基于混沌的保密光纤接入网理论与技术研究

Optical-fiber access network is the most promising broadband access network technology, and its information security has been attracting more and more attention. Meanwhile, chaotic signal has been treated as a good candidate in the field of secure communication, for that its inherent privacy can enhance the information security at the physical layer of communication system. At present, studies are springing up in both areas of optical-fiber access network and chaotic secure communication. Nevertheless, their combination has been rarely addressed, and dozens of issues such as the construction of theoretical architecture, the investigations on communication performance and information security performance, remain to be further investigated. By introducing the chaos-based secure communication technology into the optical-fiber access network, this project innovatively proposes and constructs the theoretical architectures and simulation models for the secure optical-fiber networks that are based on the chaos synchronization and chaos scrambling. Furthermore, the chaotic carrier synchronization performance, the communication performance and information security are numerically studied. In addition, the novel chaos-based secure optical-fiber access network that allows the ONUs to communicate with each other is also explored. This project is helpful to enhance the information security at the physical layer of optical-fiber access network, and may provide significant reference for the development of secure optical communication network.

光纤接入网作为当前最具应用前景的宽带接入网技术，其信息保密性越来越受到人们的重视。混沌信号与生俱来的保密特性能增强通信系统物理层的信息保密性，使其在保密通信领域备受亲睐。目前，光纤接入网和混沌保密通信各自的研究正如火如荼地进行，而关于两者结合的产物-基于混沌的保密光纤接入网的研究还不多见，相关的理论体系构建、通信性能和信息保密性能分析等问题都有待深入探讨。本课题将激光混沌保密通信与光纤接入网相结合，创新性地提出并构建基于混沌同步和基于混沌随机数扰码的保密光纤接入网的理论体系和仿真模型,并数值研究其混沌载波同步性能、通信性能以及信息保密性；此外，还对支持ONU互通信的新型混沌保密光纤接入网技术进行探索研究。本课题研究有利于增强光纤接入网物理层的信息保密性，对发展保密光通信网络也有重要的参考作用。

本项目围绕增强光纤接入网物理层信息安全性这一科学问题，提出了基于混沌同步的保密光纤接入网理论体系。通过采用激光混沌信号代替传统连续波光信号作为接入网上下行载波，将信息隐藏与宽带混沌光载波中，可以显著提高信息的保密性。项目主要研究内容包括：.(1) 基于混沌同步的保密无源光网络研究：结合激光混沌同步技术和无源光网络上下行复用/解复用体制，先后提出了基于副载波调制复用、波分复用、以及对称高速无源光网络方案，并对各方案的混沌载波同步性能、通信性能、以及信息安全性能进行了详细分析和验证。其次，围绕增强混沌载波安全性，提出了基于非线性环形反馈以及自相位调制的实验标签隐藏方法，可以有效地抑制外腔激光器产生的混沌信号的时延标签。.(2) 基于混沌扰码的保密光纤接入网研究：研究提出了一种基于混沌扰码的正交幅度调制加密方法，用于提高正交频分复用多址无源光网络（OFDMA-PON）信息安全性；将激光混沌同步、高速物理随机数产生技术、动态后处理和双阈值采样技术相结合，创新性地提出了一种高速可靠的随机密钥分配方法；将信息加密技术应用于混沌保密通信中，提出了基于相位加密混沌激光器的安全性增强保密通信方案。.(3) 基于ONU互通信的节能纤接入网研究：基于ONU互通信这一思想，提出了基于ONU互联的光纤接入网节能技术，将低负载网络条件下各ONU负载进行集中传输，降低了网络的能耗；提出了基于ONU轮询周期压缩的节能方法以及基于数字滤波多址接入的节能光纤接入网结构。.通过本项目的资助，项目组在光纤接入网的安全性增强和节能、以及基于激光混沌的高速密钥分配等方面取得了重要研究成果，成功申请自然科学基金面上项目2项，发表论文21篇（含SCI期刊论文14篇），申请发明专利7项，获授权专利2项。目前相关研究还在继续，在未来2-3年还将有后续研究成果推出。