端OLT：包含n个发送/接收模块，每个发送/接收模块由一个工作在混沌态的外腔半导体激光器、光调制器、光耦合器、光环行器、波分复用器、光探测器、反相光探测器、低通滤波器等组成；

2)波分复用器和光纤链路；

3)n个光网络单元ONU：每个ONU包括发送模块和接收模块两部分，由一个半导体激光器、光调制器、光隔离器、光耦合器、光探测器、反相光探测器、低通滤波器等组成；n个ONU半导体激光器的工作波长各不相同，但与OLT端n个激光器工作波长一一对应。

所述之一种基于混沌同步的保密无源光网络的下行通信步骤如下：

1)在OLT端，通过光调制器将下行信息加载到各混沌载波中实现混沌加密，

并通过波分复用器合并为复合混沌载波，再通过光纤传输到ONU端；

2)在下行链路终端，利用波分复用器将携带信息的复合已调混沌光载波进

行解复用，并分别注入到各ONU激光器中，实现各ONU激光器与OLT端

对应激光器的混沌同步；

3)在各ONU中，将接收到的下行混沌光载波与本地ONU激光器输出相减(或相除)并滤波，解密出下行信息。

所述之一种基于混沌同步的保密无源光网络的上行通信步骤如下：

1)在各ONU中，将上行信息通过光调制器加载到本地激光器输出的混沌光信号中，进行上行信息加密，并通过波分复用器合并之后通过光纤链路传输至OLT端；

2)在OLT端，利用波分复用器将上行混沌载波分开，由于OLT端和ONU端相同工作波长的激光器输出的混沌信号同步，因此将上行混沌载波与相同波长的OLT端混沌载波相减(或相除)并滤波，即可解密出上行信息。

经过如上的设计后，OLT端和ONU端相同波长的激光器输出的混沌载波能实现稳定的注入-锁定同步，基于此，结合混沌载波对信息与生俱来的隐藏性，可以在OLT和各ONU之间同时进行上行和下行的保密通信；另一方面，由于混沌系统对系统参数和初始条件极度敏感，窃密者用属性和工作波长不匹配的激光器非法接入本系统，很难实现与混沌载波的同步，因此截获正确信息的可能性也大大降低；故而所述之一种基于混沌同步的保密无源光网络可增强无源光网络物理层的安全性。此外，通过采用波分复用技术，所述之一种基于混沌同步的保密无源光网络的系统容量大大提高。

在实际使用上本发明具有如下优点：(1)结构简单、实用性强，不需要对传统无源光网络的结构体系进行调整，仅用混沌光载波代替传统的稳态光载波；(2)充分利用混沌信号的保密性和同步特性，通过实现混沌同步通信，增强了无源光网络物理层的信息保密性；(3)采用了波分复用技术，大大提高了系统容量；(4)具有很强的拓展性，现有的波分复用技术、频分复用技术、时分复用技术及其混合技术等都可以应用到本发明中，这为实现保密光通信提供了一种有效可行的方案。