Волоконно-оптическая система передачи со спектральным уплотнением
Владельцы патента RU 2456748:
Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (RU)
Изобретение относится к устройствам передачи данных в системах связи и может быть использовано при разработке защищенных от восстановления волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) со спектральным уплотнением (СП). Технический результат состоит в повышении защищенности информации. Для этого в систему вводят первый и второй N-канальные коммутаторы с N информационных входов и выходов, N2 управляющих входов, первый и второй формирователи сигналов управления (ФСУ), N информационных входов первого коммутатора - информационные входы ВОСП, а N информационных выходов второго - выходы, n-й информационный выход, где , первого коммутатора соединен с соответствующим входом электронно-оптического преобразователя (ЭОП), n-й вход, где , второго коммутатора - с соответствующим выходом оптико-электронного преобразователя (ОЭП), N2 управляющих выходов первого ФСУ соединены с соответствующими управляющими входами первого коммутатора, а дополнительный синхронизирующий выход первого ФСУ соединен с дополнительным входом ЭОП, N2 управляющих выходов второго ФСУ с соответствующими управляющими входами второго коммутатора, дополнительный выход ОЭП соединен со входом второго. 4 ил.
Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи информации в системах связи и может быть использовано при разработке волоконно-оптических систем передачи данных со спектральным уплотнением, защищенных от восстановления смыслового содержания передающихся данных при их несанкционированном съеме с боковой поверхности оптического волокна.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является волоконно-оптическая система передачи (ВОСП) со спектральным уплотнением, принцип работы которой основан на мультиплексировании и демультиплексировании оптических сигналов разных длин волн (частотных каналов) при их передаче по одному оптическому волокну (В.В.Шубин. Волоконно-оптические системы и информационная безопасность. СПб.: Ива, 2006, с.94. P.P.Убайдуллаев. Волоконно-оптические сети. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000, с.53).
Недостатком указанной выше ВОСП является низкая защищенность передаваемых данных от восстановления смыслового содержания при несанкционированном выводе излучения небольшой мощности через боковую поверхность оптического волокна.
Техническое решение, на которое направлено изобретение, заключается в повышении защищенности информации, передающейся в ВОСП со спектральным уплотнением.
Техническое решение достигается тем, что в известную волоконно-оптическую систему передачи со спектральным уплотнением, содержащую последовательно соединенный N-канальный электронно-оптический преобразователь, оптический мультиплексор, оптическое волокно, оптический демультиплексор, N-канальный оптико-электронный преобразователь, дополнительно введены первый и второй N-канальные коммутаторы, каждый из которых имеет N информационных входов и N информационных выходов, а также N2 управляющих входов, первый и второй формирователи сигналов управления, первый из которых имеет N2 управляющих и один дополнительный синхронизирующий выходов, а второй - один вход и N2 управляющих выходов, при этом N информационных входов первого коммутатора являются информационными входами волоконно-оптической системы передачи, а N информационных выходов второго коммутатора являются выходами волоконно-оптической системы передачи, n-й информационный выход, где
, первого коммутатора соединен с соответствующим входом электронно-оптического преобразователя, а n-й вход, где 
, второго коммутатора - с соответствующим выходом оптико-электронного преобразователя, N2 управляющих выходов первого формирователя сигналов управления соединены с соответствующими управляющими входами первого коммутатора, а дополнительный синхронизирующий выход первого формирователя сигналов управления соединен с дополнительным входом электронно-оптического преобразователя, N2 управляющих выходов второго формирователя сигналов управления соединены с соответствующими управляющими входами второго коммутатора, дополнительный выход оптико-электронного преобразователя соединен со входом второго формирователя сигналов управления.
Суть этих технических решений состоит в пространственной коммутации каналов, передающих электрические сигналы, и синхронизации времени коммутации на передающей и принимающей сторонах устройства в реальном масштабе времени. Совершенствование систем передачи информации в ВОСП со спектральным уплотнением в направлении повышения их защищенности является практической реализацией требований по решению комплексных задач повышения эффективности и качества защиты информации.
Сущность изобретения заключается в следующем.
N информативных электрических сигналов si(t) поступают на входы первого коммутатора, в котором осуществляется их разбиение на временные интервалы определенной длины Δt и перенос части сигнала из определенного временного интервала одного канала в тот же временной интервал другого канала. Взаимооднозначное соответствие коммутируемых каналов для каждого временного интервала определяется алгоритмом функционирования первого формирователя сигналов управления.
Структурная схема устройства передачи информации в волоконно-оптической системе передачи данных со спектральным (волновым) уплотнением представлена на фигуре 1, где обозначено:
1 - первый коммутатор;
2 - электронно-оптический преобразователь (ЭОП);
3 - оптический мультиплексор;
4 - оптическое волокно (ОВ);
5 - оптический демультиплексор;
6 - оптико-электронный преобразователь (ОЭП);
7 - второй коммутатор;
8 - первый формирователь сигналов управления;
9 - второй формирователь сигналов управления;
si(t) - входные электрические сигналы, где i=1…N;
s'k(t) - преобразованные электрические сигналы, где k=1…N;
s'λk(t) - оптические сигналы на несущей длине волны λ, где k=1…N;
u - синхронизирующий управляющий сигнал, передающий служебную информацию;
uλN+1 - синхронизирующий управляющий сигнал, преобразованный в
оптический на несущей длине волны λN+1;
s'λk+λN+1(t) - суммарный оптический сигнал.
Предлагаемая волоконно-оптическая система передачи со спектральным уплотнением работает следующим образом. Входные электрические сигналы si(t) поступают на соответствующие информационные входы первого коммутатора (1), в котором осуществляется их разбиение на временные интервалы определенной длины Δt и перенос (пространственная коммутация) части сигнала из определенного временного интервала одного канала в тот же временной интервал другого канала. Пространственная коммутация каналов осуществляется в первом коммутаторе (1) под воздействием управляющих напряжений, сформированных первым формирователем сигналов управления (8), поступающих с N2 управляющих выходов данного формирователя.
Первый формирователь сигналов (8) работает следующим образом: производится генерация сигналов управления случайным образом через временные интервалы Δt, а также производится наложение на сгенерированные сигналы сигналов ключа, преобразование полученного сигнала в параллельный код и передача его на N2 управляющих входов первого коммутатора (1). Одновременно синхронизирующий сигнал и с дополнительного выхода первого формирователя сигналов (8) передается на дополнительный вход многоканального электронно-оптического преобразователя (2) для передачи его на приемную часть ВОСП и последующего формирования сигналов управления вторым коммутатором (7). N информационных сигналов s'k(t) с выходов первого коммутатора (1) поступают на N входов многоканального электронно-оптического преобразователя (2), преобразуются там в оптические сигналы s'λk(t) и uλN+1 на разных длинах волн, мультиплексируются в оптическом мультиплексоре (3), и N+1 сигналов передаются по оптическому волокну (4) в виде суммарного оптического сигнала s'λk+λN+1(t).
На выходе оптического волокна (4) оптические сигналы попадают в оптический демультиплексор (5), демультиплексируются в нем, а затем в многоканальном оптико-электронном преобразователе (6) преобразуются в электрические, далее N информационных сигналов s'k(t) попадают на соответствующие информационные входы второго коммутатора (7). Одновременно синхронизирующий сигнал u попадает на вход второго формирователя сигналов управления (9).
Второй формирователь сигналов управления (9) работает следующим образом: синхронизирующий сигнал с дополнительного выхода оптико-электронного преобразователя (6) попадает на его вход в виде последовательного кода, на который накладываются сигналы ключа. Полученный сигнал преобразуется в параллельный код и подается на N2 управляющих входов второго коммутатора (7). Во втором коммутаторе (7) осуществляется обратная операция пространственной коммутации каналов для каждого временного интервала Δt. В результате на выходе второго коммутатора (7) получают исходные электрические сигналы si(t).
Первый и второй коммутаторы (1 и 7) ВОСП могут быть изготовлены, например, на основе диодной матрицы и логических элементов "ИЛИ", а первый и второй формирователи сигналов управления (8 и 9) - на основе цифровых изделий электронной техники, выпускаемых отечественной промышленностью.
На фигуре 2 представлена схема, поясняющая работу первого и второго коммутаторов (1 и 7), выполненных, например, на основе диодной матрицы и логических элементов "ИЛИ", для трех каналов передачи данных N=3. На фигурах 3 и 4 представлены соответственно иллюстрация совокупности управляющих выходов первого формирователя сигналов управления (8) и временные диаграммы управляющих сигналов на выходе первого формирователя сигналов управления (8) ВОСП при N=3.
На входы первого коммутатора (фиг.2) поступают информационные сигналы si(t): s1(t), s2(t) и s3(t). Под воздействием сигналов управления Uyi, формируемых первым формирователем сигналов (фиг.3 и 4), коммутатор (1) через равные временные интервалы Δt меняет свое состояние Мс: M1, М2, М3, М4, осуществляя коммутацию своих входов и выходов: на выход k коммутатора (1) в течение времени Δt подается фрагмент сигнала 
.
В результате на выходах коммутатора (1) формируются сигналы s'k(t):s'1(t), s'2(t), s'3(t) (фиг.2), каждый из которых является последовательностью фрагментов сигналов 
, определяемой алгоритмом коммутации. Например, сигнал s'2(t) является последовательностью фрагментов 
(фиг.2). Далее сигналы s'k(t) поступают на последовательно соединенные ЭОП (2), мультиплексор (3), оптическое волокно (4), демультиплексор (5), ОЭП (6), с выходов которого поступают на соответствующие входы второго коммутатора (7). Во втором коммутаторе (7) осуществляется обратная операция пространственной коммутации каналов под воздействием управляющих сигналов с выхода второго формирователя сигналов управления (9) для каждого временного интервала Δt (фиг.2). В результате этого на выходе коммутатора (7) формируются исходные электрические сигналы si(t): s1(t), s2(t), s3(t).
Злоумышленник, осуществляя несанкционированный съем информации с боковой поверхности ОВ, после демультиплексирования и преобразования оптического сигнала в электрический получает сигнал в виде s'k(t). Съем злоумышленником подобного сигнала с боковой поверхности ОВ значительно затрудняет восстановление смыслового содержания передающихся данных, поскольку он не осведомлен об алгоритме коммутации, о номере канала передачи синхронизирующих управляющих сигналов, о времени смены алгоритма коммутации. По этим причинам ему весьма сложно провести правильную коммутацию информационных сигналов, структуризацию, исправление ошибок, которые возникают вследствие ограниченной мощности оптических сигналов, снимаемых с боковой поверхности ОВ.
Волоконно-оптическая система передачи со спектральным уплотнением, содержащая последовательно соединенные N-канальный электронно-оптический преобразователь, оптический мультиплексор, оптическое волокно, оптический демультиплексор, N-канальный оптико-электронный преобразователь, отличающаяся тем, что дополнительно введены первый и второй N-канальные коммутаторы, каждый из которых имеет N информационных входов и N информационных выходов, а также N2 управляющих входов, первый и второй формирователи сигналов управления, первый из которых имеет N2 управляющих и один дополнительный синхронизирующий выходов, а второй - один вход и N2 управляющих выходов, при этом N информационных входов первого коммутатора являются информационными входами волоконно-оптической системы передачи, а N информационных выходов второго коммутатора являются выходами волоконно-оптической системы передачи, n-й информационный выход, где 
первого коммутатора соединен с соответствующим входом электронно-оптического преобразователя, а n-й вход, где 
второго коммутатора - с соответствующим выходом оптико-электронного преобразователя, N2 управляющих выходов первого формирователя сигналов управления соединены с соответствующими управляющими входами первого коммутатора, а дополнительный синхронизирующий выход первого формирователя сигналов управления соединен с дополнительным входом электронно-оптического преобразователя, N2 управляющих выходов второго формирователя сигналов управления соединены с соответствующими управляющими входами второго коммутатора, дополнительный выход оптико-электронного преобразователя соединен со входом второго формирователя сигналов управления.
