兼容量子通信網(wǎng)絡的設計與性能仿真.pdf

1、量子通信是量子力學與通信理論結(jié)合而產(chǎn)生的交叉學科，經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)從理論構(gòu)想向?qū)嵱没~進。量子通信技術(shù)具有高速，超大容量和無條件安全的特點，從而使其具有了很大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬埃鹆藢W術(shù)界，企業(yè)和國防部門的高度重視，成為當前研究的熱點。
　　量子通信起源于對通信保密的要求。當前信息化程度越來越高，互聯(lián)網(wǎng)，即時通信，電子商務都非常關(guān)注信息安全，同樣信息安全也與我們自身利益密切相關(guān)。量子密鑰分發(fā)應用了量子力學的原理，可以實

2、現(xiàn)無條件安全的密鑰分發(fā)，進而結(jié)合OTP策略，確保通信的絕對保密。
　　但是，現(xiàn)實中的問題是，量子密鑰分發(fā)的密鑰速率會隨著通信距離的增加而變小，而且由于發(fā)端設備單光子源的不完美，以及其他設備的不理想，會出現(xiàn)各種攻擊。這些問題在部署量子通信網(wǎng)絡之前都需要認真地考慮和斟酌。
　　本文，首先對國內(nèi)外量子保密通信在理論和實驗方面發(fā)展現(xiàn)狀進行了簡要的介紹。然后，介紹了量子保密系統(tǒng)的保密性理論基礎，包括海森堡不確定性原理，量子不可克隆定理

3、，糾纏粒子的關(guān)聯(lián)性與非定域性；詳細介紹了量子密鑰分發(fā)的BB84和B92協(xié)議。其次，描述了兩種量子密鑰分發(fā)方法，即誘騙態(tài)QKD和測量設備無關(guān)的QKD。本文設計了兼容誘騙態(tài)QKD和測量設備無關(guān)的QKD的拓撲結(jié)構(gòu)，將兩種QKD融合到經(jīng)典網(wǎng)絡中去，提高了對現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡鏈路資源的利用，降低了部署網(wǎng)絡的成本和工作量。針對這兩種QKD，根據(jù)業(yè)務優(yōu)先級采用不同的路由策略，兼顧通信效率和安全性。基于OPNET建立了量子通信網(wǎng)絡仿真平臺，分別對普通誘騙態(tài)

4、QKD和MDI-QKD網(wǎng)絡進行仿真。首先對備份路由的數(shù)目進行了仿真，確定了合適的備份路由數(shù)目，其次仿真了不同話務量情況下需要提高的最小密鑰速率。然后，通過統(tǒng)計鏈路的利用率，為不同的鏈路分配不同的密鑰速率。合理的設備分配不但保證通信要求，也提高了設備利用率。仿真結(jié)果表明，雖然此時為空閑鏈路分配速率較低，但是網(wǎng)絡性能幾乎不受影響，節(jié)省了網(wǎng)絡構(gòu)建的成本。
　　OPNET仿真結(jié)果為現(xiàn)實的網(wǎng)絡規(guī)劃提供了參考，可以對網(wǎng)絡進行多方位的考慮，降低

5、規(guī)劃的成本，提高規(guī)劃的可執(zhí)行度。期待未來量子通信網(wǎng)絡真正惠及每個人。
　　本文存在的不足之處是，仿真中的業(yè)務比較單一，網(wǎng)絡的規(guī)模不夠大，未考慮話務量隨機性很大的情況。在未來的仿真中，可以搭建更大規(guī)模的網(wǎng)絡，在此網(wǎng)絡中配置多種多樣的業(yè)務，為每種業(yè)務設置不同的業(yè)務強度，業(yè)務強度可以是周期性地變化，也可以是完全隨機地。從而使得網(wǎng)絡能夠更好地模擬流量的突發(fā)性和不確定性。未來還要進一步改善上述方面，從而使得仿真能夠更加接近真實的網(wǎng)絡，使得其