一种用于量子Mesh网络的路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种量子通信网络传输技术，尤其涉及采用Mesh结构的量子网络路 由方法。
【背景技术】
[0002] 量子通信技术是量子信息学领域的研究热点，量子通信技术利用量子特性，可以 使得通信做到绝对的安全，是未来通信技术发展的重要战略方向。将信息通过量子传输的 量子通信网络也成为量子通信技术需要研究的重要问题。量子通信网络可以通过两种载体 传输量子信息：单量子态和纠缠态。由于量子本身的不可克隆性以及传输过程中信道的干 扰损耗，通过多个中间节点直接传输量子存在较多不确定因素，难以完成理想的远距离量 子信息传输。通过量子测量，采用纠缠态粒子量子远程传态等技术不需要直接传输量子，可 以由多个节点组成量子通信网络，实现远距离传输。构建可靠的量子通信网络的系统，需要 保证可靠而有效的组网运行。
[0003] 网格（Mesh)结构网络由于其可靠性和灵活性是通信网络的重要组成。基于Mesh 结构的量子通信网络也具有网络结构上的可靠性和灵活性。基于Mesh结构的量子通信网 络结构与传统Mesh网络相似，不同之处在于节点间除了经典的无线或者有线信道外，还存 在量子信道，该量子信道有节点间共享纠缠粒子对构成。目前与Mesh结构相关的量子信息 的研究工作主要集中于在Mesh结构网络中分发量子秘钥，本发明针对Mesh结构量子通信 网络设计路由协议，从而来实现量子信息传输。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于量子Mesh网络 的路由方法，该方法可以提供更加安全、可靠地量子信息的传递，并且在建立路由的过程中 进行Bell基测量，降低信息传输的延时，提高传输效率。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种用于量子Mesh网络的路由方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1.源节点向量子Mesh网络骨干网中与源节点相连接的骨干网边缘节点发送 路由请求消息；
[0008] 步骤2.步骤1中的骨干网边缘节点收到路由请求信息后，修改路由请求消息，然 后在骨干网内广播修改后的路由请求消息；
[0009] 步骤3.量子mesh骨干网中节点处理步骤2中骨干网边缘节点广播修改后的路由 请求消息；
[0010] 步骤4.与目的节点相连的量子mesh骨干网边缘节点收到步骤3中量子mesh骨干 网中节点处理后的路由请求消息后，选择路径；对本节点所拥有的两个第一粒子进行Bell 基测量；然后根据所选路径的反向路径向源节点发送路由应答消息，该应答信息包含Bell 基测量结果；
[0011] 步骤5.所选路径中间节点，包括与源节点相连的边缘节点，收到步骤4中发送的 路由应答消息后，根据路由应答消息中的路径信息更新路由表中到目的节点的路由信息； 对该节点中两个第二粒子进行Bell基测量；然后将测量结果添加至收到的路由应答消息 中，并将该添加了测量结果的路由应答信息发送给所选路径上到源节点的下一跳节点；路 由应答消息最后通过与源节点相连的边缘节点传送至源节点；
[0012] 步骤6.步骤5中的源节点收到路由应答消息后，对本节点所拥有的两个第三粒 子进行Bell基测量；源节点沿所选路径将测量结果数据包发送至与目的节点相连的量子 Mesh骨干网边缘节点，该测量结果数据包内包含本次测量结果和收到的路由应答信息中所 携带的路径中各节点测量结果的测量结果；
[0013] 步骤7.步骤6中的量子mesh骨干网边缘节点收到测量结果数据包后，将该数据 包发送至目的节点；
[0014] 步骤8.步骤7中的目的节点根据收到的测量结果数据包，判断本节点为目的节点 后，对测量信息进行处理，选择对应的么正变换，得到所需要传送的量子态，完成通信。
[0015] 所述步骤4中的两个第一粒子指与目的节点相连的量子mesh骨干网边缘节点所 拥有的与所选路径上上一跳节点间的纠缠粒子，以及与目的节点相连的量子mesh骨干网 边缘节点所拥有的与目的节点纠缠的粒子。
[0016] 所述步骤5中的两个第二粒子指所选路径中间节点所拥有的与所选路径前后相 邻节点分别纠缠的粒子。
[0017] 所述所述步骤6中的两个第三粒子指欲传送的携带信息的粒子以及源节点与相 连骨干网边缘节点间的纠缠粒子。
[0018] 所述源节点和目的节点是位于接入网的终端接入节点；量子Mesh网络中的骨干 网节点具有路由功能；节点间存在通过纠缠粒子对建立的量子连接，以及传统的无线或者 有线连接；骨干网边缘节点是指骨干网中与终端接入节点间存在纠缠粒子对，并且存在传 统的无线或者有线连接的节点。
[0019] 所述步骤1中源节点发送的路由请求消息包括，源节点、目的节点、源节点序列 号、地址、度量值；源节点将度量值置为0,源节点每发送一次路由请求消息，源节点的序列 号加1，路由请求消息中的的"地址"值设为该节点的地址。
[0020] 所述步骤2中骨干网边缘节点修改路由请求消息的方法：把路由请求消息中度量 值加1，并将路由请求消息中的"地址"更新为该节点的地址。
[0021] 所述步骤3中量子mesh骨干网中节点处理步骤2中骨干网边缘节点广播修改后 的路由请求消息的方法：骨干网中非边缘节点收到该路由请求消息后，与其所保存的一定 时间内收到的路由请求信息相对比，若收到过相同源节点且序列号相同的路由请求消息， 并且度量值大于所保存的度量值，则丢弃该路由请求消息；否则，将路由请求信息中路由度 量值加1，将本节点地址添加到路由请求消息"地址"项中，广播修改后的路由请求消息；而 骨干网中边缘节点收到该路由请求消息后，将与本节点所存储的终端接入节点信息表中的 终端地址比较，如果发现目的节点地址不在该表中，则丢弃该路由请求信息，否则进行步骤 4中的操作处理。
[0022] 所述步骤4中与目的节点相连接的骨干网边缘节点选择路径的方法：将收到的路 由请求消息与该节点所保存的一定时间内收到的路由请求信息进行对比，若不存在相同源 节点和序列号的路由请求信息，则表明收到的是一个新的路由请求信息，则启动一个等待 时间；若存在相同源节点和序列号的路由请求信息，则保留路由度量值最小的路由请求信 息；等待时间结束后，选择当前所保留的路由请求信息中所含路径作为传输路径。
[0023] 本发明提供的一种用于量子Mesh网络的路由方法，相比现有技术，具有以下有益 效果：本发明不仅可以提供更加安全、可靠地量子信息的传递，而且在建立路由的过程中进 行Bell基测量，降低信息传输的延时，提高传输效率。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实例中的网络拓扑图。
[0025] 图中：A、B为终端节点，BCD为节点，实线表示经典连接（无线或有线），虚线表示 节点之间存在纠缠粒子对。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0027] 一种用于量子Mesh网络的路由方法，包括以下步骤：
[0028] 步骤1.源节点向量子Mesh网络骨干网中与源节点相连接的骨干网边缘节点发送 路由请求消息。
[0029] 源节点发送终端路由请求消息给相连的骨干网边缘节点。源节点发送的路由请求 消息包括，源节点、目的节点、源节点序列号、地址、度量值。源节点将度量值置为〇,源节点 每发送一次路由请求消息，源节点的序列号加1，路由请求消息中的的"地址"值设为该节点 的地址。
[0030] 步骤2.步骤1中的骨干网边缘节点收到路由请求信息后，修改路由请求消息，然 后在骨干网内广播修改后的路由请求消息。
[0031 ] 与源节点相连的骨干网边缘节点收到路由请求消息后，把路由请求消息中度量值 加1，并将路由请求消息中的"地址"更新为该节点的地址，向骨干网内广播更新过的路由请 求消息。
[0032] 步骤3.量子mesh骨干网中节点处理步骤2中骨干网边缘节点广播修改后的路由 请求消息。
[0033] 骨干网中非边缘节点收到该路由请求消息后，与其所保存的一定时间内收到的路 由请求信息相对比，若收到过相同源节点且序列号相同的路由请求消息，并且度量值大于 所保存的度量值，则丢弃该路由请求消息。否则，将路由请求信息中路由度量值加1，将本节 点地址添加到路由请求消息"地址"项中，广播修改后的路由请求消息。骨干网中边缘节点