一种基于联合中继QKP的QKD网络资源配置优化方法、存储装置及智能终端与流程

本发明涉及量子网络中继和量子通信领域，具体涉及一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法、存储装置及智能终端。

背景技术：

1、在现有的量子通信网络系统中，我们可以观察到随着请求数的增多，总成本均增加。随着qkd请求数的增多，总成本值是逐渐增加的。并且在同一个场景下，随着密钥率的增加，其总成本值也是逐渐递增的。并且与之前的trn(trusted relay node，可信中继方案)方案和htur(hybrid trusted and untrusted relay，联合中继)方案相比，同一密钥率条件下，

2、本文中提出的新方案所需的总成本值(量子网络器件部署量)明显更低。这一现象验证了我们新提出的方案的高效性。以当密钥率一定时，trn曲线始终高于提出的hqnc(hybrid-qkd-network-cost，为联合qkd网络成本)方案，并且随着qkd请求数的增多，trn和hqnc方案中的成本值差距越大。产生这一现象的原因是，随着qkd请求数的增多，hqnc方案相比于trn的成本节约越大。随着网络规模的扩大，qkd网络部署的总成本也在逐渐增加，其原因是网络规模扩大、所容纳的qkd请求数也会增多。

3、因此，需要对现有的量子通信网络进行改进，优先现有的网络成本，节省网络搭建成本。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，提出了一种优化网络架构，节省网络成本的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，改方法应用在应用在基于qkp的qkd网络中，该方法包括以下步骤：

3、步骤s1:获取网络中的参数：g(n，l)，r，d，wq；

4、步骤s1：初始化网络架构中的变量参数，令参数cr，cr，lr全部归零；

5、步骤s2：对任意一个到达的qkd请求r，采用dijkstra算法为该请求r寻找源节点与目的节点之间的最短路径or；

6、步骤s3：根据最短路径or计算源节点与目的节点的链路长度lsd；

7、步骤s4：根据请求r的密钥率需求，计算信道数pr＝er/ed；

8、步骤s6：通过first-fit算法为请求r分配合适的信道波长cr；

9、步骤s7：根据确定的最短路径or和可用信道波长cr，计算所述请求r的和lr，得到最优资源配置；

10、其中，g(n，l)表示为qkd系统网络拓扑,n和l分别表示光节点/qkd节点和光纤链路的集合，r为系统网络中qkd发出请求的总数，d为请求链路中一对连接的mdi-qt之间的距离，wq为请求r所有可用波长信道作为量子信道的集合；

11、cr为请求r路由，cr为请求r的波长,为网络中qkd个数，为请求r所需的mdi-qt个数，为请求r所需的mdi-qr个数，为请求r所需的ks个数，lr为请求r的光纤链路总长度，pr为请求r的并行qkd链路数，er为请求r的密钥率，ed为距离为d时的密钥率。

12、优选地，所述基于qkp的qkd网络架构包括应用层、控制层、qkd层和光传输层，其中：所述控制层通过北向接口与应用层连接，通过南向接口与qkd层连接，

13、所述应用层包括多个用户端，所述控制层包括sdn控制器，所述qkd层包括多个qkd节点，中继节点以及量子密钥池，所述qkd节点通过量子信道与中继节点连连接，所述量子密钥池通过km信道与qkd节点连接；

14、所述光传输层包括多个关节点，所述光传输层通过光纤链路与所述qkd层连接。

15、优选地，在步骤s6中根据通过first-fit算法为请求r分配合适的波长cr的步骤如下：

16、步骤s6-1：基于最短路径or，选择所有可用波长信道作为量子信道存储到wq；

17、若|wq|≥2*pr，则在集合中wq筛选2*pr个波长信道供r使用；

18、步骤s6-2：基于最短路径or，选择所有可用波长信道作为km信道存储在集合中wkm；

19、若|wkm|≥1，在集合wkm中选1个波长信道供请求r使用。

20、优选地，所述网络中qkd个数的计算公式为：

21、

22、其中，d为请求链路中一对连接的mdi-qt之间的距离。

23、优选地，为所述请求r所需的mdi-qr个数的计算公式为：

24、

25、优选地，请求r所需的ks个数的计算公式为：

26、

27、优选地，lr为请求r的光纤链路总长度lr的计算公式为：

28、lr＝2*pr*lsd+lkm,

29、其中lkm表示请求r的km链路的长度。

30、一种存储装置，该存储装置中存储有多条指令，所述指令适用于由处理器加载并执行如上述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法步骤操作。

31、一种智能终端，包括用于执行各指令的处理器和用于存储多条指令的存储装置，所述指令适用于由所述处理器加载并执行如上述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法步骤操作。

32、本发明有益的技术效果：本发明出运用qkp存储密钥，提高量子密钥的利用率，实现优化构建量子密钥分发网络，节约网络部署成本；同时基于联合中继的网络成本最小化的ilp模型以及hqnc启发式算法来实现qkd网络资源配置的优化，大大降低了量子网络与组网的部署成本。

技术特征：

1.一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，其特征在于，改方法应用在应用在基于qkp的qkd网络中，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，其特征在于，所述基于qkp的qkd网络架构包括应用层、控制层、qkd层和光传输层，其中：所述控制层通过北向接口与应用层连接，通过南向接口与qkd层连接，

3.如权利要求2所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，其特征在于，在步骤s6中根据通过first-fit算法为请求r分配合适的波长cr的步骤如下：

4.如权利要求3所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，其特征在于，所述网络中qkd个数的计算公式为：

5.如权利要求4所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，其特征在于，为所述请求r所需的mdi-qr个数的计算公式为：

6.如权利要求5所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，其特征在于，请求r所需的ks个数的计算公式为：

7.如权利要求6所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法，其特征在于，lr为请求r的光纤链路总长度lr的计算公式为：

8.一种存储装置，该存储装置中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适用于由处理器加载并执行如权利要求1-7任一所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法步骤操作。

9.一种智能终端，包括用于执行各指令的处理器和用于存储多条指令的存储装置，其特征在于，所述指令适用于由所述处理器加载并执行如权利要求1-7任一所述的一种基于联合中继qkp的qkd网络资源配置优化方法步骤操作。

技术总结
本发明公开了一种基于联合中继QKP的QKD网络资源配置优化方法，包括以下步骤：获取网络中的参数；初始化网络架构中的变量参数；对QKD请求r，采用Dijkstra算法为该请求r寻找源节点与目的节点之间的最短路径Or；根据最短路径Or计算源节点与目的节点的链路长度L<subgt;SD</subgt;；根据请求r的密钥率需求，计算信道数；通过First‑Fit算法为请求r分配合适的信道波长；根据确定的最短路径Or和可用信道波长C<subgt;r</subgt;，计算所述请求r的相关参数。本发明运用QKP存储密钥，提高量子密钥的利用率，实现优化的构建量子密钥分发网络，节约网络部署成本。

技术研发人员：郭邦红,贾洁,杜戈
受保护的技术使用者：广东国腾量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16