基于混沌的光接入網(wǎng)保密通信與故障監(jiān)測研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)的爆炸式增長，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、寬帶化、智能化和安全保密等性能提出了更高的要求，在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)升級(jí)改造后，光接入網(wǎng)成為了解決通信網(wǎng)“最后一公里”問題的關(guān)鍵。作為連接服務(wù)提供商和終端用戶的饋入網(wǎng)絡(luò)，光接入網(wǎng)的保密性與生存性是兩大不容忽視的重要問題。但現(xiàn)階段物理層中的光層并不具有保密功能，使得光接入網(wǎng)很容易被竊聽和攻擊。同時(shí)，光接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生故障，且目前鏈路故障檢測手段復(fù)雜、設(shè)備成本高，使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率低下、成本

2、較高。
　　混沌激光具有類噪聲的隨機(jī)起伏特性，可用于隱藏待傳輸?shù)男畔ⅲ瑥亩鴮?shí)現(xiàn)保密通信。同時(shí)，混沌激光良好的自相關(guān)特性可用于光纖鏈路故障點(diǎn)的檢測與定位。因此，如何將混沌激光的眾多優(yōu)勢應(yīng)用于光接入網(wǎng)中，既能夠?qū)崿F(xiàn)高速率、高覆蓋的光接入網(wǎng)保密通信，又能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的故障，提高光接入網(wǎng)的運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本，成為混沌激光應(yīng)用研究亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題，具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　本論文在充分調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，

3、選擇混沌激光保密通信偏振復(fù)用傳輸、實(shí)時(shí)在線光纖鏈路故障監(jiān)測、寬帶混沌光接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以及寬帶混沌激光發(fā)射機(jī)與通信系統(tǒng)等關(guān)鍵問題，進(jìn)行了系統(tǒng)深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。具體完成如下創(chuàng)新性工作:
　　(1)提出了混沌激光保密通信偏振復(fù)用傳輸技術(shù)與方案，增加了混沌激光保密通信光接入網(wǎng)的復(fù)用維度，分別實(shí)現(xiàn)了單波長x和y偏振方向的混沌激光保密通信偏振復(fù)用和常規(guī)光通信與混沌激光保密通信的偏振復(fù)用。所有通信信道承載的數(shù)據(jù)速率均為1.25Gb/s，傳輸距

4、離達(dá)22.54 km。此外，還實(shí)驗(yàn)觀測和分析了接收端信號(hào)泄露和發(fā)送端入纖光功率的變化對(duì)系統(tǒng)通信性能的影響。
　　(2)提出了利用混沌激光保密通信系統(tǒng)中的通信信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線光纖鏈路故障檢測的方法，實(shí)現(xiàn)了在兩種光接入網(wǎng)結(jié)構(gòu):WDM-PON和EPON中的保密通信與實(shí)時(shí)在線故障檢測與定位。對(duì)于WDM-PON，提出了基于在線混沌光時(shí)域反射儀和基于一種波長可調(diào)諧混沌光時(shí)域反射儀兩種實(shí)現(xiàn)方案，并對(duì)兩種方案中影響故障定位性能的因素進(jìn)行了分析。對(duì)

5、于EPON，提出了混沌光序列編碼器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于EPON中光纖鏈路故障點(diǎn)的精確定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的故障檢測過程與正常通信互不干擾，具有實(shí)時(shí)在線故障檢測與定位功能，且可對(duì)距OLT端20 km以上的故障點(diǎn)進(jìn)行高精度定位。
　　(3)提出了基于寬帶混沌激光的環(huán)形光接入網(wǎng)保密通信與故障監(jiān)測技術(shù)與方案，既實(shí)現(xiàn)了信息在環(huán)網(wǎng)上的安全保密傳輸，又解決了樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可靠性低等問題。設(shè)計(jì)了關(guān)鍵網(wǎng)元、一種適用于該接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)的寬帶混沌激光發(fā)射機(jī)

6、與雙向?qū)拵Щ煦缂す獗Ｃ芡ㄐ畔到y(tǒng)。分別對(duì)混沌激光發(fā)射機(jī)、寬帶混沌通信系統(tǒng)以及環(huán)形接入網(wǎng)的性能進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。此外，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)與關(guān)鍵網(wǎng)元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了故障保護(hù)方案以及實(shí)時(shí)在線故障檢測與定位方案。結(jié)果表明，混沌激光載波的帶寬高于20 GHz，可實(shí)現(xiàn)OLT與ONU之間的雙向長距離混沌激光保密通信，單波長速率可達(dá)10 Gb/s;經(jīng)過色散補(bǔ)償，傳輸距離可高達(dá)100 km。此外，該接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)可靈活改變數(shù)據(jù)傳輸方向以規(guī)避故障點(diǎn)，同時(shí)基于寬帶混沌激光可實(shí)現(xiàn)