光纤传感器在全光网络安全及防范中的应用

2022-09-11

1 全光网络的安全隐患

由于全光网络与传统网络的区别, 使得其安全隐患也不同于电网络。全光网络的安全具有脆弱性, 主要有: (1) 与传统网络一样, AON的管理监控系统、光部件和光缆也会遭受破坏或出现故障, 进而可能导致网络瘫痪, 影响传输的安全; (2) 与同轴电缆等一样, 未加保护的光纤同样会被攻击者利用, 如利用微弯产生的光辐射信号, 虽然其功率相对很微弱, 但己足以为攻击者所利用, 进行有效地攻击; (3) 由于在AON中存在多个波长进行传输, 各信道间的串扰对安全问题带来很大的影响; (4) 由于AON的高数据速率, 即使攻击很短也会导致大量数据被破坏或解密; (5) AON不具备重建数据流的能力, 透明节点不能识别信号的调制和编码格式。对传统网络实用的分段测试方法却难以在全光网络中对攻击和故障进行定位。

2 光纤传感器在全光网络安全及防范中的应用

2.1 光纤传感器的特点

光纤传感器是依靠光在光纤中传导时受到被测对象的影响使光的强度、波长、相位或频率等参数发生改变, 通过检测接收光的各个参数来对被测量进行检测或控制的一种传感器。和传统的各类传感器相比, 光纤传感器有一系列独特的优点, 如灵敏度高、电绝缘性好、耐腐蚀、防爆、光路有可弯曲性, 便于与计算机联接、结构简单、重量轻、体积小等。由于这些优点, 光纤传感技术的应用已经逐步从军事领域发展到了电力、石油、石化、交通和建筑等各个工业领域, 在公共安全、国防、工农业安全生产、环保等重大安全监测领域有着重要应用。

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随着技术不断更新发展, 己出现一些能实用且可在接收现场测试的传感结构。尤其是分布传感技术进行动态分布测试, 可用于全光网络中, 使其具有可“感知”光纤被损害的功能。光纤传感技术在全光网络中的应用将会使全光网络更加安全可靠。按传感机理, 光纤传感器可分为功能型和非功能型传感器;按照被调制的光波参数不同, 光纤传感器又分为:强度调制传感器、相位调制传感器、频率调制传感器、偏振调制传感器、波长调制等不同工作原理的光纤传感器。随着光纤传随着光纤传感技术的不断发展, 各种新型的光纤传感器层出不穷。最新的一些技术进展包括光子晶体光纤传感器、聚合物光纤传感器、长周期光纤光栅传感器、光纤白光干涉传感器等。

2.2 光纤传感器在安全防范中的应用

目前广泛应用的是光时域反射仪和光频域反射仪两种。其中光时域反射仪 (OTDR) 是通过光脉冲注入光纤与返回入射端的时间差来提取位置信息。基于OTDR的光纤传感技术分别有基于布里渊散射光时域反射仪 (BOTDR) 分布式光纤传感器, 基于布里渊光时域分析技术 (BOTDA) 分布式光纤传感器和基于喇曼散射光时域反射仪 (ROTDR) 分布式光纤传感器。几类光纤传感器在全光网络安全防范措施中的应用具体为: (1) 基于OTDR, 优点:能连续显示整个光纤线路的损耗相对于距离的变化。非迫害性强, 功能多, 使用方便。缺点:在使用时始终有一段盲区, 从光纤两端测出的衰减值有差别, 通常取平均值。应用:对于光纤损耗点的检测。 (2) 基于BOTDR, 优点:对于单一分布参数的测量有很高的精度和空间分辨率。缺点:由于布里渊频移很小, 且其线宽窄, 要求激光器具有很高的频率稳定性和极窄的可调线宽, 对光滤波器有极高的要求。应用:应力和温度的监测。 (3) 基于BOTDA, 优点:很高的精度和空间分辨率, 动态范围大, 测量精度高。缺点:系统复杂, 泵浦激光器和探测激光器需放在被测光纤的两端, 不能测断点, 应用条件受到限制。应用:应力和温度变化监测。 (4) 基于R OT D R, 优点:提高了系统的相对灵敏度和测温精度, 扩展了功能。缺点:返回信号很弱, 对光源要求高。应用:温度变化监测。光频域反射仪是在频率轴上提取位置信息的方法, 也称相干光频域反射仪 (OFDR) , 它是相对于时间连续线性扫描光波频率, 由反射光与参考光的拍频谱求得反射光分布的一种方式。可以用OFDR来在线测试光纤上的攻击, 以快速定位受攻击的光纤位置, 以便报告上层网络管理系统, 采取及时的路由保护, 避免攻击。

3 结语

总之, 全光网络以其高处理能力、高传输带宽以及抗电磁干扰能力强等优势, 将逐步成为干线通信网的首选技术。但是由于其承载大量信息, 其安全性和可靠性十分重要, 而光纤传感器在全光网络安全及防范中起到了重要作用, 需要我们继续研究和探讨。

摘要：全光网络是指用户之间的信号传输与交换的过程全部以光信号的形式存在, 以其高传输带宽、高处理能力以及抗电磁干扰能力强的特点, 将逐步替代现有的网络和光电网络, 成为干线通信网的首选技术。由于承载大量信息传输重任, 其可靠性和安全性十分重要。随着全光网络的发展, 是否能为用户提供一个高安全性和高可靠性的传输平台, 也逐步被人们所关注。鉴于此, 本文对光纤传感器在全光网络安全及防范中的应用进行了探讨。

关键词：光纤传感器,全光网络,安全