CN115941161A - 链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质，利用系留无人机搭载机载光纤和机载自由空间收发端，一方面与其直接相连的地面节点建立光纤连接，另一方面与其相邻的系留无人机建立自由空间连接，进而实现光纤链路故障下的量子密钥分发业务的快速恢复。

Description

链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)可以为通信双方提供理论上“无条件安全”的对称密钥，实现信息论安全的密钥分发。QKD常用的传输介质包含光纤和自由空间两类，当QKD网络遭受地震等自然因素或非法攻击等人为因素的影响时，其光纤链路可能发生故障导致QKD连接中断，如果中断的QKD连接不能及时恢复，将会导致用户加密数据无法及时安全传输，会对用户造成难以估量的损失。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质。

基于上述目的，本申请提供了一种链路故障恢复方法，包括：

确定故障链路；

根据所述故障链路，规划机载接收端和机载发送端；

部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障。

可选地，所述确定故障链路，包括：

检测故障业务；

查询所述故障业务的密钥协商路径；

查询所述密钥协商路径上相邻节点间的实时量子密钥成码率；

根据所述实时量子密钥成码率确定所述故障链路。

可选地，所述机载接收端包括机载光纤接收端和机载自由空间接收端，所述机载发送端包括机载光纤发送端和机载自由空间发送端；

所述根据所述故障链路规划机载接收端和机载发送端，包括：

查询所述故障链路对应的节点、接收端、发送端和协议；

根据所述协议选择与所述发送端相匹配的所述机载光纤接收端；

根据所述协议选择与所述接收端相匹配的所述机载光纤发送端；

查询所述节点之间的水平距离；

查询所述故障链路无故障时的量子密钥成码率；

根据所述量子密钥成码率，计算所述节点之间的总量子密钥成码率损失；其中，所述总量子密钥成码率损失为所述节点之间的所述量子密钥成码率的总和；

查询所述机载自由空间接收端和所述机载自由空间发送端在所述水平距离下的自由空间量子密钥成码率；

根据所述总量子密钥成码率损失和所述自由空间量子密钥成码率，计算并选择所述机载自由空间接收端和所述机载自由空间发送端的对数。

可选地，所述部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障，包括：

根据所述故障链路计算所述系留无人机的数量；

在所述故障链路对应的节点上方部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的所述系留无人机；

基于光纤信道和自由空间信道配置所述机载接收端和所述机载发送端；

重新配置链路，以恢复链路故障。

可选地，所述在所述故障链路对应的节点上方部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的所述系留无人机，包括：

设置所述故障链路对应的节点上方系留无人机之间的水平距离与所述节点之间的水平距离相适应。

可选地，所述机载自由空间接收端和机载自由空间发送端的对数，通过以下公式计算得到：

其中，Ra为所述总量子密钥成码率损失，Rb为所述自由空间量子密钥成码率。

可选地，所述在所述故障链路对应的节点上方部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的所述系留无人机，包括：

设置所述系留无人机连接的光纤链路的长度与所述系留无人机部署的高度相匹配。

基于上述目的，本申请还提供了一种链路故障恢复装置，包括：

故障链路定位模块，被配置为确定故障链路；

机载接收端和机载发送端规划模块，被配置为根据所述故障链路规划机载接收端和机载发送端；

故障恢复连接配置模块，被配置为部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障。

基于上述目的，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一项实施例所述的方法。

基于上述目的，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上任意一项实施例所述的方法。

从上面所述可以看出，本申请提供的一种链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质，利用系留无人机搭载机载光纤和机载自由空间QKD收发端，一方面与其直接相连的地面节点建立光纤QKD连接，另一方面与其相邻的系留无人机建立自由空间QKD连接，进而实现光纤链路故障下的QKD业务的快速恢复。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一种示例性基于光纤的QKD网络示意图；

图2示出了一种示例性基于光纤的QKD链路示意图；

图3示出了一种示例性基于自由空间的QKD链路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种链路故障恢复方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的一种链路故障恢复方法的确定故障链路的流程图；

图6为本申请实施例提供的一种链路故障恢复方法的根据所述故障链路，规划机载接收端和机载发送端的流程图；

图7为本申请实施例提供的一种链路故障恢复方法的部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障的流程图；

图8为本申请实施例提供的一种链路故障恢复装置的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种电子设备的示意图；

图10为本申请的实施例提供的一种链路故障恢复方法的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

QKD常用的传输介质包含光纤和自由空间两类，其中基于光纤的QKD网络已经开始在现网部署试点应用，将逐渐成为给政务、金融等各种领域高安全需求用户提供量子密钥的重要基础设施。

基于光纤的QKD网络已在现网示范应用并逐渐走向实用化。图1示出了一种示例性基于光纤的QKD网络示意图，包括节点A、节点B、节点C、节点D和节点E。其中节点的核心组件是QKD收发端(即QKD接收端和QKD发送端)，QKD链路涉及的量子信道和经典信道均由光纤链路实现。QKD收发端通过QKD链路基于特定的QKD协议建立连接，本专利适用的QKD网络采用基于一(发送)对一(接收)的QKD协议，如BB84(Bennett-Brassard-1984)、GG02(Grosshans-Grangier-2002)、COW(Coherent-One-Way)等协议，不考虑如BBM92(Bennett-Brassard-Mermin-1992)、MDI(Measurement-Device-Independent)等协议。如图1所示，为了给用户A和用户C提供对称的量子密钥保障用户间加密数据安全传输，需要在节点A与节点C之间建立协商端到端密钥的QKD业务(QKD业务1)，端到端密钥协商的过程涉及节点A与节点C之间路径上QKD发送端与QKD接收端的连接，每个中间节点(可信中继节点，如节点B)处利用前后链路的点到点密钥进行密钥中继。然而，一旦出现如图1所示的光纤链路故障，将会导致节点A与节点C之间的密钥协商中止，进而造成用户A与用户C之间的加密数据无法安全传输，可能带来多重风险和巨额损失。

基于光纤的和基于自由空间的QKD都可以通过系留无人机来实现。系留无人机具有快速部署、轻便灵活等特点，在突发自然灾害、通信基础设施受到破坏等条件下，其应急通信能力优势更为明显。系留无人机既可以在空中通过光纤连接地面节点，也可以在空中悬停后相互连接。如图2所示，系留无人机A通过系留电缆连接地面电源作为动力来源，并通过系留光纤将其系留无人机A的QKD接收端连接地面节点A的QKD发送端，从而可以在长时间滞空悬停环境下产生系留无人机与地面节点之间的点到点密钥。如图3所示，两架分别搭载QKD发送端与QKD接收端的系留无人机A和系留无人机B可以进行自由空间QKD链路连接，在空中协商出系留无人机之间的点到点密钥。

现有QKD网络主要采用以下相关的链路故障恢复方法：一是人工修复链路，一旦出现链路故障需要等待长时间的人工修复。二是采用重路由技术，该方法受限于QKD网络拓扑结构和资源实时空闲状态，存在较高的失败率且容易对其他路径上的原有业务产生影响。三是采用保护技术，具体细分为链路备份和密钥缓存，采用链路备份方法仍然受限于QKD网络拓扑结构，且成本和代价极高；而采用密钥缓存方法在故障恢复所需时间较长时容易面临缓存空间密钥量不足的问题，仍然对用户间加密数据及时安全传输造成影响。四是借助量子卫星，但是该方法目前实现成本和难度极高，且受限于量子卫星的数量和覆盖范围。因此，现有的QKD网络链路故障恢复技术存在故障恢复效率低、时延长、成本高或者适用范围受限等问题，难以完成迅速响应和及时恢复。

针对上述问题，本申请提出了一种链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质，该方法借助系留无人机的机动性和自由空间QKD的灵活性，例如，通过地面节点A—(光纤)—系留无人机A—(自由空间)—系留无人机B—(光纤)—地面节点B，实现地面节点A与B之间的光纤链路故障快速恢复，避免光纤链路故障发生后无法及时提供满足用户安全需求的量子密钥，一定程度上提高QKD网络的抗毁性和生存性，有利于提升QKD网络中光纤链路故障恢复效率。

下面结合附图来对本申请的技术方案进行详细说明。

图4为本申请实施例提供的一种链路故障恢复方法的流程图，如图1所示：

S401：确定故障链路。

如图5所示，在QKD网络发生链路故障后，S501：检测故障业务。该业务为链路故障影响的QKD业务，也称为故障QKD业务，QKD业务可以实现端到端密钥协商，链路故障将导致一个或多个QKD业务的端到端密钥协商中止。

S502：查询所述故障业务的密钥协商路径。该路径为故障QKD业务源宿节点间的端到端密钥协商路径，该路径连接QKD业务的源宿节点，路径上的中间节点作为可信中继节点执行密钥中继功能。

S503：查询所述密钥协商路径上相邻节点间的实时量子密钥成码率。该实时量子密钥成码率为故障QKD业务端到端密钥协商路径上每对相邻节点之间的实时量子密钥成码率。

S504：根据所述实时量子密钥成码率确定所述故障链路。QKD链路连接相邻节点之间的QKD发送端与QKD接收端，如果量子密钥成码率为0则可以确定该链路发生故障，发生故障的QKD链路可能是一对相邻节点之间的一条或多条QKD链路或者是几对节点之间的多条QKD链路。

如图4所示，S402：根据所述故障链路，规划机载接收端和机载发送端。

机载接收端包括机载光纤接收端和机载自由空间接收端，机载发送端包括机载光纤发送端和机载自由空间发送端，具体流程如图6所示：

S601：查询所述故障链路对应的节点、接收端、发送端和协议。该节点为每条故障QKD链路对应的节点，该接收端为每条故障QKD链路对应的接收端，该发送端为每条故障QKD链路对应的发送端，该协议为QKD协议，其中QKD协议涉及BB84、GG02、COW等基于一(发送)对一(接收)的QKD协议。

S602：根据所述协议选择与所述发送端相匹配的所述机载光纤接收端。该机载光纤接收端为与每条故障QKD链路对应的发送端相匹配的系留无人机可用的机载光纤QKD接收端，该过程需要考虑故障QKD链路对应的发送端使用的QKD协议。

S603：根据所述协议选择与所述接收端相匹配的所述机载光纤发送端。该机载光纤发送端为与每条故障QKD链路对应的接收端相匹配的系留无人机可用的机载光纤QKD发送端，该过程需要考虑故障QKD链路对应的接收端使用的QKD协议。

S604：查询所述节点之间的水平距离。该水平距离为每条故障QKD链路对应的节点之间的水平距离，水平距离只与节点的物理位置有关，也是后续在每条故障链路对应的节点上方部署系留无人机时，系留无人机在故障链路对应的节点上方悬停后相距的物理距离。

S605：查询所述故障链路无故障时的量子密钥成码率。

S606：根据所述量子密钥成码率，计算所述节点之间的总量子密钥成码率损失。计算每对相邻节点之间所有故障QKD链路的总量子密钥成码率损失Ra，一对相邻节点之间可能存在多个故障QKD业务对应的多条故障QKD链路，Ra即为一对相邻节点之间所有故障QKD链路在无故障时的量子密钥成码率总和。

S607：查询所述机载自由空间接收端和所述机载自由空间发送端在所述水平距离下的自由空间量子密钥成码率。查询可用的不同协议下的机载自由空间接收端和机载自由空间发送端在相应水平距离下的自由空间量子密钥成码率Rb，相应水平距离是前述步骤S604查询到的对应水平距离，QKD协议的不同使得物理实现手段和技术成熟度均不同，进而导致机载自由空间接收端和机载自由空间发送端之间可实现的自由空间量子密钥成码率存在差异。

S608：根据所述总量子密钥成码率损失和所述自由空间量子密钥成码率，计算并选择所述机载自由空间接收端和所述机载自由空间发送端的对数。根据Ra与Rb的关系计算选择不同协议时所需的机载自由空间发送端与机载自由空间接收端的对数，可以通过公式

计算得到。

需要说明的是，在选择机载自由空间接收端和机载自由空间发送端的对数时，选择对应的QKD协议下最少数量的系留无人机可用的机载自由空间发送端与机载自由空间接收端，最少数量有利于降低系留无人机成本和负重。

如图4所示，S403：部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障。具体流程如图7所示：

S701：根据所述故障链路计算所述系留无人机的数量。计算所有故障QKD链路所需的系留无人机数量，系留无人机数量与所有故障QKD链路相关的节点数量相同。

S702：在所述故障链路对应的节点上方部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的所述系留无人机。在故障QKD链路对应的节点上方部署搭载所需光纤和自由空间QKD收发端(即机载接收端和机载发送端)的系留无人机，搭载的光纤和自由空间QKD收发端是根据步骤S402规划选择的，在设置每架系留无人机的悬停高度时应保证悬停后系留无人机之间的物理距离为步骤S604查询到的对应水平距离。

需要说明的是，停留在空中的系留无人机通过光纤链路与故障链路对应的节点连接，因此，在故障链路对应的节点上方部署系留无人机时可以设置所述系留无人机连接的光纤链路的长度与所述系留无人机部署的高度相匹配。

S703：基于光纤信道和自由空间信道配置所述机载接收端和所述机载发送端。基于光纤信道配置机载光纤QKD接收端和发送端与每条故障QKD链路对应的发送端或接收端的连接，即光纤QKD连接。基于自由空间信道配置系留无人机之间机载自由空间QKD发送端与接收端的连接，即自由空间QKD连接。

S704：重新配置链路，以恢复链路故障。重新配置每个故障QKD业务的端到端密钥协商路径及路径上相关设备，新路径可以通过系留无人机建立的光纤和自由空间QKD连接绕过故障QKD链路，通过重新配置新路径及相关设备恢复受链路故障影响的QKD业务，最终完成QKD网络的链路故障恢复。

本申请实施例针对QKD网络可能面临的链路故障问题以及现有技术的缺点，基于系留无人机提出了一种链路故障恢复方法，该方法可以实现链路故障的精准响应和快速恢复，满足链路故障发生后用户间加密数据及时安全传输需求。

基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种链路故障恢复装置。

参考图8，所述链路故障恢复装置，包括：

故障链路定位模块801，被配置为确定故障链路。具体包括检测单元1、查询单元2、确定单元3。检测单元1用于检测链路故障影响的QKD业务；查询单元2功能包含：查询故障QKD业务源宿节点间的端到端密钥协商路径，查询故障QKD业务端到端密钥协商路径上每对相邻节点之间的实时量子密钥成码率；确定单元3用于根据实时量子密钥成码率确定QKD业务的故障QKD链路。

机载接收端和机载发送端规划模块802，被配置为根据所述故障链路规划机载接收端和机载发送端。具体包括查询单元4、计算单元5、选择单元6。查询单元4功能包含：查询每条故障QKD链路对应的节点、收发端和QKD协议，查询每条故障QKD链路对应节点之间的水平距离和无故障时的量子密钥成码率，查询可用的不同协议QKD收发端在相应水平距离下的自由空间量子密钥成码率Rb；计算单元5功能包含：计算每对相邻节点之间所有故障QKD链路的总量子密钥成码率损失Ra，根据Ra与Rb的关系计算选择不同协议时所需的机载自由空间QKD发送端与接收端对数；选择单元6功能包含：选择与每条故障QKD链路对应的发送端相匹配的系留无人机可用的机载光纤QKD接收端，选择与每条故障QKD链路对应的接收端相匹配的系留无人机可用的机载光纤QKD发送端，选择对应最少自由空间QKD收发端数量的系留无人机可用的机载自由空间QKD发送端与接收端。

故障恢复连接配置模块803，被配置为部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障。具体包括计算单元7、部署单元8、配置单元9。计算单元7用于计算所有故障QKD链路所需的系留无人机数量；部署单元8用于在故障QKD链路对应的节点上方部署搭载所需光纤和自由空间QKD收发端的系留无人机；配置单元9功能包含：基于光纤信道配置机载光纤QKD收发端与每条故障QKD链路对应的发送端或接收端的连接，基于自由空间信道配置系留无人机之间机载自由空间QKD发送端与接收端的连接，重新配置每个故障QKD业务的端到端密钥协商路径及路径上相关设备。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的链路故障恢复方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一实施例所述的链路故障恢复方法。

图9示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入/输出模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的链路故障恢复方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一技术构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的链路故障恢复方法。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体，可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的链路故障恢复方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

需要说明的是，本申请的实施例还可以以下方式进一步描述：

如图10所示，在QKD网络发生链路故障后，检测链路故障影响的QKD业务(QKD业务1、QKD业务2)；查询故障QKD业务源宿节点间的端到端密钥协商路径(QKD业务1：节点E→节点A→节点B；QKD业务2：节点A→节点B→节点C)；查询故障QKD业务端到端密钥协商路径上每对相邻节点之间的实时量子密钥成码率(QKD业务1：节点E→节点A(80kbps)、节点A→节点B(0kbps)；QKD业务2：节点A→节点B(0kbps)、节点B→节点C(65kbps))；根据实时量子密钥成码率确定QKD业务的故障QKD链路(QKD业务1：QKD链路A-B(1)；QKD业务2：QKD链路A-B(2))。QKD发送端E-1与QKD接收端A-1连接，QKD发送端B-2与QKD接收端C-2连接。

查询每条故障QKD链路对应的节点、收发端和QKD协议(QKD链路A-B(1)：节点A和节点B、QKD发送端A-1和QKD接收端B-1、BB84协议；QKD链路A-B(2)：节点A和节点B、QKD发送端A-2和QKD接收端B-2、COW协议)；选择与每条故障QKD链路对应的发送端相匹配的系留无人机可用的机载光纤QKD接收端(QKD发送端A-1：基于BB84协议的机载光纤QKD接收端a-1；QKD发送端A-2：基于COW协议的机载光纤QKD接收端a-2)；选择与每条故障QKD链路对应的接收端相匹配的系留无人机可用的机载光纤QKD发送端(QKD接收端B-1：基于BB84协议的机载光纤QKD发送端b-1；QKD接收端B-2：基于COW协议的机载光纤QKD发送端b-2)；查询每条故障QKD链路对应节点之间的水平距离和无故障时的量子密钥成码率(QKD链路A-B(1)：50km、60kbps；QKD链路A-B(2)：50km、50kbps)；计算每对相邻节点之间所有故障QKD链路的总量子密钥成码率损失Ra(节点A与节点B：110kbps)；查询可用的不同协议QKD收发端在相应水平距离下的自由空间量子密钥成码率Rb(BB84收发端：120kbps(50km)、GG02收发端：40kbps(50km)、COW收发端：55kbps(50km))；根据Ra与Rb的关系计算选择不同协议时所需的机载自由空间QKD发送端与接收端对数(BB84协议：1对；GG02协议：3对；COW协议：2对)；选择对应最少自由空间QKD收发端数量的系留无人机可用的机载自由空间QKD发送端与接收端(基于BB84协议的机载自由空间QKD发送端a与机载自由空间QKD接收端b)。

计算所有故障QKD链路所需的系留无人机数量(2架)；在故障QKD链路对应的节点上方部署搭载所需光纤和自由空间QKD收发端的系留无人机(节点A：系留无人机a；节点B：系留无人机b)；基于光纤信道配置机载光纤QKD收发端与每条故障QKD链路对应的发送端或接收端的连接(机载光纤QKD接收端a-1←QKD发送端A-1；机载光纤QKD接收端a-2←QKD发送端A-2；机载光纤QKD发送端b-1→QKD接收端B-1；机载光纤QKD发送端b-2→QKD接收端B-2)；基于自由空间信道配置系留无人机之间机载自由空间QKD发送端与接收端的连接(机载自由空间QKD发送端a→机载自由空间QKD接收端b)；重新配置每个故障QKD业务的端到端密钥协商路径及路径上相关设备(QKD业务1：节点E→节点A→系留无人机a→系留无人机b→节点B；QKD业务2：节点A→系留无人机a→系留无人机b→节点B→节点C)，恢复受链路故障影响的QKD业务，最终完成QKD网络的链路故障恢复。

本申请提出的一种链路故障恢复方法、装置、电子设备及存储介质，首次结合系留无人机对QKD网络的链路故障进行快速恢复。所提出的QKD网络的链路故障恢复方法通过故障QKD链路定位、机载QKD收发端规划、故障恢复连接配置来实现，该方法由QKD网络的链路故障恢复装置完成。本申请可以精准响应QKD网络的链路故障，并基于系留无人机与地面节点之间的光纤QKD以及系留无人机之间的自由空间QKD及时恢复链路故障，具有对多种突发情况和恶劣环境的适应能力，一定程度上解决现有QKD网络面临的故障恢复时延长、成本高或者失败率高等问题，有效提升了QKD网络的链路故障恢复效率，从而满足链路故障发生后用户间加密数据及时安全传输需求。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种链路故障恢复方法，其特征在于，包括：

确定故障链路；

根据所述故障链路，规划机载接收端和机载发送端；

部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定故障链路，包括：

检测故障业务；

查询所述故障业务的密钥协商路径；

查询所述密钥协商路径上相邻节点间的实时量子密钥成码率；

根据所述实时量子密钥成码率确定所述故障链路。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机载接收端包括机载光纤接收端和机载自由空间接收端，所述机载发送端包括机载光纤发送端和机载自由空间发送端；

所述根据所述故障链路规划机载接收端和机载发送端，包括：

查询所述故障链路对应的节点、接收端、发送端和协议；

根据所述协议选择与所述发送端相匹配的所述机载光纤接收端；

根据所述协议选择与所述接收端相匹配的所述机载光纤发送端；

查询所述节点之间的水平距离；

查询所述故障链路无故障时的量子密钥成码率；

根据所述量子密钥成码率，计算所述节点之间的总量子密钥成码率损失；其中，所述总量子密钥成码率损失为所述节点之间的所述量子密钥成码率的总和；

查询所述机载自由空间接收端和所述机载自由空间发送端在所述水平距离下的自由空间量子密钥成码率；

根据所述总量子密钥成码率损失和所述自由空间量子密钥成码率，计算并选择所述机载自由空间接收端和所述机载自由空间发送端的对数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障，包括：

根据所述故障链路计算所述系留无人机的数量；

在所述故障链路对应的节点上方部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的所述系留无人机；

基于光纤信道和自由空间信道配置所述机载接收端和所述机载发送端；

重新配置链路，以恢复链路故障。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述故障链路对应的节点上方部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的所述系留无人机，包括：

设置所述故障链路对应的节点上方系留无人机之间的水平距离与所述节点之间的水平距离相适应。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述机载自由空间接收端和机载自由空间发送端的对数，通过以下公式计算得到：

其中，Ra为所述总量子密钥成码率损失，Rb为所述自由空间量子密钥成码率。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述故障链路对应的节点上方部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的所述系留无人机，包括：

设置所述系留无人机连接的光纤链路的长度与所述系留无人机部署的高度相匹配。

8.一种链路故障恢复装置，其特征在于，包括：

故障链路定位模块，被配置为确定故障链路；

机载接收端和机载发送端规划模块，被配置为根据所述故障链路规划机载接收端和机载发送端；

故障恢复连接配置模块，被配置为部署搭载所述机载接收端和所述机载发送端的系留无人机，并通过所述机载接收端和所述机载发送端重新连接链路，以恢复链路故障。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任意一项所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令用于使计算机执行如权利要求1至7任意一项所述的方法。

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