本发明专利技术公开了一种网状结构的多级QKD网络系统及通信方法，所述系统包括多个城域网网络，多个城域网网络两两之间通过通信干线连接，每个城域网网络包含多个城域网，任意两个城域网连接的链接上设置有监测器；任意一个城域网包括多个用户端，任意两个用户端通过量子信道连接并设置有监测器；用户端A将通信申请发送至所有的用户端，并获取处于通信状态中的所有城域网所占用的波长范围，选择本地城域网的波长X作为通信波长与用户端B通信；用户端A获取与用户端B的通信链路的监测器数据并选择最佳的传输路径l1将信号传输至用户端B。本发明专利技术对城域网和用户端采取上下级结构，实现了各级结构独立运行或多级结构并行运行，使得密钥生成速率和效率大大提升，提高了量子通信的实际运用性。际运用性。际运用性。
【技术实现步骤摘要】
一种网状结构的多级QKD网络系统及通信方法
[0001]本专利技术涉及量子信息与光通信
，具体涉及一种网状结构的多级QKD网络系统。
技术介绍
[0002]传统密码通信的安全性是基于数学计算上的复杂度，量子密码通信的安全性与传统密码通信不同是基于量子力学的基本原理；数学计算上的复杂度随着计算机日益增强的计算能力逐渐受到威胁，而量子力学的基本原理保证了量子密码通信处于一个绝对安全的状态。量子力学的基本原理，即海森堡测不准原理(Heinsberg's Uncertainty Principle)和量子态不可克隆原理(Quantum No
‑
Cloning Theorem)，使得量子密钥分发的合法通信双方安全的分享密钥，从而进行绝对安全的信息传输。
[0003]目前量子密钥分发技术的主要难点在于如何更好地将量子通信与经典通信融合，即利用现有的经典通信网络来进行量子通信，考虑到现有经典通信已经大规模采用光纤网络，为量子通信创造了一个良好的条件，因为现有的光纤网络也可以保证量子通信的进行，就不用为了量子通信来建立专用的通信网络，大大节省了成本。
[0004]而在如何更好地将量子通信与经典通信融合这个难点上，已经有了多种可行的方案可以实现多种可行的多用户QKD网络结构。从现有的技术方案上来看，大多数的多用户QKD网络结构采用的都是基于环状和总线型的结构，采用的一般都是波分复用技术，但大多数方案中的发送方的激光器采用的都是单波长光源，因此每次只能产生单一波长，且每个用户只能是Alice发送方或者是Bob接收方的其中一个，导致每次通信时都只能实现一对一的通信；上述方案导致了多用户QKD网络中多个用户不能同时工作和多用户QKD网络系统的密钥生成速率和效率非常的低等问题，使得量子通信在现实中缺乏实际可行性。
[0005]因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种网状结构的多级QKD网络系统。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决多用户QKD网络系统的密钥生成速率问题，提出了一种网状结构的多级QKD网络系统。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现的：
[0008]一种网状结构的多级QKD网络系统，所述系统包括多个城域网，多个域域网两两之间通过光纤连接，任意两个域域网连接的链接上设置有监测器；
[0009]任意一个域域网包括多个用户端，任意两个用户端通过量子信道连接，任意一条量子信道链接上设置有监测器；
[0010]所述多个用户端包括第一光路选择器、第二光路选择器、第三光路选择器、测量端、发射端和控制器；
[0011]所述第一光路选择器的第一输入端口通过测量端与第二光路选择器的第一输出端口相连，第二输入端口与第二光路选择器的第二输出端口相连，第三输入端口通过第三
光路选择器与第二光路选择的第三端口相连；所述第三光路选择器与发射端相连后接入控制器的第一端口，所述控制器的第二端口、第三端口分别与第一光路选择器、第二光路选择器连接；
[0012]所述多个用户端用于通过域域网进行互相通信；
[0013]所述监测器用于监测链路的资源占用率和链路通信状态并将资源占用率和链路通信状态反馈给用户端。
[0014]优选地，所述多个用户端包括N个用户端，所述用户端用于作为信号的发送端、传输节点或接收端。
[0015]优选地，当两个通信用户端位于不同的域域网时，
[0016]作为发送端的用户端A将通信申请发送至所有的用户端，并获取处于通信状态中的所有城域网所占用的波长范围，选择本地城域网的波长X，然后将波长X告知其它城域网，并选择波长X作为通信波长与作为接收端的用户端B通信。
[0017]优选地，作为发送端的用户端A获取与作为接收端的用户端B的通信链路的监测器数据，选择最佳的传输路径l1传输信号至作为接收端的用户端B。
[0018]优选地，当两个通信用户端位于同一个域域网通信时，
[0019]作为发送端的用户端C将通信申请发送至同一个域域网内的其他用户端，并获取处于通信状态中的用户端所占用的波长范围，选择通信波长Y作为通信波长与作为接收端的用户端D通信。
[0020]优选地，所述用户端C获取与用户端D的通信链路的监测器数据，然后选择最佳的传输路径l2传输信号至用户端D。
[0021]优选地，当用户端为发送端时，控制器控制第三光路选择器确定发射端的总输出方向，发射端发出的信号选择第一光路选择器模块或者第二光路选择器发出。
[0022]优选地，当用户端为接收端时，控制器控制第一光路选择器或者控制第二光路选择器为第一输入端口接收光信号后传输至测量端进行测量。
[0023]本专利技术的另一目的是提供一种网状结构的多级QKD网络通信方法。
[0024]一种网状结构的多级QKD网络通信方法应用了上述的种网状结构的多级QKD网络系统，该方法包括以下步骤：
[0025]S1：系统初始化：控制器检查通信网络的状况，检查用户端硬件设施，查看设备运转状态，设定初始条件；
[0026]S2：发出通信申请：任意一个作为发送方的用户端A发出通信申请，通信申请中包括作为接收方的用户端B信息；
[0027]S3：确定接收方网络位置判断：确定用户端B在城域网网络中的网络位置；
[0028]S4：建立通信基础：根据所述用户端B的网络位置建立发送方用户端A和接收方用户端B通信基础，确定二者通信波长范围；
[0029]S5：获取监测器数据：发送方用户端A申请获取多级结构链路上分布的监测器所建立的链路通信状况数据；
[0030]S6：寻找最优链路：发送方用户端A根据监测器数据选择最优的通信链路；
[0031]S7：进行通信：发送方用户端A将量子信号通过最优链路传输给接收方用户端B；
[0032]S8：通信结束：根据最优路线完成通信。
[0033]具体地，步骤S3中确定用户端B在城域网网络中的网络位置的步骤如下：
[0034]S3
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1：判断用户端B与用户端A是否在一个城域网网络内，
[0035]若用户端B与用户端A在同一个城域网内，则作为发送方的用户端A将通信申请发送至所有的用户端，并获取处于通信状态中的所有城域网所占用的波长范围，选择还未占用的波长X，然后将波长X告知其它城域网，并选择波长X作为通信波长与作为接收方的用户端B通信；
[0036]同时，用户端A在同一个城域网直接将通信申请发送给用户端B；
[0037]若用户端B与用户端A不在同一个城域网内：将通信申请上传到最高级别的城域网网络中，再通过城域网网络之间的通信干线，将通信申请传输到接收方用户端B所在的城域网网络，再下发给接收方用户端B；
[0038]同时作为发送方的用户端C将通信申请发送至同一个城域网内的其他用户端，并获取处于通信状态中的其他用户端所占用的波长范围，选择还未占用的通信波长Y作为通信波长与本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种网状结构的多级QKD网络系统，其特征在于，所述系统包括多个城域网，多个域域网两两之间通过光纤连接，任意两个域域网连接的链接上设置有监测器；任意一个域域网包括多个用户端，任意两个用户端通过量子信道连接，任意一条量子信道链接上设置有监测器；所述多个用户端包括第一光路选择器、第二光路选择器、第三光路选择器、测量端、发射端和控制器；所述第一光路选择器的第一输入端口通过测量端与第二光路选择器的第一输出端口相连，第二输入端口与第二光路选择器的第二输出端口相连，第三输入端口通过第三光路选择器与第二光路选择的第三端口相连；所述第三光路选择器与发射端相连后接入控制器的第一端口，所述控制器的第二端口、第三端口分别与第一光路选择器、第二光路选择器连接；所述多个用户端用于通过域域网进行互相通信；所述监测器用于监测链路的资源占用率和链路通信状态并将资源占用率和链路通信状态反馈给用户端。2.根据权利要求1所述的一种网状结构的多级QKD网络系统，其特征在于，所述多个用户端包括N个用户端，所述用户端用于作为信号的发送端、传输节点或接收端。3.根据权利要求2所述的一种网状结构的多级QKD网络系统，其特征在于，当两个通信用户端位于不同的域域网时，作为发送端的用户端A将通信申请发送至所有的用户端，并获取处于通信状态中的所有城域网所占用的波长范围，选择本地城域网的波长X，然后将波长X告知其它城域网，并选择波长X作为通信波长与作为接收端的用户端B通信。4.根据权利要求3所述的一种网状结构的多级QKD网络系统，其特征在于，作为发送端的用户端A获取与作为接收端的用户端B的通信链路的监测器数据，选择最佳的传输路径l1传输信号至作为接收端的用户端B。5.根据权利要求2所述的一种网状结构的多级QKD网络系统，其特征在于，当两个通信用户端位于同一个域域网通信时，作为发送端的用户端C将通信申请发送至同一个域域网内的其他用户端，并获取处于通信状态中的用户端所占用的波长范围，选择通信波长Y作为通信波长与作为接收端的用户端D通信。6.根据权利要求5所述的一种网状结构的多级QKD网络系统，其特征在于，所述用户端C获取与用户端D的通信链路的监测器数据，然后选择最佳的传输路径l2传输信号至用户端D。7.根据权利要求2所述的一种网状结构的多级QKD网络系统，其特征在于，当用户端为发送端时，控制器控制第三光路选择器确定发...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，彭贺扬，谢欢文，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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