基于量子密钥池状态的量子业务部署方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于量子密钥池状态的量子业务部署方法和装置，所述方法包括：对于多芯光纤光网络中两节点间待部署的量子业务，根据所述两节点间的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫；若是，则选取所述两节点之间最短路径的路由，并选取芯间串扰最小的纤芯；否则，计算出所述两节点之间若干条最短备选路由，统计每个备选路由相对于量子密钥池含量低于阈值的成对节点间最短路径的覆盖率，优先选取覆盖率高的备选路由并分配芯间串扰最小的纤芯；根据选取的路由和分配的纤芯对所述量子业务进行部署。应用本发明专利技术既能保证实时稳定传输量子业务，又能降低多芯光纤光网络中量子业务等待时延以及经典业务重路由发生的频率。

【技术实现步骤摘要】
基于量子密钥池状态的量子业务部署方法和装置
本专利技术涉及量子通信
，特别是指一种基于量子密钥池状态的量子业务部署方法和装置。
技术介绍
近年来，量子通信网络的安全性由“测量塌缩理论”、“海森堡测不准原理”和“量子不可克隆定律”的量子力学基本定律保证，具有理论上“无条件安全”、“一次一密”的优势，成为世界各国在网络信息安全方面的研究热点。利用量子通信作为安全支撑手段可以有效保证骨干网络及通信网的安全性，阶段发展相对成熟并具备产业化潜力的典型应用是基于量子密钥分发的量子通信网络。在目前量子密钥分发光网络的发展中，波分复用技术虽然提升了单根光纤量子密钥的传输容量但是仍满足不了容量、空间利用率、功耗以及成本的要求，而结合空分复用技术则可以突破传输容量的限制。传统空分复用技术目前包含多纤光纤、多芯光纤、多模光纤、少模光纤以及轨道角动量五种实现技术，然而在这五种技术中应用最广泛的是多芯光纤技术。普通意义上的单芯光纤是由一根纤芯和围绕它的包层构成的，而所谓的多芯光纤则是同一个包层里面含有多个相同的纤芯，并按照一定的形状排列。当光信号通过多个芯径进行信息传输时，这样的一条多芯光纤的传输容量就相当于几条传统单芯光纤的传输容量。相较于单芯单模光纤，多芯光纤一方面提高了传输容量，另一方面它并没有增加光缆安装铺设的空间和资金投入，且节约了实际施工成本。QKD技术的出现保障了信息传输过程的安全性，然而随着光网络容量的提升，单根光纤的传输容量不再满足现有的容量需求，多芯技术作为空分复用的主流技术则被应用在数据传输过程中。与此同时，如何在多芯光纤中实现量子业务的传输成为当前的热门问题。再者，有相关研究机构针对量子业务在多芯光纤中的约束条件，建立数学模型以及相关实验，详细阐释了芯间串扰对量子业务所带来的影响。相关研究表明，量子业务在多芯光纤中会受到相邻光纤所产生耦合光功率以及相对传输距离的影响。在目前各大研究机构所实现的传输实验中已证实空分复用技术下传输两种类型信息的可行性，但在多芯光纤光网络的组网方案中几近为零，如何采取有效的措施在网络中实时稳定传输量子业务、降低在多芯光纤光网络中的量子业务等待时延以及经典业务重路由发生的频率是目前尚未解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于量子密钥池状态的量子业务部署方法和装置，既能保证在网络中实时稳定传输量子业务，又能降低在多芯光纤光网络中的量子业务等待时延以及经典业务重路由发生的频率。基于上述目的，本专利技术提供一种基于量子密钥池状态的量子业务部署方法，包括：对于多芯光纤光网络中两节点间待部署的量子业务，根据所述两节点间的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫；若是，则选取所述两节点之间最短路径的路由，在所述路由中选取芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；否则，计算出所述两节点之间若干条最短路由作为备选路由，在包含所述两节点的网络范围内统计每个备选路由相对于量子密钥池含量低于阈值且无量子密钥信息传输的成对节点间最短路径的覆盖率，优先选取覆盖率高的备选路由及其芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；根据选取的路由和分配的纤芯对所述量子业务进行部署。其中，所述根据所述两节点间的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫，具体包括：根据所述两节点间的量子密钥池状态中的所述两节点间用于加密的量子密钥存量，以及所述两节点间密钥消耗速率，通过如下公式一计算出的量子密钥池状态系数QKPS；若QKPS大于零，则判断所述待部署的量子业务对量子密钥需求不急迫；否则，判断所述量子业务对量子密钥需求急迫；QKPS＝C-V×H(公式一)公式一中，C表示所述两节点间用于加密的量子密钥存量，V表示所述两节点间密钥消耗速率，H表示所述两节点间量子密钥服务请求到来后建立相应的量子信道以及波长资源的分配所消耗时间的最大估值。其中，所述在所述路由中选取芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务，具体包括：在所述路由中，对于已有量子纤芯的链路，为所述量子业务分配该量子纤芯，并在该量子纤芯中为所述量子业务分配波长资源；在所述路由中，对于没有量子纤芯的链路，为所述量子业务分配芯间串扰最小的纤芯，并在该纤芯中为所述量子业务分配波长资源。较佳地，所述在该量子纤芯中为所述量子业务分配波长资源，具体包括：判断该量子纤芯中是否有足够的波长资源能分配给所述量子业务；若是，则直接在该量子纤芯中为所述量子业务分配波长资源；否则，将所述量子纤芯中其它不急迫的量子业务进行重路由，直到该量子纤芯中有足够的波长资源能分配给所述待部署的量子业务。较佳地，所述在包含所述两节点的网络范围内统计每个备选路由相对于量子密钥池含量低于阈值且无量子密钥信息传输的成对节点间最短路径的覆盖率，具体包括：对于所有备选路由的每个节点，确定该节点的n跳以内的网络子范围；综合确定出的各网络子范围得到所述包含所述两节点的网络范围；确定所述网络范围内量子密钥池含量低于阈值且无量子密钥信息传输的各对节点；对确定出的每对节点，确定节点间最短路径；对于每个备选路由，统计该备选路由的路径相对于确定出的节点间最短路径的覆盖率。较佳地，所述优先选取覆盖率高的备选路由及其芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务，具体包括：将针对每个备选路由统计出的覆盖率与设定值相比；若存在覆盖率大于所述设定值的情况，则选取最大覆盖率的备选路由及其芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；否则，从所述备选路由中选取芯间串扰最小的路由，并分配所述路由中芯间串扰最小的纤芯给所述量子业务。本专利技术还提供一种基于量子密钥池状态的量子业务部署装置，包括：密钥急迫性判断模块，用于对于多芯光纤光网络中两节点间待部署的量子业务，根据所述两节点间的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫；第一分配策略模块，用于在所述急迫性判断模块确定所述量子业务对量子密钥需求急迫后，选取所述两节点之间最短路径的路由，在所述路由中选取芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；第二分配策略模块，用于在所述急迫性判断模块确定所述量子业务对量子密钥需求不急迫后，计算出所述两节点之间若干条最短路由作为备选路由，在包含所述两节点的网络范围内统计每个备选路由相对于量子密钥池含量低于阈值的成对节点间最短路径的覆盖率，优先选取覆盖率高的备选路由及其芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；业务部署模块，用于根据选取的路由和分配的纤芯对所述量子业务进行部署。本专利技术还提供一种中央控制器，包括：如上所述的基于量子密钥池状态的量子业务部署装置。本专利技术的技术方案中，对于多芯光纤光网络中两节点间待部署的量子业务，根据每个节点的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫；若是，则选取所述两节点之间最短路径的路由，在所述路由中选取芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；否则，计算出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于量子密钥池状态的量子业务部署方法，其特征在于，包括：/n对于多芯光纤光网络中两节点间待部署的量子业务，根据所述两节点间的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫；/n若是，则选取所述两节点之间最短路径的路由，在所述路由中选取芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；/n否则，计算出所述两节点之间若干条最短路由作为备选路由，在包含所述两节点的网络范围内统计每个备选路由相对于量子密钥池含量低于阈值且无量子密钥信息传输的成对节点间最短路径的覆盖率，优先选取覆盖率高的备选路由及其芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；/n根据选取的路由和分配的纤芯对所述量子业务进行部署。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于量子密钥池状态的量子业务部署方法，其特征在于，包括：
对于多芯光纤光网络中两节点间待部署的量子业务，根据所述两节点间的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫；
若是，则选取所述两节点之间最短路径的路由，在所述路由中选取芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；
否则，计算出所述两节点之间若干条最短路由作为备选路由，在包含所述两节点的网络范围内统计每个备选路由相对于量子密钥池含量低于阈值且无量子密钥信息传输的成对节点间最短路径的覆盖率，优先选取覆盖率高的备选路由及其芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务；
根据选取的路由和分配的纤芯对所述量子业务进行部署。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述两节点间的量子密钥池状态，判断所述量子业务对量子密钥需求是否急迫，具体包括：
根据所述两节点间的量子密钥池状态中的所述两节点间用于加密的量子密钥存量，以及所述两节点间密钥消耗速率，通过如下公式一计算出的量子密钥池状态系数QKPS；
若QKPS大于零，则判断所述待部署的量子业务对量子密钥需求不急迫；否则，判断所述量子业务对量子密钥需求急迫；
QKPS＝C-V×H(公式一)
公式一中，C表示所述两节点间用于加密的量子密钥存量，V表示所述两节点间密钥消耗速率，H表示所述两节点间量子密钥服务请求到来后建立相应的量子信道以及波长资源的分配所消耗时间的最大估值。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述路由中选取芯间串扰最小的纤芯分配给所述量子业务，具体包括：
在所述路由中，对于已有量子纤芯的链路，为所述量子业务分配该量子纤芯，并在该量子纤芯中为所述量子业务分配波长资源；
在所述路由中，对于没有量子纤芯的链路，为所述量子业务分配芯间串扰最小的纤芯，并在该纤芯中为所述量子业务分配波长资源。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在该量子纤芯中为所述量子业务分配波长资源，具体包括：
判断该量子纤芯中是否有足够的波长资源能分配给所述量子业务；
若是，则直接在该量子纤芯中为所述量子业务分配波长资源；
否则，将所述量子纤芯中其它不急迫的量子业务进行重路由，直到该量子纤芯中有足够的波长资源能分配给所述待部署的量子业务。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在包含所述两节点的网络范围内统计每个备选路由相对于量子密钥池含量低于阈值且无量子密钥信息传输的成对节点间最短路径的覆盖率，具体包括：
对于所有备选路由的每个节点，确定该节点的n跳以内的网络子范围；
综合确定出的各网络子范围得到所述包含所述两节点的网络范围；
确定所述网络范围内量子密钥池含量低于阈值且无量子密钥信息传输的各对节点；
对确定出的每对节点，确定节点间最短路径；
对于每个备选路由，统计该备选路由的路径相对于确定出的节点间最短路径的覆盖率。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永利，李书锋，郁小松，李亚杰，张杰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11