一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法技术

本发明专利技术涉及一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，包括：将Chua’s电路模型作为第一混沌模型，用于基于星座旋转的一级掩蔽因子的生成；将Logistic模型作为第二混沌模型，用于基于星座伸缩的二级掩蔽因子的生成；将两级掩蔽因子应用于三维CAP加密调制；三维CAP解密解调。本发明专利技术将两种混沌模型相联合，分别实现星座旋转与幅度变换上的多混沌联合加密，能够更加有效提升光接入系统安全性能。同时，本发明专利技术中星座掩蔽是在三维空间上进行三维星座加密，与二维星座相比，维度的提升使得加密变换更加灵活，对星座加密后的物理层安全性能提升更大，而且三维星座点间欧氏距离更大，系统误码率性能也更好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法。
技术介绍
随着宽带服务需求的迅速增加，无源光网络(PON)由于其具有的更低能量损耗、更高数据传输速率、更广的覆盖等优势，被考虑为一种有效的、不会过时的未来网络架构，吸引了很多的关注。与此同时，无载波幅度相位调制(CAP)可以基于信号脉冲成型和匹配滤波实现正交复用，且不需要昂贵的射频源和混频器。将多维CAP应用在PON系统中，可以增强PON系统灵活度，支撑高速PON系统中更多潜在用户。这些实际的优势使得CAP技术在低成本高速PON系统中具有越来越大的吸引力。但是，由于PON系统的广播机制将下行信号传送到不同的光网络单元(ONU)，这使得下行信号很容易被非法用户窃听，CAP-PON系统的安全性是个特别需要注意的问题。在上层和物理层均有许多安全通信的方法被提出，而由于物理层可以通过便捷的数字信号处理技术对高速传输数据进行电域上更底层的加密，能从根本上保护数据免受恶意攻击，因此在物理层对PON系统的安全加密是最有效的。其中，混沌加密具有遍历性、伪随机性、对初值和控制参数敏感性等特点，使其成为物理层加密的一个重要手段。目前已经有许多基于混沌对PON系统中的星座映射过程进行加密的研究，比如星座掩蔽、混沌星座变换、混沌主动星座拓展、类噪声星座映射等，他们通过对星座点的旋转、位置对换、或者随机移动等操作，进行星座加密，从而实现物理层加密的目的。但是，目前对星座映射过程进行加密的研究中，绝大多数都集中在二维星座上，安全性不高，系统误码率性能欠佳。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提出一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，提升星座掩蔽的加密性能，同时改善通信传输系统的误码率性能。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，包括如下步骤：a、将Chua’s电路模型作为第一混沌模型，用于基于星座旋转的一级掩蔽因子的生成；b、将Logistic模型作为第二混沌模型，用于基于星座伸缩的二级掩蔽因子的生成；c、将两级掩蔽因子应用于三维CAP加密调制；d、三维CAP解密解调。进一步地，步骤a中，Chua’s电路模型的表达式为：公式(1)中，参数o、p、q均为变量，取值范围o∈(-3,3)，p∈(-1,1)，q∈(-5,5)；t表示步长，取值为大于零的整数；a、b、c、d均为常数；建立O-XYZ空间直角坐标系，用于表示星座点的位置；通过Chua’s电路模型生成O、P、Q三个混沌序列，利用三个混沌序列的小数部分产生一级掩蔽因子，将一级掩蔽因子作为星座点依次绕X轴逆时针旋转角度ρi1，绕Y轴逆时针旋转角度ρi2，绕Z轴逆时针旋转角度ρi3，得到范围在(0，360)内的三组旋转角度，具体的规则为：公式(2)中，o、p、q为公式(1)中的变量，mod表示求余运算，floor表示对小数向下取整。进一步地，常数a、b、c、d分别设定为10、14.87、-1.27、-0.65；变量o、p、q的初始值oo,po,qo设定为0.2,-0.1,0.2。进一步地，步骤b中，Logistic模型的表达式为：ln+1＝μln(1-ln),l∈(0,1)(3)公式(3)中，μ为分岔参数，取值范围4≥μ＞3.569945672；初始值l0的取值范围为(0，1)；ln表示公式(3)迭代n次后得到的值；利用l的小数部分进行基于星座伸缩的二级掩蔽因子的生成，并将二级掩蔽因子作为星座点伸缩比例因子ωi，具体的规则为：ωi＝floor(mod(l·107,100))/100×2+1(4)。进一步地，μ取值为3.95。进一步地，步骤c包括：c-1、串并变换，将原始的一路串行的‘0’‘1’比特序列转换成四路并行的‘0’‘1’比特序列，得到行数为4的比特数据矩阵；c-2、星座映射，将比特数据矩阵每一列的4个比特作为1组，将‘0’‘1’比特数据按照设定规则映射为星座点的符号信息，每个符号携带三部分信息，分别为三维星座中星座点在三个维度上的坐标；映射后得到三维星座图；c-3、将三维星座图中的星座点依次绕X轴逆时针旋转角度ρi1，绕Y轴逆时针旋转角度ρi2，绕Z轴逆时针旋转角度ρi3，通过三次逆时针旋转实现基于星座旋转的一级星座掩蔽；假定三维星座图中的某星座点Ci＝(Ci1,Ci2,Ci3)T，星座点Ci＝(Ci1,Ci2,Ci3)T经过三次逆时针旋转后依次得到星座点坐标C′i、C″i和C″′i；c-4、根据伸缩因子ωi进行星座伸缩，实现基于星座伸缩的二级星座掩蔽，星座点坐标C″′i变为：c-5、对经过两级球形星座掩蔽后的数据后面紧接着加入一串标准星座点符号作为训练序列，以便于在接收端基于训练序列对信道本身产生的星座旋转与伸缩影响进行消除；c-6、对星座映射输出的符号信息进行M倍上采样，实现信号在频谱上的M倍周期延拓，得到上采样后的符号信息；c-7、通过三个相互正交的FIR滤波器分别对上采样后的符号信息的三部分信息进行成型滤波；c-8、三路并行信号相加和，完成整个基于两级球形星座掩蔽的加密调制，得到相应的调制信号。进一步地，步骤d包括：接收到的调制信号依次经过匹配滤波、下采样、基于训练序列的星座纠正、基于星座伸缩的一级解掩蔽和基于星座旋转的二级解掩蔽，便得到解密后的星座图；再经过星座解映射、并串变换后，恢复得到原始的一路串行‘0’‘1’比特序列。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过基于Chua’s电路模型生成一级掩蔽因子，实现星座的旋转加密，基于Logistic模型生成二级掩蔽因子，实现星座的伸缩加密。将两种混沌模型相联合，分别实现星座旋转与幅度变换上的多混沌联合加密，能够更加有效提升光接入系统安全性能。同时，本专利技术中星座掩蔽是在三维空间上进行三维星座加密，与二维星座相比，维度的提升使得加密变换更加灵活，对星座加密后的物理层安全性能提升更大，而且三维星座点间欧氏距离更大，系统误码率性能也更好。附图说明图1为本专利技术的基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法流程框图；图2为Chua’s电路模型相位图；图3为Logistic模型分岔图；图4为16点三维星座图；图5为经过基于星座旋转的一级掩蔽后的星座图；图6为经过基于星座伸缩的二级掩蔽后的星座图；图7为经过正确解密后的星座图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术的基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法作进一步地详细说明。如图1所示，一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，包括如下步骤：a、将Chua’s电路模型作为第一混沌模型，用于基于星座旋转的一级掩蔽因子的生成；具体地，步骤a中，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，其特征在于，包括如下步骤：/na、将Chua’s电路模型作为第一混沌模型，用于基于星座旋转的一级掩蔽因子的生成；/nb、将Logistic模型作为第二混沌模型，用于基于星座伸缩的二级掩蔽因子的生成；/nc、将两级掩蔽因子应用于三维CAP加密调制；/nd、三维CAP解密解调。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将Chua’s电路模型作为第一混沌模型，用于基于星座旋转的一级掩蔽因子的生成；
b、将Logistic模型作为第二混沌模型，用于基于星座伸缩的二级掩蔽因子的生成；
c、将两级掩蔽因子应用于三维CAP加密调制；
d、三维CAP解密解调。


2.根据权利要求1所述的基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，其特征在于，步骤a中，Chua’s电路模型的表达式为：



公式(1)中，参数o、p、q均为变量，取值范围o∈(-3,3)，p∈(-1,1)，q∈(-5,5)；t表示步长，取值为大于零的整数；a、b、c、d均为常数；
建立O-XYZ空间直角坐标系，用于表示星座点的位置；通过Chua’s电路模型生成O、P、Q三个混沌序列，利用三个混沌序列的小数部分产生一级掩蔽因子，将一级掩蔽因子作为星座点依次绕X轴逆时针旋转角度ρi1，绕Y轴逆时针旋转角度ρi2，绕Z轴逆时针旋转角度ρi3，得到范围在(0，360)内的三组旋转角度，具体的规则为：



公式(2)中，o、p、q为公式(1)中的变量，mod表示求余运算，floor表示对小数向下取整。


3.根据权利要求2所述的基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，其特征在于，常数a、b、c、d分别设定为10、14.87、-1.27、-0.65；变量o、p、q的初始值oo,po,qo设定为0.2,-0.1,0.2。


4.根据权利要求2或3所述的基于两级球形星座掩蔽的安全光接入方法，其特征在于，步骤b中，Logistic模型的表达式为：
ln+1＝μln(1-ln),l∈(0,1)(3)
公式(3)中，μ为分岔参数，取值范围4≥μ＞3.569945672；初始值l0的取值范围为(0，1)；ln表示公式(3)迭代n次后得到的值；
利用l的小数部分进行基于星座伸缩的二级掩蔽因子的生成，并将二级掩蔽因子作为星座点伸缩比例因子ωi，具体的规则为：
ωi＝floor(mod(l·107,100))/100×2+1(4)。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，忻向军，任建新，毛雅亚，王瑞春，沈磊，李良川，周锐，王光全，吴泳锋，孙婷婷，赵立龙，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32