光网络交换节点设备、液冷机、通信方法和系统与流程

本公开涉及网络技术与安全领域，特别涉及一种光网络交换节点设备、液冷机、通信方法和系统。

背景技术：

1、随着云计算、大数据、5g移动通信的发展，研究高速大容量的通信网络已成为互联网发展的重要任务。对光网络交换节点结构的设计关乎着整个通信网络的规划和部署，对多层光网络交换节点的研究有助于构建灵活、可扩展的通信网络。

2、因此，为了适应通信网络的快速发展，需要设计出更优的光网络交换节点。相关技术目前的通信网络采用的是经典的加密系统，所使用的密钥存在被窃取的可能性，尤其是量子计算机的广泛研究和快速发展，使得保密级别高的相关部门存在着安全隐患。

技术实现思路

1、发明人通过研究发现：相关技术qkd(quantum key distribution，量子密钥分发)系统是利用量子力学的基本原理，并通过相位、偏振等编码方式来实现无条件安全的信息传输的。然而，不但量子终端设备价格高昂，并且单独铺设一条量子链路也不切实际。

2、鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种光网络交换节点设备、液冷机、通信方法和系统，采用了一种基于qkd的三层光网络交换节点结构，可以将经典光网络与qkd网络进行融合，节省了qkd网络铺设的成本。

3、根据本公开的一个方面，提供一种光网络交换节点设备，包括：

4、光纤级交换模块，被配置为在同一根光纤中所有输入信号的目的端口均相同的情况下，对所有输入信号进行光纤级交换；在同一根光纤中所有输入信号的目的端口不是均相同的情况下，将所有输入信号传输至时分交换模块；

5、时分交换模块，被配置为将所有信号进行时分复用；在所有信号的目标端口均相同的情况下，在时分交换模块进行交换；在所有信号的目标端口不是均相同的情况下，将信号传输至波带级交换模块；

6、波带级交换模块，被配置为对处于不同波带的信号进行交换。

7、在本公开的一些实施例中，光纤级交换模块，还被配置为在所有用户的所有输入信号的目的端口均相同的情况下，对所有输入信号进行光纤级交换；在所有用户的所有输入信号的目的端口不是均相同的情况下，将所有输入信号传输至时分交换模块；

8、时分交换模块，还被配置为在同一用户的所有信号的目的端口均相同的情况下，对所有信号进行时分复用和时分交换；

9、波带级交换模块，还被配置为在同一用户的所有信号的目的端口不是均相同的情况下，对所有信号进行波带级交换。

10、在本公开的一些实施例中，所述光网络交换节点设备为基于量子密钥分发的光网络交换节点设备。

11、在本公开的一些实施例中，所述输入信号包括数据传输信号、量子信号和同步信号，其中：

12、数据传输信号，用于传输数据；

13、同步信号，用于触发单光子探测器，从而探测量子信号；

14、量子信号，用于传输量子密钥分发的密钥。

15、在本公开的一些实施例中，所述时分交换模块包括：

16、第一光学器件，被配置为对信号光进行时分复用，将数据传输信号光和量子信号光在时间上进行隔离，将数据传输信号光全部反射；

17、第二光学器件，被配置为将量子信号光反射；

18、第三光学器件，被配置为将同步信号光反射。

19、在本公开的一些实施例中，所述第一光学器件、第二光学器件和第三光学器件均为反射单一波长的滤波片。

20、在本公开的一些实施例中，所述第一光学器件、第二光学器件和第三光学器件均包括至少一个光纤布拉格光栅。

21、在本公开的一些实施例中，所述时分交换模块还包括：

22、第一光环形器，其中，第一光环形器的第一端口，用于接收输出信号；第一光环形器的第二端口通过光路与第一光学器件连接；

23、第二光环形器，其中，第二光环形器的第一端口通过光路与第一光学器件连接；

24、第三光环形器，其中，第三光环形器的第一端口通过光路与第二光环形器的第三端口连接；

25、第一耦合器，其中，第一耦合器的第一输入端口通过光路与第一光环形器的第二端口连接；和

26、第二耦合器，其中，第二耦合器的第一输入端口通过光路与第二光环形器的第三端口连接；第二耦合器的第二输入端口通过光路与第三光环形器的第三端口连接；第二耦合器的输出端口通过光路与第一耦合器的第二输入端口连接。

27、在本公开的一些实施例中，第二光学器件设置在第三光环形器的第一端口与第二光环形器的第二端口之间，第三光学器件通过光路与第三光环形器的第二端口连接。

28、在本公开的一些实施例中，第三光学器件设置在第三光环形器的第一端口与第二光环形器的第二端口之间，第二光学器件通过光路与第三光环形器的第二端口连接。

29、在本公开的一些实施例中，所述时分交换模块还包括：

30、可调光延时线，被配置为控制同步信号光或量子信号光的延时时间，以补充同步信号光和量子信号光在传输过程中造成的相对延时；

31、所述可调光延时线设置在第二耦合器的第一输入端口与第二光环形器的第三端口之间，或，所述可调光延时线设置在第二耦合器的第二输入端口与第三光环形器的第三端口之间。

32、在本公开的一些实施例中，从光环形器的第一端口输入的信号光，从光环形器的第二端口输出；

33、从光环形器的第二端口输入的信号光，从光环形器的第三端口输出，其中，所述光环形器为第一光环形器、第二光环形器和第三光环形器中的任意一个光环形器。

34、在本公开的一些实施例中，所述时分交换模块还包括：

35、波长选择开关，被配置为依据用户的指令，根据波长的不同将目标端口相同的信号输出或下路至本地用户终端；和/或，将目标端口不同的信号传输至波带级交换模块。

36、在本公开的一些实施例中，第二耦合器，被配置为对量子信号光和同步信号光进行耦合；

37、第一耦合器，被配置为对第二耦合器输出的耦合光与数据传输信号光进行耦合；

38、第一耦合器的输出端口与波长选择开关连接。

39、在本公开的一些实施例中，光纤级交换模块包括第一光纤级交换模块和第二光纤级交换模块，时分交换模块包括第一时分交换模块和第二时分交换模块，其中：

40、第一光纤级交换模块和第一时分交换模块设置在光网络交换节点设备的输入侧；

41、第二光纤级交换模块和第二时分交换模块设置在光网络交换节点设备的输出侧。

42、在本公开的一些实施例中，所述光网络交换节点设备浸没于由绝缘的氟化液构成的冷却液中。

43、根据本公开的另一方面，提供一种液冷机，包括冷源设备、冷却系统和冷却箱，其中，冷却箱包括冷却液和如上述任一实施例所述的光网络交换节点设备，冷却箱中设置有冷却液，冷却液中浸没有光网络交换节点设备。

44、根据本公开的另一方面，提供一种通信系统，包括量子密钥分发发送终端、量子密钥分发接收终端和如上述任一实施例所述的光网络交换节点设备。

45、根据本公开的另一方面，提供一种通信方法，包括：

46、光纤级交换模块获取所有输入信号；

47、光纤级交换模块在同一根光纤中所有输入信号的目的端口均相同的情况下，对所有输入信号进行光纤级交换；

48、光纤级交换模块在同一根光纤中所有输入信号的目的端口不是均相同的情况下，将所有输入信号传输至时分交换模块；

49、时分交换模块将所有信号进行时分复用，在所有信号的目标端口均相同的情况下，在时分交换模块进行交换；在所有信号的目标端口不是均相同的情况下，时分交换模块将信号传输至波带级交换模块；

50、波带级交换模块对处于不同波带的信号进行交换。

51、在本公开的一些实施例中，所述输入信号包括数据传输信号、量子信号和同步信号。

52、在本公开的一些实施例中，所述时分交换模块将所有信号进行时分复用，在所有信号的目标端口均相同的情况下，在时分交换模块进行交换包括：

53、时分交换模块的第一光学器件对信号光进行时分复用，将数据传输信号光和量子信号光在时间上进行隔离，将数据传输信号光全部反射；

54、时分交换模块的第二光学器件将量子信号光反射；

55、时分交换模块的第三光学器件将同步信号光反射。

56、在本公开的一些实施例中，所述通信方法还包括：

57、时分交换模块的可调光延时线控制同步信号光或量子信号光的延时时间，以补充同步信号光和量子信号光在传输过程中造成的相对延时。

58、在本公开的一些实施例中，所述通信方法还包括：

59、时分交换模块的波长选择开关依据用户的指令，根据波长的不同将目标端口相同的信号输出或下路至本地用户终端；和/或，将目标端口不同的信号传输至波带级交换模块。

60、本公开采用了一种基于qkd的三层光网络交换节点结构，可以将经典光网络与qkd网络进行融合，节省了qkd网络铺设的成本。