四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析

admin 2024年2月26日11:51:53评论8 views字数 2213阅读7分22秒阅读模式

一、文章名称

M. Reza Dibaj, Pouya Mehdizadeh, M. Sadegh Ghasrizadeh, Hamzeh Beyranvand, Juan Carlos Hernandez-Hernandez, Jose Alberto Hernandez, Dvaid Larrabeiti, Farhad Arpanaei. From Strings to Steams: A Multi-Perioid Analysis of QKD over EONs, Showcasing Multi-Band vs. Multi-Fiber solutions. 33rd International Telecommunication Networks and Applications Conference. 2023: 169-175.

二、体系结构

四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析

  网络结构包括采用BB84协议;每个中间节点,根据波长band,放大CCh信号,PICh和QCh进行drop,与最后一个节点分享密钥;存储的最优一个密钥用来加解密数据;对于长距离的低密钥生成率SKR,需要信任的中继分享密钥;对于信任中继的位置设定在放大器的点上。

  量子信道噪声:

  a.拉曼散射(SpRS):为了避免拉曼散射(Spontaneous Raman Scattering, SpRS),经典信道与量子信道需要200GHz(约1.6nm)隔离带,量子信道处在更低的波长。

   b.非线性干扰(NLI):四波混频(FWM)噪声和受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS),产生了非线性干扰,其中FWM:由于光纤中的克尔效应(Kerr effect),产生了四波混频(four-wave mixing, FWM)非线性噪声源,它刺激了拉曼散射的损伤。

  c.由于低光功耗,由量子交互产生的噪声可以忽略不计;

  SKR的下界由Shannon公式决定的,考虑到背景噪声(暗电流、NLI、SpRS),SKR计算由公式(3)计算。

四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析

在量子和经典的数据信道共存时,当CChs(N)增加,影响QChs噪声显著增加,可能导致在短距离时SKR成为0(例如3km以下)。实际上,在长网络,CChs和QChs共存在一根光纤,占用相同或者邻接的频谱波长,限制了SKR和经典光的吞吐量。因此,QChs和CChs或者在不同的光纤媒介,或者有一个非常远的隔离频谱波长。

In case 1, C-band分别在两根独立的光纤,其中C-band分配给480个QChs。

In case 2, 一根共享光纤,C+L-band给CChs,O-band给236个QChs。

In case 3, 一根共享光纤,C-band分配给480QChs,L-band给80CChs。

In case 4, 一根共享光纤,L-band低频分配给25CChs,200GHz的保护波长,剩余C+L-band分配给794个QChs。

QChs是12.5GHz,CChs是75GHz,p_c=0dBm,quantum power=-80dBm,T_s=250ps,mu=0.5,sig_{ec}=1.16,检测器时间门相隔时间T_d=100ps,e_d=0.015,sig_d=0.3,p_{dark}=10^{-8},gama=1.20 1/W/km,beta——2=-22.317ps^2/km,beta_3=0.1331ps^3/km.

四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析

四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析


四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析


四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析

三、算法与实验分析

1、算法分析

四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析

a. 算法过程

  i.PICh分配:寻找k最短路径,然后在k最短路径中,分配C-band第一个频谱信道给PICh;

  ii.QCh分配:对于量子安全请求,QCh被路由,然后检查这些路径,这些路径的最小的频谱数量以及时间槽分配给QCh;

  iii.CCh分配:最后,如果有量子安全请求,经典的流量需求分配给QCh一样的路径,其中采用距离自适应模式分配方法;如果没有量子安全请求,经典的流量需求分配采用多路径方法进行分配,其中采用距离自适应模式分配方法

b. 输入数据

  i.物理网络:G(N,L);N为节点集合,L为链路集合;

  ii.R(s_r,d_r,theta_r,sigma_r,tao_r);s_r源点,d_r目标点,theta_r经典流量需求,sigma_r二进制变量,当需要量子安全时,sigma_r=1,否则为0;当sigma_r=1时,tao_r为密钥更新时间。当tao_rin{256,128,64}ms,量子密钥的安全水平为{1,2,3}.

  iii.SKR of links per one Quantum Tx/Rx;

  iv.Quantum band;

  v.K 

2、实验分析

  a.物理网络:the national Deutsche Telekom (DT)德国电信,每条链路最大距离为50km;

  b.流量请求:theta_r是在100-600 Gbps之间的均匀分布数据;0.25的概率sigma_r=0;密钥长度为256bits,安全水平在{1,2,3}中随机选择,分别表示可要更新时间为(tao_rin{256,128,64}ms);

    注意:tao_r是算法的输入,对应的是安全水平,与密钥长度似乎无关。

  c.流量吞吐量第一年140Tbps,后续的每一年增加35%。

  d.性能比较参数包括1)光纤长度总和,它与光纤数量、ROADM利用率总和节点度;2)量子数量消耗量。

原文始发于微信公众号(豆豆咨询):四、在多波与多光纤下的QKD弹性光网络多周期分析

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