論文の概要: Quantum Key Distribution for Virtual Power Plant Communication: A Lightweight Key-Aware Scheduler with Provable Stability

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.17087v1
• Date: Mon, 20 Oct 2025 01:29:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 00:56:39.279233
• Title: Quantum Key Distribution for Virtual Power Plant Communication: A Lightweight Key-Aware Scheduler with Provable Stability
• Title（参考訳）: 仮想プラント通信のための量子鍵分布:確率安定性を有する軽量キーアウェアスケジューリング器
• Authors: Ziqing Zhu,
• Abstract要約: 仮想発電所(VPP)は将来のグリッドの基盤となり、分散PV、風力、ストレージ、市場参加とリアルタイムのバランスのための柔軟な負荷を集約している。 PKIとキーローテーションスキームは、クロスドメイン、高周波メッセージング、長期量子脅威に直面している。 本稿では、量子鍵を第一級スケジューリングリソースとして扱うキー対応優先度とクォータフレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8122270502556375
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Virtual power plants (VPPs) are becoming a cornerstone of future grids, aggregating distributed PV, wind, storage, and flexible loads for market participation and real-time balancing. As operations move to minute-- and second--level feedback, communication security shifts from a compliance item to an operational constraint: latency, reliability, and confidentiality jointly determine whether dispatch, protection, and settlement signals arrive on time. Conventional PKI and key-rotation schemes struggle with cross-domain, high-frequency messaging and face long-term quantum threats. Quantum key distribution (QKD) offers information-theoretic key freshness, but its key yield is scarce and stochastic, often misaligned with bursty VPP traffic. This paper proposes a key-aware priority and quota framework that treats quantum keys as first-class scheduling resources. The design combines (i) forecast-driven long-term quotas and short-term tokens, (ii) key-aware deficit-round-robin arbitration, (iii) a preemptive emergency key reserve, and (iv) graceful degradation via encryption-mode switching and controlled down-sampling for non-critical traffic. A drift-plus-penalty analysis establishes strong stability under average supply--demand balance with quantifiable bounds on backlog and tail latency, providing interpretable operating guarantees. We build a reproducible testbed on IEEE 33- and 123-bus VPP systems and evaluate normal, degraded, and outage regimes with industry-consistent message classes and TTLs. Against FIFO, fixed-priority, and static-quota baselines, the proposed scheme consistently reduces tail delay and passive timeouts for critical messages, improves per-bit key utility, and enhances power-tracking reliability during key scarcity and regime switches.
• Abstract（参考訳）: 仮想発電所(VPP)は将来のグリッドの基盤となり、分散PV、風力、ストレージ、市場参加とリアルタイムのバランスのための柔軟な負荷を集約している。 運用が分単位と秒単位のフィードバックに移行すると、通信セキュリティはコンプライアンス項目から運用上の制約(レイテンシ、信頼性、機密性)へと移行し、ディスパッチ、保護、決済信号が時間通りに到着するかどうかを共同で決定する。 従来のPKIとキーローテーションスキームは、クロスドメイン、高周波メッセージングに苦慮し、長期的な量子脅威に直面している。 量子鍵分布(QKD)は、情報理論的な鍵の鮮度を提供するが、その鍵の収量は少なく、確率的であり、しばしばバースト的なVPPトラフィックと一致しない。 本稿では、量子鍵を第一級スケジューリングリソースとして扱うキー対応優先度とクォータフレームワークを提案する。 デザインが組み合わさる 一 予測駆動の長期割当及び短期トークン (二 キー・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ア・ 三 プリエンプティブ緊急鍵予備金 (4)暗号モード切替による優雅な劣化と、非クリティカルトラフィックに対するダウンサンプリングの制御。 ドリフト・プラス・ペナルティ分析は、バックログとテールのレイテンシの定量化による平均的な需給バランスの下で強力な安定性を確立し、解釈可能な運用保証を提供する。 本稿では,IEEE 33-および123-bus VPPシステム上で再現可能なテストベッドを構築し,業界に一貫性のあるメッセージクラスとTLLを用いた正常,劣化,停止状態の評価を行う。 FIFO, 固定優先度, 静的クォータベースラインに対して, 提案方式は, クリティカルメッセージのテール遅延とパッシブタイムアウトを一貫して低減し, ビット単位のキーユーティリティを改善し, キー不足やレギュレータスイッチ時の電力追跡信頼性を向上させる。

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