量子密钥分发光网络的资源分配机制研究
发布时间：2023-09-03 19:55
量子密钥分发技术(QKD)的出现为抵御未来计算能力高速发展带来的信息安全问题提供了新的解决方案。近年来,QKD的理论已得到了初步完善,正逐渐从实验室走向实际应用。下一阶段的发展重点将是大规模QKD组网技术,从提高可扩展性及降低实施成本的角度出发,将QKD与光网络融合,即搭建量子密钥分发光网络,成为了必然的发展趋势。本论文围绕如何在现有的光网络资源中承载量子信号的传输这一核心问题,重点针对QKD与光网络融合中噪声干扰及资源竞争两大挑战展开研究,从提高可靠性及资源共享的高效性两个层面提出相应的资源分配方案,主要的研究工作和创新成果如下:(1)针对量子信号与经典信号共纤传输中的多噪声源抑制问题,提出了联合优化四波混频与拉曼散射噪声的波长分配(JOCA)方案。该方案中通过非等间隔信道位置选择及拉曼散射最优的信道间隔选择,能够同时降低四波混频(FWM)及拉曼散射噪声对QKD系统的影响。基于搭建的支持信道重构的共纤传输实验平台展开了一系列噪声测试实验,实验结果验证了提出的JOCA方案能够基本消除FWM噪声干扰,同时使拉曼散射噪声降低23%以上。对QKD系统的性能评估结果表明,密钥生成率与传统方案相...
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 量子密钥分发技术(QKD)概述
1.1.1 QKD原理
1.1.2 QKD发展进程
1.2 QKD与光网络的融合趋势
1.2.1 QKD光网络中的关键技术
1.2.2 QKD光网络的现状
1.3 QKD光网络中的资源分配
1.3.1 面临的主要挑战
1.3.2 现有方案及其不足
1.4 论文的主要研究工作及创新点
1.5 论文结构安排
参考文献
第二章 静态环境下多噪声源抑制的信道规划
2.1 共纤传输系统中的噪声干扰评估
2.1.1 干扰源分析
2.1.2 数值仿真与结果评估
2.2 针对FWM与自发拉曼散射联合优化的波长分配(JOCA)方案
2.2.1 JOCA方案设计
2.2.2 实验及仿真评估
2.3 JOCA方案在QKD光接入网中的扩展应用
2.3.1 基于JOCA方案的QKD光接入网中的噪声抑制
2.3.2 QKD光接入网中的JOCA方案性能评估
2.4 本章小结
参考文献
第三章 动态网络下针对时变噪声的自适应信道分配
3.1 动态QKD光网络中的时变噪声干扰问题
3.2 基于机器学习的噪声抑制信道分配(ML-NSCA)方案
3.2.1 方案流程
3.2.2 核心技术-基于ML的最佳信道预测
3.3 ML-NSCA方案的性能评估
3.3.1 ML预测模型的准确性分析
3.3.2 密钥生成率提升性分析
3.4 本章小结
参考文献
第四章 针对资源竞争问题的高效资源共享
4.1 QKD光网络中的资源竞争问题
4.2 密钥量驱动的波长分配(KSD-WA)机制
4.2.1 KSD-WA机制原理
4.2.2 约束条件及优化目标
4.3 针对KSD-WA机制的启发式优化算法
4.3.1 最大密钥容量优先算法
4.3.2 最小增益保证算法
4.4 针对KSD-WA机制的深度强化学习优化算法
4.4.1 学习模型建立
4.4.2 DeepRL算法的训练
4.4.3 DeepRL算法的参数设置及其收敛性
4.5 在动态网络环境下的仿真分析
4.5.1 KSD-WA机制的密钥生成性能评估
4.5.2 KSD-WA机制资源共享的高效性验证
4.6 本章小结
参考文献
第五章 高效的时间-频域QKD编码方案(博士期间其他工作)
5.1 提高密钥生成率的高阶时间-频域QKD编码
5.1.1 现有方案及其不足
5.1.2 基于非延时干涉环的时间-频域编码方案
5.2 NDI-TF-QKD方案的性能评估
5.2.1 基于IR攻击下的有效传输率评估
5.2.2 实际应用场景下的密钥生成速率评估
5.2.3 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
附录 缩略语表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3845682
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【学位级别】：博士
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摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 量子密钥分发技术(QKD)概述
1.1.1 QKD原理
1.1.2 QKD发展进程
1.2 QKD与光网络的融合趋势
1.2.1 QKD光网络中的关键技术
1.2.2 QKD光网络的现状
1.3 QKD光网络中的资源分配
1.3.1 面临的主要挑战
1.3.2 现有方案及其不足
1.4 论文的主要研究工作及创新点
1.5 论文结构安排
参考文献
第二章 静态环境下多噪声源抑制的信道规划
2.1 共纤传输系统中的噪声干扰评估
2.1.1 干扰源分析
2.1.2 数值仿真与结果评估
2.2 针对FWM与自发拉曼散射联合优化的波长分配(JOCA)方案
2.2.1 JOCA方案设计
2.2.2 实验及仿真评估
2.3 JOCA方案在QKD光接入网中的扩展应用
2.3.1 基于JOCA方案的QKD光接入网中的噪声抑制
2.3.2 QKD光接入网中的JOCA方案性能评估
2.4 本章小结
参考文献
第三章 动态网络下针对时变噪声的自适应信道分配
3.1 动态QKD光网络中的时变噪声干扰问题
3.2 基于机器学习的噪声抑制信道分配(ML-NSCA)方案
3.2.1 方案流程
3.2.2 核心技术-基于ML的最佳信道预测
3.3 ML-NSCA方案的性能评估
3.3.1 ML预测模型的准确性分析
3.3.2 密钥生成率提升性分析
3.4 本章小结
参考文献
第四章 针对资源竞争问题的高效资源共享
4.1 QKD光网络中的资源竞争问题
4.2 密钥量驱动的波长分配(KSD-WA)机制
4.2.1 KSD-WA机制原理
4.2.2 约束条件及优化目标
4.3 针对KSD-WA机制的启发式优化算法
4.3.1 最大密钥容量优先算法
4.3.2 最小增益保证算法
4.4 针对KSD-WA机制的深度强化学习优化算法
4.4.1 学习模型建立
4.4.2 DeepRL算法的训练
4.4.3 DeepRL算法的参数设置及其收敛性
4.5 在动态网络环境下的仿真分析
4.5.1 KSD-WA机制的密钥生成性能评估
4.5.2 KSD-WA机制资源共享的高效性验证
4.6 本章小结
参考文献
第五章 高效的时间-频域QKD编码方案(博士期间其他工作)
5.1 提高密钥生成率的高阶时间-频域QKD编码
5.1.1 现有方案及其不足
5.1.2 基于非延时干涉环的时间-频域编码方案
5.2 NDI-TF-QKD方案的性能评估
5.2.1 基于IR攻击下的有效传输率评估
5.2.2 实际应用场景下的密钥生成速率评估
5.2.3 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
附录 缩略语表
致谢
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本文编号：3845682
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