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

【文章來源】：無線電通信技術. 2020,46(06)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1 雙層量子衛(wèi)星網絡架構圖

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[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)星網絡的管控中心,將會把每個節(jié)點處的密鑰抽象到網絡資源數(shù)據(jù)庫(記錄密鑰ID),當需要加密數(shù)據(jù)時分配密鑰資源。假設其在QKD過程中會提前分配量子信道和經典信道的波長,而多個密鑰中繼業(yè)務將通過時分復用的方式共享經典信道波長,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種不同網絡拓撲下的路由選擇示意圖,紅色線代表只用LEO單層衛(wèi)星進行接入路由,綠色線表示可綜合利用GEO和LEO層進行路由。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,當尋找失敗時,轉而選擇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?shù)孛嬲緦ふ也坏娇捎肔EO衛(wèi)星時,源、宿地面站便同時轉向選擇GEO衛(wèi)星接入,僅使用高軌道層進行密鑰中繼。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,當業(yè)務請求到達時,根據(jù)當前時間點獲取拓撲矩陣,更新網絡資源圖,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】：
期刊論文
[1]軟件定義光接入網[J]. 趙永利,吳家林,張杰.  中興通訊技術. 2014(05)



本文編號：3054024