【摘要】：近年來(lái),隨著軍事、政務(wù)、金融、公安等重要領(lǐng)域的大量機(jī)密與敏感信息通過(guò)光纖承載,光網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題受到越來(lái)越多的重視。量子密鑰分發(fā)技術(shù)作為理論上絕對(duì)安全的密鑰分發(fā)方案正迅速發(fā)展并逐漸向產(chǎn)業(yè)化方向推進(jìn)。將量子密鑰分發(fā)技術(shù)引入到光網(wǎng)絡(luò)中可以在很大程度上提升光網(wǎng)絡(luò)的安全性。密鑰驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)是指基于量子密鑰分發(fā)技術(shù)為光網(wǎng)絡(luò)物理層提供密鑰的新型光網(wǎng)絡(luò)體系。在密鑰驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中,量子密鑰的引入增加了網(wǎng)絡(luò)資源的維度,同時(shí)也使得網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與全網(wǎng)資源調(diào)度變得更加復(fù)雜。如何基于全網(wǎng)視野感知業(yè)務(wù)安全需求,實(shí)現(xiàn)面向密鑰與業(yè)務(wù)適配的多維度資源高效調(diào)度是密鑰驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)所面臨的關(guān)鍵難點(diǎn)。本文立足于密鑰驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)的高速信息抗截獲需求,從組網(wǎng)架構(gòu)、安全策略、資源分配等方面攻克面向密鑰與業(yè)務(wù)適配的光層資源最優(yōu)化調(diào)度這一科學(xué)難題。主要完成的工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:一、針對(duì)密鑰驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)中多層多維度資源的集中管控問(wèn)題,設(shè)計(jì)了 OpenFlow使能的軟件定義密鑰驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)可編程控制架構(gòu)(Software-Defined Key-Driven Optical Network,SD-KDON),實(shí)現(xiàn)了多維度網(wǎng)絡(luò)資源和安全策略的可編程控制,完成了相關(guān)控制接口與協(xié)議設(shè)計(jì),最后對(duì)該架構(gòu)下的安全業(yè)務(wù)控制流程進(jìn)行了詳細(xì)描述。二、圍繞密鑰驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)中多安全等級(jí)業(yè)務(wù)流與多維度資源跨層映射的需求,提出了基于密鑰更新的安全性提供策略,并實(shí)現(xiàn)了基于多安全策略提供的多維度RWTA算法。結(jié)果顯示,該算法可以使高安全等級(jí)的業(yè)務(wù)獲得更好的密鑰量化指標(biāo),例如在仿真案例中,與安全等級(jí)為4的業(yè)務(wù)相比,安全等級(jí)為5的業(yè)務(wù)的密鑰成功率提高了6.28%,而密鑰更新時(shí)延則降低了 0.11個(gè)時(shí)隙,實(shí)現(xiàn)了多維度網(wǎng)絡(luò)資源與業(yè)務(wù)安全性的有效適配。三、針對(duì)RWTA過(guò)程中出現(xiàn)的波長(zhǎng)-時(shí)隙資源碎片化問(wèn)題,提出了時(shí)間連續(xù)規(guī)整度的概念,并由此設(shè)計(jì)了三種資源規(guī)劃策略。仿真結(jié)果表明,基于時(shí)間連續(xù)規(guī)整度的RWTA方案可以獲得較低的阻塞率,與隨機(jī)命中策略和首次命中策略相比,當(dāng)業(yè)務(wù)量為90時(shí)分別降低了7.62%和 2.81%。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN918;O413
【圖文】：

由于搭建專(zhuān)有ＱＫＤ網(wǎng)絡(luò)的成本非常高，將ＱＫＤ與經(jīng)典信息復(fù)用進(jìn)單根光逡逑纖中通信的需求日益增加，量子保密通信開(kāi)始探索量子信號(hào)和經(jīng)典光信號(hào)共纖同逡逑傳的方法。應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)加密和解密的點(diǎn)到點(diǎn)ＱＫＤ系統(tǒng)如圖１－２所示，逡逑Ａｌｉｃｅ和Ｂｏｂ之間通過(guò)量子密鑰通道（ＱＫＣｈ）和測(cè)量基通道（ＭＢＣｈ）實(shí)現(xiàn)通信逡逑雙方之間的量子密鑰共享，從而完成傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通道（ＴＤＣｈ）上的數(shù)據(jù)加密和解逡逑密。ＱＫＣｈ傳送具有不同偏振量子態(tài)的光子序列，ＭＢＣｈ用于發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)逡逑和交換測(cè)量基準(zhǔn)信息。測(cè)量基信號(hào)屬于經(jīng)典信號(hào)，因此ＭＢＣｈ可與ＴＤＣｈ共享逡逑相同的波長(zhǎng)或占用專(zhuān)有波長(zhǎng)。三種類(lèi)型的通道通過(guò)使用波分復(fù)用（ＷＤＭ）技術(shù)逡逑共享相同的光纖資源。逡逑｜邋［邋Ｄａｔａ邋ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ邋ｌｆ＿邐邐｜邋Ｄａｔａ邋ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ邋｜邐＼逡逑１、邐１１邋ｌｎｉｏｉ＞ｒａｔｔｎｇ邋ＱＫＤ邋丨邋Ｉ邐．邐．邋？邐＼逡逑Ｉ邋ｐ邋二二邐—邋２統(tǒng)《通恑｜逡逑：邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋Ｋｅｙｓ（ＥｎｃｒｙｐＱ邐丨［Ｑｕａｎｔｕｍ邋ｋｅｙｓ（Ｄｅｃｒｙｐｔ）邋一—邋ｕ增NB＇；逡逑ｊ邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋ｆ＿＿＿＿＿ｊｉＭＱｊ．。邋！邐．邋［Ｊ邐Ｉ邋＿＿＿Ｑｕａｎｔｕｍ逡逑｜邋ｔｒａｎｓｎ＾ｔｔｅ＾＾］邋

Ｉ邐］逡逑圖１－１量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)案例：（ａ）美國(guó)ＤＡＲＰＡ網(wǎng)絡(luò)0２６１邋（ｂ）歐洲ＳＥＣＯＱＣ網(wǎng)絡(luò)Ｉ２５，２６】逡逑１．２．２．２量子與經(jīng)典光信號(hào)共纖同傳發(fā)展趨勢(shì)逡逑由于搭建專(zhuān)有ＱＫＤ網(wǎng)絡(luò)的成本非常高，將ＱＫＤ與經(jīng)典信息復(fù)用進(jìn)單根光逡逑纖中通信的需求日益增加，量子保密通信開(kāi)始探索量子信號(hào)和經(jīng)典光信號(hào)共纖同逡逑傳的方法。應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)加密和解密的點(diǎn)到點(diǎn)ＱＫＤ系統(tǒng)如圖１－２所示，逡逑Ａｌｉｃｅ和Ｂｏｂ之間通過(guò)量子密鑰通道（ＱＫＣｈ）和測(cè)量基通道（ＭＢＣｈ）實(shí)現(xiàn)通信逡逑雙方之間的量子密鑰共享，從而完成傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通道（ＴＤＣｈ）上的數(shù)據(jù)加密和解逡逑密。ＱＫＣｈ傳送具有不同偏振量子態(tài)的光子序列，ＭＢＣｈ用于發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)逡逑和交換測(cè)量基準(zhǔn)信息。測(cè)量基信號(hào)屬于經(jīng)典信號(hào)，因此ＭＢＣｈ可與ＴＤＣｈ共享逡逑相同的波長(zhǎng)或占用專(zhuān)有波長(zhǎng)。三種類(lèi)型的通道通過(guò)使用波分復(fù)用（ＷＤＭ）技術(shù)逡逑共享相同的光纖資源。逡逑｜邋［邋Ｄａｔａ邋ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ邋ｌｆ＿邐邐｜邋Ｄａｔａ邋ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ邋｜邐＼逡逑１、邐１１邋ｌｎｉｏｉ＞ｒａｔｔｎｇ邋ＱＫＤ邋丨邋Ｉ邐．邐．邋？邐＼逡逑Ｉ邋ｐ邋二二邐—邋２統(tǒng)《通恑｜逡逑：邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋Ｋｅｙｓ（ＥｎｃｒｙｐＱ邐丨［Ｑｕａｎｔｕｍ邋ｋｅｙｓ（Ｄｅｃｒｙｐｔ）邋一—邋ｕ增NB＇；逡逑ｊ邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋ｆ＿＿＿＿＿ｊｉＭＱｊ．。邋！邐．邋［Ｊ邐Ｉ邋＿＿＿Ｑｕａｎｔｕｍ逡逑｜邋ｔｒａｎｓｎ＾ｔｔｅ＾＾］邋

傳輸性能可以在Ｃ波段實(shí)現(xiàn)［５（），５１１，而將ＱＫＣｈ置于較高頻率并在ＱＫＣｈ和其他逡逑通道之間保留一個(gè)較大的保護(hù)頻帶（如２００邋ＧＨｚ）可分別減小拉曼散射效應(yīng)和四逡逑波混頻效應(yīng)［５２，５３］，具體波長(zhǎng)分配情況如圖１－４所示。本課題將基于該分配方案為逡逑三種通道分配波長(zhǎng)資源。逡逑通道Ｍ逡逑／邐■邐ｊ；邋：邋Ｕ邋ｆ．邋－４１，逡逑丨邐＾７１＇邐ｉ邐…逡逑ｙ邋Ｉ邋．邋Ｉ邋＾邋＾５１＇，＂＾８２＊邋＞邋＾Ｏｍ逡逑１５３０邋２００ＧＨｚ邐１５６５邋Ａ／ｎｍ逡逑圖１－４三種通道在同一光纖中的波長(zhǎng)分配方案逡逑由于光纖中的波長(zhǎng)資源是有限的，大容量數(shù)據(jù)的承載需要消耗大量波長(zhǎng)資源，逡逑因此只能分配少數(shù)幾個(gè)波長(zhǎng)用來(lái)構(gòu)建ＱＫＣｈ和ＭＢＣｈ。為了使更多的業(yè)務(wù)能夠逡逑獲得密鑰資源實(shí)現(xiàn)安全傳輸，在時(shí)間維度上合理安排用于構(gòu)建ＱＫＣｈ和ＭＢＣｈ逡逑的波長(zhǎng)資源將變得尤為重要。時(shí)分復(fù)用（Ｔｉｍｅ－ｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，ＴＤＭ）技術(shù)逡逑通過(guò)將波長(zhǎng)資源切分為固定長(zhǎng)度的時(shí)隙資源，使得不同業(yè)務(wù)請(qǐng)求可以通過(guò)占用不逡逑同時(shí)隙的傳輸帶寬共享同一個(gè)波長(zhǎng)資源，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)疏導(dǎo)和波長(zhǎng)資源的充分利逡逑用

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本文編號(hào)：2778301