一种基于XPON的通信系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于XPON的通信系统，其包括一光线路终端、一光分发网络、至少一光网络单元，其特征在于，所述光线路终端，对接收到的以太网数据进行信号转换，对光信号进行功率控制和加密，经由光分发网络传输到各个光网络单元，所述光网络单元对接收到的信号进行解密、功率控制和均衡检测后传输到各终端用户设备，所述光线路终端和光网络单元需各自存储相同的初始密钥k_known；其中，所述光信号中传输的一种消息帧格式，包括信息的配对信息、信息部分data1即选取需传递信息的奇数位、信息加密和解密密钥key、差错校验码CRC验证；另一种消息帧格式，包括信息的配对信息、信息部分data2即选取需传递信息的偶数位、信息加密和解密密钥key、差错校验码CRC验证；所述光线路终端包括一控制模块、一加密模块和一功率控制模块，所述光网络单元包括一控制模块、一解密模块和一矫正模块，其中，所述加密模块产生一随机密钥key并使用随机密钥key对消息帧中data1或data2即信息部分加密，信息部分加密完成后，使用加密模块内的与解密模块存储一致的初始密钥k_known对密钥key进行加密；所述功率控制模块，将光信号转换为电流信号或电压信号，根据设定阈值判断光功率是否过载并存储光功率值，若功率过载并持续时间间隔T，向光线路终端的控制模块输出反馈信号，调整输出功率，调整功率后传输光信号；若电流信号或电压信号没有达到设定阈值或瞬时达到阈值，则继续传输光信号；所述解密模块，对信息进行CRC校验和配对信息验证，若接收到的一对消息帧，有任何一个CRC校验结果错误，则丢弃两个消息帧并向光线路终端发送请求，等待光线路终端重传；若校验结果正确，则对消息帧进行配对验证，成功后首先使用光网络单元存储的初始密钥k_known对密钥key解密，再用密钥key对两个存放data1、data2的消息帧分别解密，得到解密信息后光网络单元的控制模块将解密信息发送至矫正模块；所述矫正模块，将光信号转换为电流信号或电压信号，根据设定阈值判断光功率是否过载并存储光功率值，若功率过载并持续时间间隔T，向光网络单元的控制模块输出反馈信号，调整输出功率，调整功率后传输光信号；若电流信号或电压信号没有达到设定阈值或瞬时达到阈值，则将光信号传输到均衡模块，所述均衡模块包括一光电转换模块、一滤波模块、一放大模块、一判决模块和一电光转换器，其中所述光电转换模块将接收到的光信号转化成电信号，电信号经所述滤波模块滤去干扰信号，经所述放大模块将信号放大至需要的强度，所述判决模块对信号进行均衡，根据判决公式对电信号进行判决，信号经判决矫正恢复后，经所述电光转换器将恢复信号转换为光信号继续传输；判决公式：上述公式中uk为在光线路终端输入信号序列Xk的均值，yk为在光网络单元判决模块接收到的序列，σ2为噪声的方差，则恢复出的最有可能序列可由上述公式计算得出。2.根据权利要求1所述的基于XPON的通信系统，其特征在于所述加密模块包括一密钥产生模块、一管理模块和一变换模块，其中，所述密钥产生模块产生一随机密钥key并存储在加密模块的管理模块中；所述变换模块，使用随机产生的密钥key对消息帧中data1或data2即信息部分进行加密；所述变换模块，对消息帧中data1或data2即信息部分和密钥key分别进行移位变换，对移位变换后的消息部分和密钥部分进行乘积变换，并对乘积变换结果进行移位变换，得到加密后的消息帧中data1或data2即信息部分存储在加密模块的管理模块中；所述变换模块，使用加密模块的管理模块存储的初始密钥k_known对密钥key进行加密；所述变换模块，对加密模块的管理模块存储的初始密钥k_known和密钥key分别进行移位变换，对移位变换后的加密模块的管理模块存储的初始密钥k_known和密钥key进行乘积变换，并对乘积变换结果进行移位变换，得到加密后的初始密钥k_known和密钥key存储在加密模块的管理模块中。3.根据权利要求2所述的基于XPON的通信系统，其特征在于，所述解密模块包括一验证模块、一管理模块和一逆变换模块，其中，验证模块对信息进行CRC校验和配对信息验证，如果接收到的消息帧，有一个CRC校验结果错误，则丢弃两个消息帧，解密模块的管理模块向光线路终端发送请求，等待光线路终端重传；若校验结果正确，则对消息帧进行配对验证，选取配对信息一致的一对消息帧传递到逆变换模块中进行解密；所述逆变换模块，使用所述解密模块的管理模块存储的初始密钥k_known对密钥key解密；所述逆变换模块，对消息帧中密钥key和解密模块的管理模块存储的初始密钥k_known进行反移位变换，对反移位变换后的消息帧中密钥key和解密模块的管理模块存储的初始密钥k_known进行逆乘积变换，对逆乘积变换结果进行反移位变换，逆变换模块得到解密后的密钥key；所述逆变换模块，使用密钥key对消息帧中data1或data2即信息部分解密；所述逆变换模块，对消息帧中密钥key和消息帧中的data1、data2分别进行反移位变换，对反移位变换后的消息帧中密钥key和消息帧中的data1、data2进行逆乘积变换，对逆乘积变换结果进行反移位变换，逆变换模块得到解密后信息，将解密后信息发送给光网络单元的控制模块。4.一种基于XPON的通信方法，基于上述权利要求3的基于XPON的通信系统实现，其特征在于，其包括以下步骤：步骤a，所述光线路终端接收到网络信号，光线路终端的控制模块将所述网络信号转化成相应的光信号，传输给功率控制模块；步骤b，所述功率控制模块将判断光信号功率是否超过设定阈值，并根据结果进行功率控制；步骤c，所述光线路终端的控制模块将功率调整后信号传输给加密模块对消息帧中data1或data2即信息部分和密钥key进行加密；步骤d，所述加密模块将加密后信号传送给所述光线路终端的控制模块，所述光线路终端的控制模块经由光分发网络发送，传送到各个光网络单元；步骤e，所述光网络单元中的控制模块将信号传送给解密模块，对信号解密；步骤f，所述光网络单元中的控制模块将解密后信号传送到矫正模块，对信号进行功率控制和失真矫正；步骤g，操作结束。5.根据权利要求4所述的一种基于XPON的通信方法，其特征在于，所述步骤b中的功率控制过程为：步骤b1，所述功率控制模块中的分光器将光信号分别传输给功率控制模块中的转换单元和功率控制模块中的开关单元；步骤b2，所述功率控制模块中的转换单元将光信号转换为电流信号或电压信号；步骤b3，所述功率控制模块中的转换单元根据设定阈值判断光功率是否过载并存储光功率值；若所述功率控制模块中的转换单元判断结果为功率不过载，则执行步骤b5；若所述功率控制模块中的转换单元判断结果为功率过载，则时间间隔T后，对光功率第二次采样判断，若第二次判断过载，则执行步骤b4，若第二次判断不过载则执行步骤b5；步骤b4，所述功率控制模块中的转换单元向光线路终端的控制模块发送控制信号，所述功率控制模块中的开关单元暂时断开；步骤b5，所述光线路终端的控制模块调整输出功率，使输出功率小于设定阈值，所述功率控制模块中的开关单元闭合，光信号继续传输；步骤b6，操作结束。6.根据权利要求4所述的一种基于XPON的通信方法，其特征在于，所述步骤c中的对消息帧中data1或data2即信息部分和密钥key加密过程为：步骤c1，所述密钥产生模块随机产生密钥key；步骤c2，所述变换模块，对消息帧中data1或data2即信息部分和消息帧中密钥key进行移位变换；步骤c3，所述变换模块，对移位变换后的消息部分和密钥key进行乘积变换；步骤c4，所述变换模块对乘积变换结果进行移位变换，得到加密后的信息；步骤c5，所述变换模块，对消息帧中密钥key和加密模块的管理模块存储的初始密钥k_known进行移位变换；步骤c6，所述变换模块，对移位变换后的消息帧中密钥key和加密模块的管理模块存储的初始密钥k_known进行乘积变换；步骤c7，所述变换模块，对乘积变换结果进行移位变换，得到加密后的密钥key；步骤c8，所述变换模块向加密模块的管理模块输出加密后的信息和密钥key；步骤c9，操作结束。7.根据权利要求4所述的一种基于XPON的通信方法，其特征在于，所述步骤e中的解密过程为：步骤e1，所述验证模块对接收到的消息帧进行CRC校验；步骤e2，所述验证模块判断任何一个消息帧CRC校验结果是否有错误；若CRC校验结果有错误则执行步骤e3；CRC校验结果没有错误则执行步骤e4；步骤e3，丢弃一对消息帧，解密模块的管理模块向光线路终端发送请求，等待光线路终端重传消息帧；步骤e4，对所述消息帧进行配对验证，选取配对信息一致的一对消息帧传递到逆变换模块中解码；步骤e5，所述逆变换模块使用解密模块的管理模块存储的初始密钥k_known对密钥key解密，得到密钥key后，用密钥key对两个存放data1、data2的消息帧分别解密；步骤e6，所述逆变换模块得到解密后信息，将解密后信息发送给光网络单元的控制模块；步骤e7，操作结束。8.根据权利要求7所述的一种基于XPON的通信方法，其特征在于，所述步骤e5中的解密过程为：步骤e51，所述逆变换模块，对消息帧中密钥key和解密模块的管理模块存储的初始密钥k_known进行反移位变换；步骤e52，所述逆变换模块，对反移位变换后的消息帧中密钥key和解密模块的管理模块存储的初始密钥k_known进行逆乘积变换；步骤e53，所述逆变换模块，对逆乘积变换结果进行反移位变换，得到密钥key；步骤e54，所述逆变换模块，对消息帧中密钥key和消息帧中data1或data2即信息部分进行反移位变换；步骤e55，所述逆变换模块，对反移位变换后的消息帧中密钥key和消息帧中data1或data2即信息部分进行逆乘积变换；步骤e56，所述逆变换模块，对逆乘积变换结果进行反移位变换。9.根据权利要求4所述的一种基于XPON的通信方法，其特征在于，所述步骤f中矫正模块的失真矫正过程为：步骤f1，所述光电转换模块将接收到的光信号转化成电信号；步骤f2，电信号经过所述滤波模块滤去干扰信号；步骤f3，滤波后信号经过所述放大模块将信号放大至需要的强度；步骤f4，所述判决模块对信号均衡，根据判决公式对电信号进行判决；判决公式：上述公式中uk为在光线路终端输入信号序列xk的均值，yk为在光网络单元判决模块接收到的序列，σ2为噪声的方差，则恢复出的最有可能序列可由上述公式计算得出；步骤f5，判决后的电信号，经过所述电光转换器将恢复出的信号转换为光信号继续传输；步骤f6，操作结束。