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电动汽车驱动 SiC器件 ★ 5.0

多应用电力系统中混合量子-经典通信系统的资源分配

Resource Allocation for Hybrid Quantum-Classical Communication Systems in Multiapplication-Enabled Power Grids

作者 Yuqi Qian · Haipeng Xie · Jian Zhong · Chen Chen · Zhaohong Bie
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2024年9月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 量子通信 量子资源优化 网络虚拟化 资源分配 电力通信系统
语言:

中文摘要

量子通信是一种提升信息安全的有前景的技术。然而,在电力系统的量子密钥分发中,由于生成速率较低导致量子密钥供应有限,这仍然是一个挑战。为解决这一问题并在逐步发展的量子安全电力通信系统中优化量子资源的利用,本文利用网络虚拟化技术提出了一种混合资源优化方法。首先,我们提出了一种使用软件定义网络和网络功能虚拟化的虚拟化架构,以支持电力系统通信中的多应用场景。随后,提出了一种两阶段资源优化策略来管理经典资源和量子资源。在第一阶段,我们设计了一种网络切片方案,用于分配经典通信资源,如信道容量和时延。该方案旨在分离具有不同服务质量要求的应用的信息流。在第二阶段,通过将有限的量子密钥与不同优先级的通信请求进行匹配来分配加密资源,从而提高量子 - 经典电力通信系统的整体性能。最后,我们构建了一个联合仿真测试平台,通过案例研究验证所提方法的有效性。

English Abstract

Quantum communication is a promising technique for enhancing the information security. However, the limited availability of quantum keys due to low generation rates still remains a challenge in the quantum key distribution of power systems. To address this issue and optimize the utilization of quantum resources in the gradually developed quantum-secured power communication systems, this article proposes a hybrid resource optimization method by leveraging network virtualization technologies. First, we present a virtualized architecture using software-defined networking and network function virtualization to support multiapplication scenarios in power system communications. Subsequently, a two-stage resource optimization strategy is proposed to manage both classical and quantum resources. At the first stage, we design a network slicing scheme for allocating classical communication resources, such as channel capacity and time delay. This scheme aims to segregate information flows from applications with diversified quality of service requirements. At the second stage, encryption resources are allocated by matching limited quantum keys with communication requests with different priorities, thereby improving the overall performance of quantum-classical power communication systems. Finally, we construct a cosimulation testbed to validate the effectiveness of the proposed method through case studies.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项混合量子-经典通信资源分配技术对我们在新能源领域的数字化转型具有战略意义。随着光伏电站、储能系统规模的持续扩大,我们面临着海量设备通信和关键数据安全的双重挑战,特别是在分布式能源管理系统(EMS)、虚拟电厂(VPP)调度以及电网侧储能协调控制等场景中。

该技术的核心价值在于通过网络虚拟化技术实现量子密钥的高效分配。对于阳光电源而言,这意味着可以在同一通信基础设施上,为不同业务场景提供差异化的安全保障:对实时功率控制指令采用量子加密确保绝对安全,对一般监控数据使用经典加密降低成本,从而在有限的量子资源约束下实现整体系统性能最优。这种分层安全策略特别适合我们正在推进的"源网荷储"一体化解决方案。

从技术成熟度评估,该方案已具备仿真验证基础,但量子密钥分发(QKD)设备的成本和部署复杂度仍是主要障碍。当前量子通信主要应用于骨干网,距离大规模商用尚需时日。对阳光电源而言,近期机遇在于参与电力行业量子通信标准制定,在新建大型光储项目中预留技术接口;中期可在关键枢纽站点试点部署,积累工程经验。

技术挑战包括:量子设备与现有SCADA系统的兼容性、extreme环境下量子信道的稳定性,以及投资回报的经济性论证。建议我们密切跟踪国家电网的量子保密通信示范工程,适时布局相关技术储备,确保在电力物联网安全领域保持技术领先。