[发明专利]量子城域网中基于动态优先级的路由器队列调度方法

说明书

本发明公开了一种量子城域网中基于动态优先级的路由器队列调度方法，量子城域网为量子业务和经典业务分配不同的服务优先级，对路由节点上的缓存队列进行分类，将不同业务类型和服务优先级的业务产生的数据包放入不同的优先级队列中，使用加权循环调度算法在队列调度过程中为队列分配权重值，根据网络状态动态调整不同队列的权重值。本发明利用延时队列处理因密钥暂时短缺而不能加密的数据包，保证了业务的公平性与实时性，利用加权循环调度算法，在队列调度的过程中根据网络状态动态调整队列权重值，提高了队列调度的灵活性和适应性。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及量子城域网技术领域中的一种量子城域网中基于动态优先级的路由器队列调度方法。本发明可在量子城域网中根据网络状态，在队列调度过程中采用动态加权的优先级调度机制，保证业务的实时性和公平性。

背景技术

量子城域网主要包括经典网络、QKD系统、量子信道和经典保密系统。首先QKD系统负责在经典信道的辅助下进行密钥协商，每次密钥协商完毕会在相邻的路由器端形成密钥。发送端和接收端利用量子密钥和经典保密系统对要传输的信息进行一次一密加密，加密后的信息通过经典信道传输，沿途的路由器利用量子密钥对加密后的信息进行逐跳的解密和加密，最后接收方收到加密信息后利用量子密钥对信息进行解密。

随着通信网络技术的发展，单一的数据传输网络逐步演化为视频，图像，语音等多业务的综合传输网络，这些多媒体业务在业务所获得的带宽，传输数据流的低时延和低抖动等性能指标上对网络的服务质量QoS(Quality Of Service)提出了更高的要求，网络资源的有效管理是实现网络QoS控制的关键，具体表现在缓冲队列和链路带宽等网络资源的公平分配和合理使用上。因特网工程小组提出过许多用来控制网络QoS的服务模型与协议，比较典型的有综合服务模型IntServ(Integrated Service)和区分服务模型DiffServ(Differentiated Service)。IntServ提供的是端到端的QoS保证，对网络中路由器的性能要求很高，扩展性较差，很难在大规模的网络中实施，为了解决IntServ扩展性差的缺点，DiffServ模型采用流汇聚和逐跳行为的方式为网络提供一定程度的QoS保障，它具有良好的扩展性和鲁棒性，而且实现简单，已经成为复杂网络中实现QoS的首选方式，而区分服务中的队列调度也是当今研究的热点课题之一。

通过研究发现，在网络发生拥塞的状况下，控制网络拥塞最直接有效的手段就是队列调度，它是网络QoS控制的核心技术之一。综合服务IntServ和区分服务DiffServ中都存在队列调度问题，当网络发生拥塞时网络中的数据分组会进入路由器的缓冲队列中，作为转发节点的路由器会按照一定的调度策略决定缓冲队列中数据分组的出队顺序。因此队列调度的基本思想是如何从一个或者多个缓冲队列中选择即将被转发的数据分组。目前应用最多的队列调度算法共有三类：分组公平类算法，轮询类算法和服务曲线类算法。加权公平队列算法WFQ(Weighted Fair Queuing)是基于通用处理机共享流体模型的算法，加权轮询调度算法WRR(Weighted Round Robin)是基于循环类算法的改进型算法，在一次轮询周期中依据每个队列的权重值进行循环调度。衡量队列调度算法性能的指标主要有对链路带宽的利用率，对不同业务流带宽分配的公平性和业务流的时延特性，以及算法本身的复杂度等。

随着量子城域网的高速发展，用户规模和业务类型都将急剧增加，网络发生拥塞的概率也逐渐变大，其中，量子加密业务在传输过程中需要利用量子密钥进行加密和解密，由于量子密钥是相邻可信中继通过QKD系统以一定的密钥生成速率协商而来的，因此在保证量子城域网QoS的同时还要考虑量子密钥的生成速率这一性能指标。传统的单一队列调度算法在队列调度过程中不能区分处理量子保密业务与经典业务，也无法处理量子保密业务因密钥暂时短缺而产生的丢包问题，导致业务的实时性与公平性无法得到保障，因此难以适用于量子城域网。目前还未出现针对量子城域网的路由器队列调度方法，为了保证量子业务和经典业务都有较好的通过率，在量子城域网中关于路由器队列调度方法的研究也变得越来越重要。