informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASBinform-752Research ArticleЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ И НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМINFORMATION PROTECTION AND SYSTEM RELIABILITYДостоверность принятой информации при ее регистрации в однофотонном канале связи при помощи счетчика фотоновThe reliability of the received information if it is registered in the single photon communication channel using the photon counterТимофеевА. М.TimofeevA. M.

Тимофеев Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры защиты информации

Alexander M. Timofeev, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Assoc. Prof. of the Department of Information Security

TAMvks@mail.ruБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2019130520191629098Copyright © Тимофеев А.М., 20192019Тимофеев А.М.Timofeev A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/752

При измерении маломощных оптических сигналов приемные модули систем должны обеспечивать достаточно высокую достоверность принятых данных. В этой связи целесообразно использовать высокочувствительные счетчики фотонов, которым, однако, присущи ошибки регистрации данных. Поэтому целью работы является оценка влияния средней скорости счета импульсов на выходе счетчика фотонов на достоверность принятой информации с учетом мертвого времени счетчика фотонов. Получено выражение для расчета достоверности данных, принятых по асинхронному двоичному несимметричному однородному каналу связи без памяти и со стиранием, в котором в качестве приемного модуля используется счетчик фотонов с мертвым временем продлевающегося типа. По результатам математического моделирования установлено, что с ростом средней скорости счета сигнальных импульсов на выходе счетчика фотонов при передаче символов 1 (ns1) достоверность принятых данных D растет, достигая насыщения. При прочих равных параметрах с увеличением средней длительности мертвого времени продлевающегося типа (τd) насыщение зависимости D(ns1) наблюдается при больших значениях средней скорости счета сигнальных импульсов: ns1 ≥ 35,0×104 с –1 для τd = 0; ns1 ≥ 38,9×104 с –1 для τd = 5 мкс; ns1 ≥ 43,7×104 с –1 для τd = 10 мкс; ns1 ≥ 50,0×104 с –1 для τd = 15 мкс.

When measuring low-power optical signals, the receiving modules of systems should ensure a sufficiently high accuracy of the received data. In this regard, it is advisable to use photon counters. They are highly sensitive, but are characterized by data recording errors. The aim of this work is to determine the influence of average pulse count rate of photons as the output of the counter on the fidelity of received information taking into account also the dead time of the counter. The formula is obtained for calculating the reliability of data received over an asynchronous binary asymmetric homogeneous communication channel without memory with erasure, when photon counter with a dead time of prolonging type was used as a receiving module. According to the results of mathematical modeling, it was established that with an increase in the average count rate of signal pulses at the output of the photon counter in symbols 1 (ns1), the reliability of the received data D grows up to saturation. Moreover, when other parameters being equal, with an increase of the average duration of the dead time of a prolonged type (τd), the saturation of the D(ns1) dependence is fixed for large values of the average counting rate of signal pulses. For example, with ns1 ≥ 35,0×104 s –1 for τd = 0; with ns1 ≥ 38,9×104 s –1 for τd = 5 µs; with ns1 ≥ 43,7×104 s –1 for τd = 10 µs; with ns1 ≥ 50,0×104 s –1 for τd = 15 µs.

канал связиоднофотонная передача информациидостоверность принятой информациисчетчик фотоновмертвое времяcommunication channelsingle photon information transferreliability of the received informationphoton counterdead timeReferencesКилин, С. Я. Квантовая криптография: идеи и практика / С. Я. Килин ; ред. С. Я. Килин, Д. Б. Хорошко, А. П. Низовцев. – Минск : Беларус. навука, 2007. – 391 с.Kilin S. Ya. Kvantovaya kriptografiya: idei i praktika. Quantum Cryptography: Ideas and Practices. In Kilin S. Ja., Horoshko D. B., Nizovcev A. P. (eds.). Minsk, Belaruskaja navuka, 2007, 391 p. (in Russian).Гулаков, И. Р. Фотоприемники квантовых систем : монография / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. – Минск : УО ВГКС, 2012. – 276 с.Gulakov I. R., Zenevich A. O. Fotopriemniki kvantovyih system. Photodetectors of Quantum Systems. Minsk, Vysshij gosudarstvennyj kolledzh svjazi, 2012, 276 p. (in Russian).Тимофеев, А. М. Методика повышения достоверности принятых данных счетчика фотонов на основе анализа скорости счета импульсов при передаче двоичных символов «0» / А. М. Тимофеев // Приборы и методы измерений. – 2019. – Т. 10, № 1. – С. 80–89.Timofeev A. M. Metodika povyisheniya dostovernosti prinyatyih dannyih schetchika fotonov na osnove analiza skorosti scheta impulsov pri peredache dvoichnyih simvolov «0» [Methods of increasing the reliability of the received data of the photon counter based on the analysis of the pulse counting rate during the transmission of binary symbols «0»]. Pribory i metodyi izmereniy [Devices and Methods of Measurements], 2019, vol. 10, no. 1, pp. 80–89 (in Russian).Тимофеев, А. М. Оценка влияния продлевающегося мертвого времени счетчика фотонов на вероятность ошибочной регистрации данных квантово-криптографических каналов связи / А. М. Тимофеев // Вестник связи. – 2018. – № 1(147). – С. 56–62.Timofeev A. M. Otsenka vliyaniya prodlevayuschegosya mertvogo vremeni schetchika fotonov na veroyatnost oshibochnoy registratsii dannyih kvantovo-kriptograficheskih kanalov svyazi [Estimation of the photons counter lasting dead time influence on the probability of erroneous data registration of quantum-cryptographic communication channels]. Vestnik svyazi [Communication Bulletin], 2018, no. 1(147), pp. 56–62 (in Russian).Дмитриев, С. А. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы / С. А. Дмитриев, Н. Н. Слепов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : ООО «Волоконно-оптическая техника», 2005. – 576 с.Dmitriev S. A., Slepov N. N. Volokonno-opticheskaya tehnika: sovremennoe sostoyanie i perspektivyi. Fiber-Optic Technology: Current Status and Prospects. Moscow, Volokonno-opticheskaja tehnika, 2005, 576 p. (in Russian).Тузлуков, В. П. Вероятность ошибок при приеме сигналов по уплотненным каналам связи с ортогональным частотным разделением / В. П. Тузлуков // Доклады БГУИР. – 2017. – № 5(107). – С. 77–84.Tuzlukov V. P. Veroyatnost oshibok pri prieme signalov po uplotnennyim kanalam svyazi s ortogonalnyim chastotnyim razdeleniem [Probability of errors when receiving signals on sealed communication channels with orthogonal frequency separation]. Doklady Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta informatiki i radiojelektroniki [Doklady Belarusian State University of Informatics and Radioеlectronics], 2017, no. 5(107), pp. 77–84 (in Russian).Щеглов, А. Ю. Анализ и проектирование защиты информационных систем. Контроль доступа к компьютерным ресурсам: методы, модели, технические решения / А. Ю. Щеглов. – СПб. : Профессиональная литература, 2017. – 416 с.Scheglov A. Yu. Analiz i proektirovanie zaschityi informatsionnyih sistem. Kontrol dostupa k kompyuternyim resursam: metodyi, modeli, tehnicheskie resheniya. Analysis and Design of Information Systems Protection. Control of Access to Computer Resources: Methods, Models, Technical Solutions. Saint Petersburg, Professional'naja literatura, 2017, 416 p. (in Russian).Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб. : Питер, 2012. – 944 с.Olifer V. G., Olifer N. A. Kompyuternyie seti. Printsipyi, tehnologii, protokoly. Computer Networks. Principles, Technologies, Protocols. Saint Petersburg, Piter, 2012, 944 p. (in Russian).Reduced deadtime and higher rate photon-counting detection using a multiplexed detector array / S. A. Castelletto [et al.] // J. of Modern Optics. – 2007. – Vol. 54. – P. 337–352.Castelletto S. A., Degiovanni I. P., Schettini V., Migdall A. L. Reduced deadtime and higher rate photon-counting detection using a multiplexed detector array. Journal of Modern Optics, 2007, vol. 54, pp. 337–352.Single-photon detectors combining high efficiency, high detection rates, and ultra-high timing resolution / I. E. Zadeh [et al.] // APL Photonics. – 2017. – Vol. 2. – P. 111301-1–111301-7.Zadeh I. E., Los J. W., Gourgues R. B., Steinmetz V., Bulgarini G., …, Dorenbos S. N. Single-photon detectors combining high efficiency, high detection rates, and ultra-high timing resolution. APL Photonics, 2017, vol. 2, pp. 111301-1–111301-7.Тимофеев, А. М. Устройство для передачи и приема двоичных данных по волоконно-оптическому каналу связи / А. М. Тимофеев // Приборы и методы измерений. – 2018. – Т. 9, № 1. – С. 17–27.Timofeev A. M. Ustroystvo dlya peredachi i priema dvoichnyih dannyih po volokonno-opticheskomu kanalu svyazi [Device for binary data transmitting and receiving over a fiber-optic communication channel]. Pribory i metodyi izmereniy [Devices and Methods of Measurements], 2018, vol. 9, no. 1, pp. 17–27 (in Russian).Клюев, Л. Л. Теория электрической связи / Л. Л. Клюев. – Минск : Техноперспектива, 2008. – 423 с.Klyuev L. L. Teoriya elektricheskoy svyazi. The Theory of Electrical Communication. Minsk, Tehnoperspektiva, 2008, 423 p. (in Russian).Тимофеев, А. М. Энтропия потерь однофотонного асинхронного волоконно-оптического канала связи с приемником на основе счетчика фотонов с продлевающимся мертвым временем / А. М. Тимофеев // Актуальные проблемы науки XXI века. – 2018. – Вып. 7. – С. 5–10.Timofeev A. M. Entropiya poter' odnofotonnogo asinhronnogo volokonno-opticheskogo kanala svyazi s priemnikom na osnove schetchika fotonov s prodlevayuschimsya mertvyim vremenem [Entropy of losses of a single-photon asynchronous fiber-optic communication channel with a receiver based on a photon counter with prolonged dead time]. Aktualniye problemy nauki XXI veka [Current Issues of Science in the 21st Century], 2018, vol. 7, pp. 5–10 (in Russian).Тимофеев, А. М. Влияние времени однофотонной передачи информации на вероятность ошибочной регистрации данных асинхронных квантово-криптографических каналов связи / А. М. Тимофеев // Вестник ТГТУ. – 2019. – Т. 25, № 1. – С. 36–46.Timofeev A. M. Vliyanie vremeni odnofotonnoy peredachi informatsii na veroyatnost oshibochnoy registratsii dannyih asinhronnyih kvantovo-kriptograficheskih kanalov svyazi [The effect of single photon transmission time on the probability of erroneous registration of asynchronous data of quantum cryptographic communication channels]. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Transactions of the Tambov State Technical University], 2019, vol. 25, no. 1, pp. 36–46 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.