[发明专利]一种量子保密通信网络的性能评价方法

说明书

一种量子保密通信网络的性能评价方法，可以对网络拓扑层面的通信需求满足程度进行衡量，属于量子保密通信网络性能评估领域。本发明包括：S1、基于图论，用图G＝(V,E,F)模拟量子保密通信网络，V、E和F分别表示基于图论的量子保密通信网络中的节点、边和网络流的集合；利用量子保密通信网络中连接节点对(s_i,t_j)的连接需求表示节点s_i的属性；利用量子保密通信网络中的信道容量和密钥容量表示边(u_σ,v_φ)的属性；利用带有属性的连接节点对和边组成非负函数f(s_i,t_j,u_σ,v_φ)，表示连接节点对(s_i,t_j)在边(u_σ,v_φ)上的网络流；S2、根据图G＝(V,E,F)，计算评价指标B：当B的值大于1，表示当前定量子保密通信网络可以满足K中所有连接节点对的通信需求。

技术领域

本发明涉及一种量子保密通信网络的评价方法，属于量子保密通信网络性能评估领域。

背景技术

随着QKD技术的快速发展以及应用性越来越强，其点对点的通信机制已经成为限制其应用规模的主要瓶颈。为了克服节点规模和通信距离的限制，通过设计合理的网络规划方案，使用QKD设备来构建QSCN是必然的发展趋势。在设计网络方案时，使用合适的评价指标对网络进行准确的性能评估对网络的质量保障、成本控制、优化设计、性能验证等起着至关重要的作用。

进行性能评估采用的三种典型手段为：测试验证、仿真模型、数学分析。测试验证手段指的是，通过使用实际设备搭建真实网络，进行性能分析。欧盟搭建的SECOQC网络、DARPA网以及Tokyo网这些实际搭建的网络均属于采用测试验证的方式进行网络的性能评估。通过该手段可以对中继器件的物理可行性、分层模型、应用模式等进行探索。但是通过测试验证这种方法来对QSCN进行性能评估的成本过大，并且在使用此种方法时，难以对网络的拓扑和参数进行改动。为了降低QSCN性能评估的成本，2017年Mehic等人提出了一种QSCN仿真模型。该模型中为了对性能进行分析，仿真并实现了基于可信中继组网、信息中继模式的密钥生成功能和保密通信功能，但是此仿真模型在进行性能分析时未考虑到实际的密钥生成能力和实际的通信需求，不能反映真实QSCN的性能。随后王亚星等人为了能更真实的表征QSCN的性能，提出了一种实际的QSCN仿真模型，此模型分别采用泊松随机过程和GLLP理论对端到端(E2E)的通信需求和点到点(P2P)的密钥生成能力进行了建模；同时提出了ITS通信能力和ITS通信效率两个指标对网络性能进行了更准确的分析。该方法虽然可以对运行中的QSCN性能进行模拟和分析，但是仍无法准确给出性能的具体影响因素，无法对网络方案的合理性进行有效分析。

QSCN性能评估的主要目的在于测评当前网络的状态，即网络在运行中的各项指标从而对当前网络进行分析，以判断当前网络的性能以及当前网络方案是否合理。而目前所采用的QSCN性能评估指标仅能计算运行网络的性能，而无法给出性能的具体影响因素以及当前网络的性能极限，并不能对当前网络方案的合理性给出评价。现有研究的主要缺点在于：(1)基于测试验证的性能评估方法成本过高，并且难以对网络拓扑和参数进行改动；(2)目前基于仿真方法的QSCN仿真模型，仅能模拟和分析运行中的QSCN性能，且无法准确给出性能的具体影响因素；(3)在QSCN性能评估方面，对给定的QSCN还无法计算其网络的性能极限，无法对当前网络方案的合理性给出评价。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可以对网络拓扑层面的通信需求满足程度进行衡量的量子保密通信网络的性能评价方法。

本发明的一种量子保密通信网络的性能评价方法，所述方法包括：

S1、基于图论，用图G＝(V,E,F)模拟量子保密通信网络，V、E和F分别表示基于图论的量子保密通信网络中的节点、边和网络流的集合；