一种智能量子通信交换系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能量子通信交换系统及方法，包括主控模块，网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块，所述主控模块分别与所述网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块电信号连接，所述功率甄别模块和级联光开关模块通过光信号与所述级联光开关模块连接，其中：所述主控模块用于接收外接的密钥管理系统数据并下发开关切换控制指令；所述网络接口模块用于负责TCP/IP协议层数据接收和发送；所述功率甄别模块用于负责信道的功率检测与判别，将检测后符合条件的安全的功率信号发送给所述主控模块；所述级联光开关模块负责解析主控模块下发的控制指令并完成光路切换操作。本发明专利技术实现了光路切换的智能化及自主化，大大提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种智能量子通信交换系统及方法
本专利技术涉及量子通信领域，具体涉及一种智能量子通信交换系统及方法。
技术介绍
光交换机已被广泛用于光通信节点以及光交叉连接(OXC)设备中，对多光路的信号进行交换，是组成网络的重要装置。但是与传统的光通信系统不同，量子信号强度处于单光子级别，如果在信号交换环节中能量损失大，接收终端将无法识别信息，从而导致量子通信无法实现。所以光量子交换机对于量子通信至关重要。目前已经大量使用于光通信系统中的光开关主要采用的技术有PLC技术，MEMS技术，和PZT技术。基于上述技术生产的光开关用于量子通信系统中，虽然解决了很多了量子通信过程中的问题，但是仍然存在一些不足。例如，现有的刚起步的基于压电陶瓷(PZT)控制的光开关，可以采用三维组合的方式解决多维度、多自由度的问题。但是PZT在工作中存在蠕变，抖动等不稳定现象，行程有限，另外在多自由度，多用户之间进行切换的时候需要根据实际情况进行人工进行光路的切换，不能实现全自动以及只能化操作。因此有待对现有的量子交换技术进行进一步的改进，提供一种智能便捷可以完全自动化进行光路切换的量子通信交换系统及方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的提供一种智能便捷可以完全自动化进行光路切换的量子通信交换系统及方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种智能量子通信交换系统，包括主控模块，网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块，所述主控模块分别与所述网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块电信号连接，所述功率甄别模块和级联光开关模块通过光信号与所述级联光开关模块连接，其中：所述主控模块用于接收外接的密钥管理系统数据并下发开关切换控制指令；所述网络接口模块用于负责TCP/IP协议层数据接收和发送；所述功率甄别模块用于负责信道的功率检测与判别，将检测后符合条件的安全的功率信号发送给所述主控模块；所述级联光开关模块负责解析主控模块下发的控制指令并完成光路切换操作；所述主控模块包括以太网物理层驱动电路、ARM处理器电路、RS485驱动电路、I2C驱动电路和风扇管理电路，其中：所述以太网物理层驱动电路采用AR8035芯片作为PHY驱动器，用于实现TCP/IP协议层数据到MAC物理层数据的转换及传输；所述ARM处理器电路用于进行以太网软件驱动、安全认证与协议处理、光开关控制、光功率采集以及平台管理操作；所述RS485驱动电路用于实现UART串口到RS485总线的电平转换传输；所述I2C驱动电路由芯片PCA9532PW实现，采用I2C总线的方式完成IO扩展；所述风扇管理电路由芯片MAX31790以及NCP25525组成，用于实现系统风扇的转速调节与监控。优选地，所述ARM处理器电路又包括安全认证&协议处理单元、光模块控制单元、光功率采集单元和平台管理单元，其中：所述安全认证&协议处理单元与光模块控制单元通过电信号互相连接，所述光模块控制单元与光功率采集单元通过电信号互相连接，所述平台管理单元与风扇管理电路连接；安全认证&协议处理单元用于对系统数据进行安全认证；所述光模块控制单元用于下发光控制开关切换的控制指令；所述光功率采集模块用于光功率的强度采集与计算；所述平台管理单元用于系统风扇的转速调节与监控。优选地，所述网络接口模块包括以太网物理接口模块、以太网信号驱动电路和以太网电器保护电路，所述以太网物理接口模块通过TX&RX串口与所述以太网信号驱动电路相互连接，所述以太网信号驱动电路通过TX&RX串口和以太网电器保护电路。优选地，所述以太网物理接口模块与外部系统连接用于接收外部系统的数据；所述以太网信号驱动电路用于实现TCP/IP协议层数据到MAC物理层数据的转换及传输。所述以太网电器保护电路通过电信号与所述主控模块连接，用于对主控模块进行电路保护。优选地，所述功率甄别模块包括光功率计算MCU电路、微弱信号处理电路和光电二极管探测电路，所述光电二极管探测电路包括微弱光探测光电二极管和单光子级别探测APD管；所述微弱信号处理电路包括窄带射频功放模块；所述光功率计算MCU电路集成有ADC模块。优选地，所述光电二极管探测电路利用微弱光探测光电二极管将微弱光信号转换为微弱电信号，同时利用单光子级别探测APD管进行单光子级别的光强测量；所述微弱信号处理电路利用射频放大电路把微弱电信号放大为光功率计算MCU电路能够完整采集的模拟信号；所述光功率计算MCU电路利用内部ADC模块以及计数模块进行光功率的强度采集与计算，并通过I2C总线传输至所述主控模块。优选地，所述级联开关模块包括控制接口单元、光开关控制单元、光开关驱动单元以及N×M光开关矩阵单元，所述控制接口单元接收主控模块发出的光开关切换控制指令后通过UART串口将指令发送给光开关控制单元，所述光开光控制单元通过光开关驱动单元控制N×M光开关矩阵单元完成指令所需的管开关切换动作。优选地，所述控制接口单元采用RS232或RS485芯片实现；所述光开关控制单元采用ARM或MCU器件实现；所述光开关驱动单元采用TTL驱动逻辑芯片实现；所述N×M光开关矩阵采用机械式光开关阵列或继电器光开关阵列实现。一种智能量子通信交换方法，应用了上述的一种智能量子通信交换系统，该方法包括以下步骤：S1:数据接收及转换:网络接口模块及主控模块的以太网物理层驱动单元接收系统发送过来的数据，并将接收的数据由TCP/IP协议层的数据格式转换为MAC物理层的数据格式；S2:安全认证及解析:格式转换后的数据被传入到主控模块的ARM处理器电路的安全认证&协议处理单元进行安全认证，安全认证后进行数据分类，最后被解析为具体的控制指令；S3:数据的光-电转换；解析出的控制指令被传输至光模块控制单元，光模块控制单元中的光功率探测单元对接收的光信号进行光-电转换，输出电压信号：同时，功率甄别模块的光电二极管探测电路对光信息进行光功率强度的采集与计算，若采集并探测到的光信号强度在预设的阈值范围内，则认为传输信道满足量子通信条件，跳转到步骤S4，否则，不启动下一步骤；S4:控制指令被下发至级联光开关模块的光开关MCU，通过光开关MCU解析出光信号的输入端口编码、切换前及切换后的输出端口编码、功率大小及插入损耗参数；若解析出的参数符合光开关切换条件，则切换控制指令被输出至M×N光开关矩阵，对应的步进电机行进到预定位置，执行相关动作，光路被改变，完成切换指令，否则，则不执行相关指令；S5：执行结果反馈至主控模块的ARM处理器电路中进行保存。步骤S3中与预设的阈值范围是-80dBm～-110dBm。本专利技术有益的技术效果：本专利技术设置有主控模块，网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块，通过功率甄别模块对光功率进行判断通过网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能量子通信交换系统，其特征在于，包括主控模块，网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块，所述主控模块分别与所述网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块电信号连接，所述功率甄别模块和级联光开关模块通过光信号与所述级联光开关模块连接，其中：/n所述主控模块用于接收外接的密钥管理系统并下发开关切换控制指令；/n所述网络接口模块用于负责TCP/IP协议层数据接收和发送；/n所述功率甄别模块用于负责信道的功率检测与判别，将检测后符合条件的安全的功率信号发送给所述主控模块；/n所述级联光开关模块负责解析主控模块下发的控制指令并完成光路切换操作；/n所述主控模块包括以太网物理层驱动电路、ARM处理器电路、RS485驱动电路、I2C驱动电路和风扇管理电路，其中：/n所述以太网物理层驱动电路采用AR8035芯片作为PHY驱动器，用于实现TCP/IP协议层数据到MAC物理层数据的转换及传输；/n所述ARM处理器电路用于进行以太网软件驱动、安全认证与协议处理、光开关控制、光功率采集以及平台管理操作；/n所述RS485驱动电路用于实现UART串口到RS485总线的电平转换传输；/n所述I2C驱动电路由芯片PCA9532PW实现，采用I2C总线的方式完成IO扩展；/n所述风扇管理电路由芯片MAX31790以及NCP25525组成，用于实现系统风扇的转速调节与监控。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能量子通信交换系统，其特征在于，包括主控模块，网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块，所述主控模块分别与所述网络接口模块，功率甄别模块和级联光开关模块电信号连接，所述功率甄别模块和级联光开关模块通过光信号与所述级联光开关模块连接，其中：
所述主控模块用于接收外接的密钥管理系统并下发开关切换控制指令；
所述网络接口模块用于负责TCP/IP协议层数据接收和发送；
所述功率甄别模块用于负责信道的功率检测与判别，将检测后符合条件的安全的功率信号发送给所述主控模块；
所述级联光开关模块负责解析主控模块下发的控制指令并完成光路切换操作；
所述主控模块包括以太网物理层驱动电路、ARM处理器电路、RS485驱动电路、I2C驱动电路和风扇管理电路，其中：
所述以太网物理层驱动电路采用AR8035芯片作为PHY驱动器，用于实现TCP/IP协议层数据到MAC物理层数据的转换及传输；
所述ARM处理器电路用于进行以太网软件驱动、安全认证与协议处理、光开关控制、光功率采集以及平台管理操作；
所述RS485驱动电路用于实现UART串口到RS485总线的电平转换传输；
所述I2C驱动电路由芯片PCA9532PW实现，采用I2C总线的方式完成IO扩展；
所述风扇管理电路由芯片MAX31790以及NCP25525组成，用于实现系统风扇的转速调节与监控。


2.如权利要求1所述的一种智能量子通信交换系统，其特征在于，所述ARM处理器电路又包括安全认证&协议处理单元、光模块控制单元、光功率采集单元和平台管理单元，其中：
所述安全认证&协议处理单元与光模块控制单元通过电信号互相连接，所述光模块控制单元与光功率采集单元通过电信号互相连接，所述平台管理单元与风扇管理电路连接；
安全认证&协议处理单元用于对系统数据进行安全认证；
所述光模块控制单元用于下发光控制开关切换的控制指令；
所述光功率采集模块用于光功率的强度采集与计算；
所述平台管理单元用于系统风扇的转速调节与监控。


3.如权利要求1所述的一种智能量子通信交换系统，其特征在于，所述网络接口模块包括以太网物理接口模块、以太网信号驱动电路和以太网电器保护电路，
所述以太网物理接口模块通过TX&RX串口与所述以太网信号驱动电路相互连接，所述以太网信号驱动电路通过TX&RX串口和以太网电器保护电路。


4.如权利要求3所述的一种智能量子通信交换系统，其特征在于，所述以太网物理接口模块与外部系统连接用于接收外部系统的数据；
所述以太网信号驱动电路用于实现TCP/IP协议层数据到MAC物理层数据的转换及传输；
所述以太网电器保护电路通过电信号与所述主控模块连接，用于对主控模块进行电路保护。


5.如权利要求1所述的一种智能量子通信交换系统，其特征在于，所述功率甄别模块包括光功率计算MCU电路、微弱信号处理电路和光电二极管探测电路，
所述光电二...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，胡敏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44