【摘要】：隨著量子通信技術(shù)的迅速發(fā)展,量子通信已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際規(guī)�；M網(wǎng)階段,因此量子保密通信網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用均有著重要的意義。路由算法是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展中重要的研究?jī)?nèi)容之一,合理的算法可以提高各鏈路的密鑰利用率,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源。而密鑰作為量子網(wǎng)絡(luò)中的重要資源,其利用率及速率也是網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的重要參數(shù)。本文主要對(duì)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)路由算法進(jìn)行了優(yōu)化,并且提出了端到端可用密鑰速率的測(cè)量方法。本文首先介紹了量子通信國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并說明了研究意義。其次,簡(jiǎn)述了量子保密通信系統(tǒng)的組成以及本研究工作用到的基礎(chǔ)理論知識(shí)。第三,本文主要對(duì)基于可信中繼的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)開展以下研究:1.對(duì)基于可信中繼的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)路由算法進(jìn)行了優(yōu)化。改進(jìn)的算法除了將所有最短路徑添加進(jìn)路由表之外,還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯笮?適當(dāng)增加不同跳數(shù)的備份路徑,并解決了兩節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路問題。論文對(duì)不同的路由算法進(jìn)行了仿真和分析,結(jié)果表明,改進(jìn)的算法進(jìn)一步均衡了全網(wǎng)負(fù)載,優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)資源,一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。2.提出兩種端到端可用密鑰速率的測(cè)量方法�，F(xiàn)有基于單向時(shí)延的測(cè)量方法中,若時(shí)延趨勢(shì)判斷錯(cuò)誤,會(huì)引起測(cè)量結(jié)果較大的誤差。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足,提出了重新調(diào)整收斂區(qū)間的測(cè)量方法。本方法結(jié)合時(shí)延趨勢(shì)和收斂區(qū)間大小的關(guān)系判斷是否需要調(diào)整收斂區(qū)間和發(fā)送速率。重新調(diào)整測(cè)量區(qū)間的過程提高了測(cè)量精度,但是增加了收斂次數(shù)。為了縮短收斂時(shí)間,在此基礎(chǔ)上提出了加快收斂的測(cè)量方法。首先在測(cè)量初期發(fā)送變速率的數(shù)據(jù)包組,判斷出可用密鑰速率的大致范圍,之后再結(jié)合重新調(diào)整收斂區(qū)間的規(guī)則判斷是否調(diào)整發(fā)送速率,從而彌補(bǔ)可能出現(xiàn)的時(shí)延趨勢(shì)判斷錯(cuò)誤情況帶來的誤差。仿真結(jié)果表明,加快收斂的測(cè)量方法不僅可以有效地測(cè)出可用密鑰速率,且相比其他方法減小了誤差,縮短了測(cè)量時(shí)間。最后,對(duì)本文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)下一步工作進(jìn)行了展望。
【圖文】：

圖 2. 5 判斷時(shí)延趨勢(shì)所用的數(shù)據(jù)分段如圖 2.5 所示，假設(shè)測(cè)量共需要發(fā)送 X fleets 探測(cè)包，每個(gè) fleet 包含 Y 個(gè) stream，每個(gè) stream 包含 K 個(gè)包，每個(gè) stream 之間有一定間隔，每個(gè) stream 中的 K 個(gè)探測(cè)包之間沒有間隔。每個(gè) stream 都需要判斷時(shí)延趨勢(shì)，然后再判斷 1 個(gè) fleet 的趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)并判斷每個(gè) stream 時(shí)延趨勢(shì)的步驟：（1）先統(tǒng)計(jì) 1 個(gè) stream 中探測(cè)包的時(shí)延；（2）再將 1 個(gè) stream 中 K 個(gè)包的時(shí)延根據(jù)需求分為 P 段；（3）計(jì)算出 1 個(gè) stream中每段的時(shí)延均值iD ，，若i i1D D ，i 1( ) 1iI D D ，反之，i 1( ) 0iI D D ；（4）最后根據(jù)公式(2-1)、(2-2)和準(zhǔn)則進(jìn)行判斷。i 12( )1PiiPCTI D DSP (2-1)112-| |PPDT Pi iiD DSD D (2-2)

進(jìn)程模型則是由狀態(tài)和轉(zhuǎn)移線來描述協(xié)議。OPNET 內(nèi)包含多種網(wǎng)絡(luò)模型及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議模塊，包括 RIP、OSPF、TCP/IP、UDP、 等協(xié)議。用戶可根據(jù)自身需求修改內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)模塊或者自定義開發(fā)模塊。OPNET持多種仿真業(yè)務(wù)，用戶可根據(jù)需要在 Application Definitions 和 Profile Definition置 video、ftp、sip、http 等業(yè)務(wù)參數(shù)，還可在 Task 中自行配置需要的仿真業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真時(shí)除了可以收集仿真系統(tǒng)自帶的統(tǒng)計(jì)量如時(shí)延、呼損、丟包率等，還可進(jìn)程模型中自行添加統(tǒng)計(jì)量實(shí)現(xiàn)新功能。3.3.2 仿真拓?fù)浼皡?shù)設(shè)置圖 3.4 為本章路由算法的仿真拓?fù)洌汗苍O(shè)置了 11 個(gè)通信子網(wǎng)，子網(wǎng)間通過可信節(jié)點(diǎn)連接，本次仿真通過路由器來模擬可信中繼。如圖 3.5，每個(gè)子網(wǎng)中，除了器外，還有交換機(jī)、服務(wù)器以及接入用戶。其中，圖中的 node_0 指的是骨干鏈鑰更新節(jié)點(diǎn)模塊，主要負(fù)責(zé)維護(hù)子網(wǎng)間骨干鏈路上的密鑰更新周期，密鑰更新速。全網(wǎng)的密鑰更新只在骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN918;O413

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2591616