[0001] 本实用新型涉及量子通信技术以及光纤通信领域，具体涉及一种型多用户QKD城域网总线结构系统。

[0002] 目前，信息化技术已经覆盖了人们生活的方方面面，每天都有海量的通信数据通过互联网传输，因此保证数据的安全性是至关重要的。为应对这一问题，量子保密通信技术成为相关领域的研究热点。量子通信技术是一种基于量子基本原理的技术，能在理论上保证信息的无条件安全。量子密钥分发(QuantumKey Distribution,QKD)是技术最完善、被关注最多的量子通信技术。

[0003] 城域网是量子通信技术中一种常见的组网形式，也是互联网信息传输的重要承载网络，因此城域网的信息安全是保障城域范围内所有用户数据安全的前提。采用多种拓扑结构将QKD技术引入城域网中，组成QKD城域网，有利于维护网络安全。但是，QKD城域网可能会遇到不可避免的网络故障，从而造成数据传输过程中断。因此，需要采取一定的链路保护措施来尽可能地预防QKD城域网的故障问题以保证数据的安全传输。

[0004] 因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种多用户QKD城域网总线型结构系统。实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决QKD城域网的传输问题，提出了一种多用户QKD城域网总线型结构系统。

[0006] 本实用新型通过下述技术方案实现的：

[0007] 一种多用户QKD城域网总线型结构系统，所述系统包括控制端用户、m个接入互联装置、m个监测器和m个局域接入网，m≥1；

[0008] 所述控制端用户与m个局域接入网中的局域接入网1、监测器1、局域接入网2、监测器2……局域接入网m、监测器m通过公共监测信道依次连接并形成局域接入网环形回路；

[0009] m个接入互联装置中的接入互联装置1、监测器1、接入互联装置2、监测器2……接入互联装置m、监测器m、接入互联装置1通过公共光纤依次连接并形成域域骨干网回路；

[0010] 所述控制端用户通过公共光纤接入到所述域域骨干网回路中；所述m个接入互联装置通过专用光纤与m个局域接入网对应连接；

[0011] 所述控制端用户包括依次相连的监测反馈装置、波长分配装置和密钥分发装置；

[0012] 所述监测反馈装置用于接收m个监测器反馈的公共光纤链路的信息并将信息发送给所述波长分配装置和各个局域接入网；

[0013] 所述波长分配装置用于分配波长λm1并将所述波长λm1发送到密钥分发装置；

[0014] 所述密钥分发装置用于根据波长λm1产生光脉冲，并将光脉冲通过公共光纤的接入互联装置传输到局域接入网；

[0015] 所述接入互联装置用于作为骨干节点连接控制端用户和局域接入网；

[0016] 所述局域接入网用于接收所述光脉冲并对接收到的光脉冲进行探测和响应。

[0017] 优选地，所述密钥分发装置包括多波长脉冲产生装置、可变光衰减器、第一耦合器、第一相位调制器和第二耦合器；所述多波长脉冲产生装置、可变光衰减器和第一耦合器依次连接，所述第一耦合器的第一输出端口通过长臂光纤与第一相位调制器连接后接入第二耦合器，所述第一耦合器的第二输出端口通过短臂光纤与第二耦合器连接。

[0018] 优选地，所述m个局域接入网包括相互连接的m个接入用户端和m个光分接装置；任意两个相邻的局域接入网通过各自的光分接装置相连。

[0019] 优选地，所述接入用户端包括第三耦合器、第二相位调制器、第四耦合器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；

[0020] 所述第三耦合器通过长臂光纤与第二相位调制器相连后接入第四耦合器的输入端口，所述第三耦合器还通过短臂光纤接入第四耦合器的输入端口，所述第四耦合器的输出端口分别与第一单光子探测器和第二单光子探测器连接。

[0021] 优选地，所述多波长脉冲产生装置产生波长为λm1的光脉冲进入可变光衰减器进行衰减处理得到达到单光子水平的光脉冲，所述光脉冲进入第一耦合器后进行耦合分束，以50：50的比例输出第一光脉冲和第二光脉冲两束光脉冲，所述第一光脉冲通过长臂光纤进入第一相位调制器进行相位调制处理后输入到第二耦合器；所述第二光脉冲通过短臂光纤输入到第二耦合器，所述第一光脉冲和第二光脉冲在第二耦合器中合并形成第一耦合光脉冲后通过公共光纤的接入互联装置传输到局域接入网的接入用户端。

[0022] 优选地，接入用户端中的第三耦合器对于输入的第一耦合光脉冲进行耦合分束处理后，以50：50的比例输出第三光脉冲和第四光脉冲，所述第三光脉冲通过长臂光纤进入第二相位调制器进行相位调制处理后输入第四耦合器，所述第四光脉冲通过短臂光纤输入到第四耦合器，所述第三光脉冲和第四光脉冲在第四耦合器中耦合分束后输出并分别进入第一单光子探测器和第二单光子探测器响应。

[0023] 本实用新型的有益效果为：

[0024] 1、本实用新型的控制端用户分别通过公共监测信道和公共光纤接入到所述局域接入网环形回路和域域骨干网回路中，并在两个环形回路中均设置了用于链路监测的监测器，实时监测链路的安全状态，即监测器可以及时发现QKD城域网的故障，使得本实用新型的QKD城域网具有故障应对能力。

[0025] 2、本实用新型在局域接入网一端采用了接入互联装置作为骨干节点，使得新用户可以随时加入局域接入网并可以分下所需波长信道，同时不影响其他信道的传输，即本实用新型具有更好的用户扩展性。

[0030] 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。

[0031] 一种多用户QKD城域网总线型结构系统，如图1‑4所示，所述系统包括控制端用户、m个接入互联装置、m个监测器和m个局域接入网，m≥1；

[0032] 所述控制端用户与m个局域接入网中的局域接入网1、监测器1、局域接入网2、监测器2……局域接入网m、监测器m通过公共监测信道依次连接并形成局域接入网环形回路；

[0033] m个接入互联装置中的接入互联装置1、监测器1、接入互联装置2、监测器2……接入互联装置m、监测器m、接入互联装置1通过公共光纤依次连接并形成域域骨干网回路；

[0034] 所述控制端用户通过公共光纤接入到所述域域骨干网回路中；所述m个接入互联装置通过专用光纤与m个局域接入网对应连接；

[0035] 所述控制端用户包括依次相连的监测反馈装置、波长分配装置和密钥分发装置；

[0036] 所述监测反馈装置用于接收m个监测器反馈的公共光纤链路的信息并将信息发送给所述波长分配装置和各个局域接入网；

[0037] 所述波长分配装置用于分配波长λm1并将所述波长λm1发送到密钥分发装置；

[0038] 所述密钥分发装置用于根据波长λm1产生光脉冲，并将光脉冲通过公共光纤的接入互联装置传输到局域接入网，即所述密钥分配装置作为所述控制端用户的量子密钥分发器，可以与各个接入用户端进行量子密钥分发和通信；

[0039] 所述密钥分发装置包括多波长脉冲产生装置、可变光衰减器、第一耦合器、第一相位调制器和第二耦合器；所述多波长脉冲产生装置、可变光衰减器和第一耦合器依次连接，所述第一耦合器的第一输出端口通过长臂光纤与第一相位调制器连接后接入第二耦合器，所述第一耦合器的第二输出端口通过短臂光纤与第二耦合器连接。

[0040] 所述接入互联装置用于作为骨干节点连接控制端用户和局域接入网；

[0041] 所述局域接入网用于接收所述光脉冲并对接收到的光脉冲进行探测和响应。

[0042] 如图1所示，所述m个局域接入网包括m个接入用户端和m个光分接装置；其中，所述m个接入用户端包括对应的m个量子密钥分发设备，所述m个接入用户端分别与m个光分接装置分别对应相连；所述光分接装置为每一个接入用户端按顺序分下一个λmi(i＝1，2，3…n)的波长，任意相邻的两个局域接入网通过各自的光分接装置连接。

[0043] 其中，如图4所示，所述接入用户端中的量子密钥分发设备包括第三耦合器、第二相位调制器、第四耦合器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；

[0044] 所述第三耦合器通过长臂光纤与第二相位调制器相连后接入第四耦合器的输入端口，所述第三耦合器还通过短臂光纤接入第四耦合器的输入端口，所述第四耦合器的输出端口分别与第一单光子探测器和第二单光子探测器连接。

[0045] 本实施例基于总线型多用户结构的QKD城域网系统的原理和过程如下：

[0046] 任意一个局域接入网的接入用户端A向控制端用户发出通信申请和通信波长λm1；

[0047] 控制端用户的监测反馈装置获取监测器反馈的公共光纤链路的信息并结合接收到的通信申请和通信波长λm1，控制端用户的波长分配装置产生波长λm1并将所述波长λm1发送到密钥分发装置；

[0048] 所述密钥分发装置中的多波长脉冲产生装置产生波长为λm1的光脉冲进入可变光衰减器中进行衰减处理得到达到单光子水平的光脉冲，所述单光子水平的光脉冲进入第一耦合器后进行耦合分束，以50：50的比例输出第一光脉冲和第二光脉冲两束光脉冲，所述第一光脉冲通过长臂光纤进入第一相位调制器进行相位调制处理后输入到第二耦合器；所述第二光脉冲通过短臂光纤输入到第二耦合器，所述第一光脉冲和第二光脉冲在第二耦合器中合并形成第一耦合光脉冲后通过公共光纤的接入互联装置传输到局域接入网的接入用户端；

[0049] 接入用户端中的第三耦合器对于输入的第一耦合光脉冲进行耦合分束处理后，以50：50的比例输出第三光脉冲和第四光脉冲，所述第三光脉冲通过长臂光纤进入第二相位调制器进行相位调制处理后输入第四耦合器，所述第四光脉冲通过短臂光纤输入到第四耦合器，所述第三光脉冲和第四光脉冲在第四耦合器中耦合分束后输出并分别进入第一单光子探测器和第二单光子探测器响应；

[0050] 具体地，从控制端用户输出的光脉冲在接入用户端后分为四种情况，其中：

[0051] 第一种情况是光脉冲分别经过控制端用户和接入用户端的长臂光纤；

[0052] 第二种情况是光脉冲依次经过控制端用户的长臂光纤和接入用户端的短臂光纤；

[0053] 第三种情况是光脉冲依次经过控制端用户的短臂光纤和接入用户端的长臂光纤；

[0054] 第四种情况是光脉冲分别经过控制端用户和接入用户端的短臂光纤；

[0055] 由于经过长臂光纤和短臂光纤的光脉冲所经历的光纤长度不一样，则两个光脉冲进入第四耦合器时会有一个时间差，则只有第二种情况和第三情况的光脉冲可以同时到达第四耦合器，并且在第四耦合器中产生干涉并输出后在第一探测器和第二探测器探测和响应。

[0056] 本实用新型在局域接入网一端采用了接入互联装置作为骨干节点，使得新用户可以随时加入局域接入网并可以分下所需波长信道，同时不影响其他信道的传输，即本实用新型具有更好的用户扩展性。

[0057] 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。