一种光纤衰减值的测量方法及装置与流程

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种光纤衰减值的测量方法及装置。

背景技术：

量子保密通信作为一种新兴的安全性得到严格证明的保密通信技术，在金融、政务、电力、能源等诸多领域拥有广阔的应用场景。量子密钥分发(quantumkeydistribution，qkd)技术是目前发展较成熟、应用最广泛、产业化水平最高的量子保密通信技术。

由于量子通信对安全性的特殊需求，需要对量子通信网络中所使用的光纤光衰进行检测，防止因线路劣化而影响量子通信的业务性能。现有技术中，量子通信需要使用两根光纤分别传输量子信号。测量量子信号所使用的额外专用光纤衰减时，需中断业务，通过人为操作光时域反射仪(opticaltime-domainreflectometer，otdr)进行离线测量，因此运维麻烦，无法进行长期监测；而且测量时需拆掉量子通信设备，由于多次频繁插拔会影响接头衰耗，对量子通信设备的光学器件影响大，因此对系统性能产生影响。

技术实现要素：

本申请的实施例提供一种光纤衰减值的测量方法及装置，用于长期有效在线监测光纤的衰减值并在测量时降低对量子通信系统性能的影响。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种光纤衰减值的测量方法，应用于量子通信系统，所述通信系统包括发送端和接收端，所述发送端和所述接收端通过光纤连接，该方法包括：

获取第一码率及第二码率，其中，所述第一码率为所述发送端通过所述光纤发送光信号时，所述接收端接收到的光子计数率；所述第二码率为所述发送端停止发送光信号时，所述接收端接收到的光子计数率，所述第一码率大于所述第二码率；

获取所述发送端发送光信号的频率，并获取所述接收端的损耗参数；

根据所述第一码率、所述第二码率、所述发送端发送光信号的频率及所述接收端的损耗参数计算所述光纤的衰减值。

第二方面，提供了一种光纤衰减值的测量装置，应用于量子通信系统，所述通信系统包括发送端和接收端，所述发送端和所述接收端通过光纤连接，所述装置包括：

获取单元，用于获取第一码率及第二码率，其中，所述第一码率为所述发送端通过所述光纤发送光信号时，所述接收端接收到的光子计数率；所述第二码率为所述发送端停止发送光信号时，所述接收端接收到的光子计数率，所述第一码率大于所述第二码率；

所述获取单元，还用于获取所述发送端发送光信号的频率，并获取所述接收端的损耗参数；

计算单元，用于根据所述第一码率、所述第二码率、所述发送端发送光信号的频率及所述接收端的损耗参数计算所述光纤的衰减值。

第三方面，提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被计算机执行时使所述计算机执行如第一方面所述的光纤衰减值的测量方法。

第四方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面所述的光纤衰减值的测量方法。

第五方面，提供一种光纤衰减值的测量装置，包括：处理器和存储器，存储器用于存储程序，处理器调用存储器存储的程序，以执行上述第一方面所述的光纤衰减值的测量方法。

本申请的实施例提供的光纤衰减值的测量方法及装置，根据通信系统的发送端发送光信号的第一码率、发送端停止发送光信号的第二码率、发送端发送光信号的频率及量子通信系统接收端的损耗参数计算光纤的衰减值，可以有效的在线监测光纤的衰减值，不需要操作人员使用仪器多次测量，从而避免了频繁拆卸量子通信设备，因此不会对影响通信系统的性能。

附图说明

图1为本申请的实施例提供的一种量子通信系统的结构示意图；

图2为本申请的实施例提供的一种光纤衰减值的测量方法流程示意图一；

图3为本申请的实施例提供的一种光纤衰减值的测量方法流程示意图二；

图4为本申请的实施例提供的一种光纤衰减值的测量装置结构示意图一；

图5为本申请的实施例提供的一种光纤衰减值的测量装置结构示意图二；

图6为本申请的实施例提供的一种光纤衰减值的测量装置结构示意图三。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

参照图1中所示，图1为本申请实施例应用的一种量子通信系统结构示意图，该量子通信系统包括发送端100、接收端200，发送端100和接收端200通过光纤300连接，发送端100用于发送光信号，其中当量子通信系统为工作模式时，光信号中的光子需要进行偏振或相位的编码；当量子通信系统为无业务模式时，光信号中光子无需进行偏振或相位的编码，因此可进一步节省功耗等成本。接收端200用于接收光信号，接收端200还可以包括多个探测器，用于探测光信号，即当发送端200发送光信号后，接收端200通过探测器探测光信号的光子数。

需要说明的，本申请实施例提供的技术方案可以应用于各种通信系统，例如，量子通信系统、采用第五代(5thgeneration，5g)通信技术的nr通信系统等等。当应用于量子通信系统时，特别应用于基于端到端的量子通信。可知的，未来量子通信必然会发展成为量子通信网络，即接收端接收到的光信号可能来自于不同的路由及光纤。鉴于量子中继在短期内无法实现，未来较长一段时间内的量子通信中继还是基于可信中继，即每个节点是重新发射量子光信号。因此本接收端300接收到的光子是来自上个节点所发。通过本申请实施例提供的测量方法及装置计算出的光纤衰减值为接收端300到上个节点的光纤衰减，而不是整个端到端的总衰减。

针对来自不同路由的情况，在网络每个节点均根据本申请实施例提供的方法及装置进行测量，还可以设置一个路由表，记录量子光信号来自哪条光纤，以及此条光纤上次计算的衰减值。通过每次计算每条光纤的衰减值，并更新路由表中对应光纤的衰减并进行监控，即可监测整个量子通信网络的光纤衰减变化情况。

实施例1、

参照图2中所示，图2为本申请实施例提供的一种光纤衰减值的测量方法，该方法可以应用于如图1中所述的量子通信系统，该量子通信系统可以包括发送端100和接收端200，其中，发送端100和接收端200通光纤300连接，该方法可以包括s101-s103：

s101、获取第一码率及第二码率。

其中，第一码率为发送端100通过光纤300发送光信号时，接收端200接收到的光子计数率；第二码率为发送端100停止发送光信号时，接收端200接收到的光子计数率，第一码率大于第二码率。

具体的，当量子通信系统工作时，通过光纤传送的光信号中包括携带信息的有效信号，还包括外界干扰产生的干扰信号。当发送端100通过光纤300发送光信号时，通过探测接收端200接收到的光子数，可以计算得到接收端200接收的光子计数率，即量子通信系统的初始码率；当发送端100停止发送光信号时，由于存在干扰信号，因此接收端200还可以接收到一定的光子，因此可以计算得到接收端200的光子计数率，即第二码率。

s102、获取发送端100发送光信号的频率，并获取接收端200的损耗参数。

其中，量子通信系统的发送端100发送光信号的频率为已知参数，可以通过设备直接获得，接收端200的损耗可以包括接收端200内部光路损耗及探测器效率。接收端200的损耗参数一种获得方式可以为通过设备参数直接获取。另一获得方式可以为通过测量进行校准，过程可以为：通过otdr测量光纤的衰减值；根据公式一进行校准。

其中，公式一可以为：qμ为接收端200探测器探测到光信号的概率，b'raw为第二码率，ν为发送端100发送光信号的频率，αl为通过otdr测量的光纤衰减值，ηb为接收端200的损耗参数，μ为光信号的平均光子数。

需要说明的，技术人员通过otdr测量光纤衰减值，可以为当通信系统搭建完成后进行测量，测量结果可以用于接收端200的损耗参数的校准，不需要经常性测量，因此不会对通信系统的产生较大影响。

s103、根据第一码率、第二码率、发送端发送光信号的频率及接收端的损耗参数计算光纤的衰减值。

可选的，可以通过公式二计算光纤的衰减值。

公式二可以为：其中，s为光纤的衰减值，μ为发送端100通过光纤300发送的光信号的平均光子数，ηb为接收端200的损耗参数，ν为发送端100发送光信号的频率，b'raw为第二码率，braw为第一码率。

可选的，该方法还可以包括：当量子通信系统的网络为无业务时，控制发送端按预设时间间隔发送光信号。

需要说明的，当在量子通信系统无业务时，为了保证对光纤信道衰减值的监测，可以设定一个可调整的间隙周期，控制发射端仍按平均光子数μ发射光信号。由于本申请实施例提供的测量方法只需要计数光信号中光子的个数而不需要控制光子具体携带的信息，所以可以控制发送端100发射光子，且无需对光子进行偏振或相位的编码，因此可降低功耗。

可选的，参照图3中所示，该方法还可以包括s201-s202：

s201、储存光纤衰减值的多个测量结果；

通过使用本申请实施例提供的光纤测量的方法对光纤衰减值进行自动监测时，可以保存上次或一段时间内的光纤衰减值。

s202、如果多个测量结果中存在两次测量结果的差值大于预设阈值时，则上报测量结果并告警。

可以人为设置一个阈值，如果本次光纤衰减值与之前衰减值差别超过此阈值，可上报相关告警；还可以重新进行初始化相关参数，再次进行光纤衰减值的计算与比较。

需要说明的，测量结果差值的阈值可以根据不同业务或者不同场景来进行设置。对于安全性要求较高的业务，可以设置较小的阈值，从而可以较为敏感的检测光纤衰减变化；对于安全性要求一般的业务，则可以设置较高阈值，从而减小对光纤维护的频率，节省运维成本。

本申请实施例提供的光纤衰减值的测量方法，应用于量子通信系统时当qkd系统无业务时长达到此间隔时间后，装置进入闲时模式。此时可以控制发射端100按照预设时间间隔发射光信号，该预设时间间隔可以通过人为调整，以便适合不同的场景。当有实际业务需求时，可以随时中断闲时模式返回正常工作模式。

本申请实施例提供的光纤测量方法，根据量子通信系统的发送端发送光信号时接收端的第一码率、发送端停止发送光信号时接收端的第二码率、发送端发送光信号的频率及量子通信系统接收端的损耗参数计算光纤的衰减值，同时可以根据量子通信系统的不同的工作模式进行测量，从而可以在线监测量子通信系统的光纤的衰减值，不需要操作人员多次使用仪器测量，从而减少了因频繁拆卸量子通信设备对量子通信系统的性能造成的影响。

实施例2、

参照图4中所示，本申请实施例提供了一种光纤衰减值的测量装置，应用于如图1所示的量子通信装置，该装置400可以包括：

获取单元410，用于获取第一码率及第二码率，其中，第一码率为所述发送端通过所述光纤发送光信号时，接收端接收到的光子计数率；第二码率为发送端停止发送光信号时，接收端接收到的光子计数率，第一码率大于第二码率；

获取单元410，还用于获取发送端发送光信号的频率，并获取接收端的损耗参数；

计算单元，用于根据第一码率、第二码率、发送端发送光信号的频率及所述接收端的损耗参数计算光纤的衰减值。

可选的，计算单元具体可以用于：

根据公式计算s，其中，s为光纤的衰减值，μ为发送端通过光纤发送的光信号的平均光子数，ηb为接收端的损耗参数，ν为发送端发送光信号的频率，b'raw为第二码率，braw为第一码率。

可选的，参照图5中所示，该装置400还可以包括：

控制单元510，用于当量子通信的网络为无业务时，控制发送端按预设时间间隔发送光信号。

可选的，参照图6中所示，该装置400还可以包括：

储存单元610，用于储存光纤衰减值的多个测量结果。

上报单元620，用于如果多个测量结果中存在两次测量结果的差值大于预设阈值时，则上报测量结果并告警。

本发明实施例提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当被计算机执行时使所述计算机执行如图2-3中所述的光纤光衰值的测量方法。

本发明的实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行如图2-图3中所述的光纤光衰值的测量方法。

本发明的实施例提供一种光纤光衰值的测量装置，包括：处理器和存储器，存储器用于存储程序，处理器调用存储器存储的程序，以执行如图2-图3中所述的光纤光衰值的测量方法。

由于本发明的实施例中的光纤光衰值的测量装置、计算机可读存储介质、计算机程序产品可以应用于上述方法，因此，其所能获得的技术效果也可参考上述方法实施例，本发明实施例在此不再赘述。

需要说明的是，上述各单元可以为单独设立的处理器，也可以集成在控制器的某一个处理器中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于控制器的存储器中，由控制器的某一个处理器调用并执行以上各单元的功能。这里所述的处理器可以是一个中央处理器(centralprocessingunit，cpu)，或者是特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digitalsubscriberline，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solidstatedisk，ssd))等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。