隨著量子密鑰分發(fā)（Quantun Key Distribution,QKD）在信息理論上的安全性認(rèn)證及第一顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星"墨子號"的成功部署,QKD在自由空間上的應(yīng)用引起了網(wǎng)絡(luò)安全通信領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。自由空間遠(yuǎn)程QKD具有低衰減、廣覆蓋的特點,可以克服基于地面光纖QKD網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的限制。然而,目前自由空間中只有一顆量子衛(wèi)星,量子衛(wèi)星光組網(wǎng)還面臨許多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。針對上述背景,從量子光網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)以及量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景四個方面,對量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面分析和闡述,剖析了自由空間QKD未來研究趨勢及在實際應(yīng)用中所面臨的難題�？傮w而言,量子衛(wèi)星光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展空間很大,量子衛(wèi)星組網(wǎng)仍需深入研究以加快技術(shù)成果轉(zhuǎn)化,從而充分發(fā)揮其在未來網(wǎng)絡(luò)安全上的優(yōu)勢。 

【文章來源】：無線電通信技術(shù). 2020,46(06)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1 雙層量子衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

由于自由空間鏈路的通信距離較長,衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)的密鑰生成速率較低,同時信號傳輸?shù)耐禃r延高。在目前的量子衛(wèi)星實驗中,星地QKD的密鑰速率最高只能達(dá)到400 kbit/s左右。因此,為了克服衛(wèi)星QKD密鑰速率較低的缺點,可在星地和星間量子通信中使用量子密鑰池(QKP)技術(shù)[18],如圖2所示。其核心思想是在每對連接的節(jié)點之間持續(xù)地產(chǎn)生并共享量子密鑰,然后將密鑰存儲在量子密鑰池中。在每個量子節(jié)點處,均具備量子密鑰存儲模塊,其作用是存儲生成的密鑰比特串;而在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的管控中心,將會把每個節(jié)點處的密鑰抽象到網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)庫(記錄密鑰ID),當(dāng)需要加密數(shù)據(jù)時分配密鑰資源。假設(shè)其在QKD過程中會提前分配量子信道和經(jīng)典信道的波長,而多個密鑰中繼業(yè)務(wù)將通過時分復(fù)用的方式共享經(jīng)典信道波長,其時隙將會被動態(tài)分配。

JGL-RKA算法可根據(jù)是否存在高低軌間鏈路執(zhí)行不同的接入衛(wèi)星選擇子算法:聯(lián)合使用高低軌(Joint GEO and LEO Access,JGLA)算法和單獨使用高低軌(Separated GEO and LEO Access,SGLA)算法。圖3展示了2種不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌穆酚蛇x擇示意圖,紅色線代表只用LEO單層衛(wèi)星進(jìn)行接入路由,綠色線表示可綜合利用GEO和LEO層進(jìn)行路由。在圖3(a)中,由于層間鏈路的存在,JGLA算法可以同時使用2種衛(wèi)星接入地面站;在圖3(b)中,由于沒有層間鏈路,SGLA算法只能使用GEO或LEO進(jìn)行接入。在接入衛(wèi)星選擇子算法中,JGLA算法首先為地面站尋找擁有足夠帶寬和密鑰資源的LEO接入衛(wèi)星,當(dāng)尋找失敗時,轉(zhuǎn)而選擇GEO衛(wèi)星接入,源、宿地面站的選擇過程一致;而在SGLA算法中,當(dāng)?shù)孛嬲緦ふ也坏娇捎肔EO衛(wèi)星時,源、宿地面站便同時轉(zhuǎn)向選擇GEO衛(wèi)星接入,僅使用高軌道層進(jìn)行密鑰中繼。JGL-RKA算法主要分為星地路由和星間路由兩大步驟。在星地路由過程中,首先為源、宿地面節(jié)點選擇接入衛(wèi)星,當(dāng)業(yè)務(wù)請求到達(dá)時,根據(jù)當(dāng)前時間點獲取拓?fù)渚仃?更新網(wǎng)絡(luò)資源圖,然后根據(jù)是否存在層間鏈路,分別執(zhí)行JGLA或SGLA子算法;在星間路由過程中,根據(jù)選擇的源宿接入衛(wèi)星,使用最短徑算法計算星間的傳輸路徑,然后相應(yīng)地分配每條鏈路上的資源,按照首次命中的策略選取時隙和密鑰。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]軟件定義光接入網(wǎng)[J]. 趙永利,吳家林,張杰.  中興通訊技術(shù). 2014(05)



本文編號：3054024