一种基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，用于实现基于Mesh结构的量子通信；该方法通过源节点发起路由请求至相连接的骨干网边缘节点，通过骨干网边缘节点向其连接的骨干网中次边缘节点发起路由请求，再由次边缘节点以广播方式向骨干网发起路由请求，由与目的节点相连的骨干网边缘节点所连接的次边缘节点进行选路以及路由应答，收到应答消息的路径上各个节点进行Bell基测量并将测量结果携带在路由应答消息中传输至源节点，源节点进行Bell基测量后，将所有测量结果沿所选路径传送至与目的节点相连的骨干网边缘节点，最后发送到目的节点，目的节点对所有测量结果处理后，通过幺正变换得到携带信息的量子态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，属于量子通信以及信息传输技术。
技术介绍
量子通信技术是量子论和信息论相结合的领域，是信息领域的研究热点，量子通信技术利用量子不可复制、瞬时性、不可逆、非局域性等特性，做到绝对安全通信，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热点问题。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。对量子测量，采用纠缠态粒子量子远程传态不需要直接传输量子，可以由多个节点组成量子通信网络，实现远距离多跳传输。进行量子通信需要可靠的经典网络，需要满足可靠性和有效性的网络的运行。Mesh网络(无线网格网络)，它是多跳网络，是adhoc网络发展而来，具有以下五大优势：易于快速部署和安装、NLOS(非视距传输)、健壮性、灵活性、高宽带。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，区别在于节点间除了经典的无线信道外，还存在量子信道，该量子信道由节点间共享纠缠粒子对构成。目前基于Mesh结构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，但对Mesh结构量子通信网络的研究还比较少见。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，通过按需寻路并且建立量子信道的方法，更安全地实现信息的量子态传输。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，包括如下步骤：(1)接入网中的源节点向量子Mesh网络中的骨干网边缘节点发送路由请求消息，所述骨干网边缘节点与所述源节点相连；(2)所述骨干网边缘节点接收到源节点发送的路由请求消息后，查询自身的路由表，确认目的节点和源节点是否在同一接入网：若在同一接入网，则通过该骨干网边缘节点的路由表建立连接，实现源节点与目的节点的通信；若不在同一接入网，则通过该骨干网边缘节点修改路由请求消息，并向其所属的骨干网次边缘节点发送修改后的路由请求消息；(3)所述骨干网次边缘节点接收到骨干网边缘节点发送的路由请求消息后，查询自身的路由表，确认目的节点是否在自己的网络中：若在自己的网络中，则根据路由请求消息建立连接，实现源节点与目的节点的通信；若不在自己的网络中，则通过该骨干网次边缘节点修改路由请求消息，并向骨干网内广播修改后的路由请求消息；(4)确定与目的节点相连的骨干网次边缘节点；(5)与目的节点相连的骨干网次边缘节点接收到路由请求消息后，将路由请求消息发送给自己网络中与目的节点相连的骨干网边缘节点，进入步骤(6)；(6)确定与目的节点相连的骨干网边缘节点后，通过该骨干网边缘节点选择源节点与目的节点间的通信路径，对该骨干网边缘节点的两个粒子进行Bell基测量并产生路由应答消息，通过该骨干网边缘节点将路由应答消息发送给通信路径上的上一跳节点，进入步骤(7)；所述骨干网边缘节点的两个粒子分别为：①该骨干网边缘节点与上一跳节点间的纠缠粒子，②该骨干网边缘节点与目的节点间的纠缠粒子；(7)通信路径上的中间节点接收到路由应答消息后，对该中间节点的两个粒子进行Bell基测量并更新路由应答消息，通过该中间节点将更新后的路由应答消息发送给通信路径上的上一跳节点，直至通信路径上的上一跳节点为源节点，进入步骤(8)；所述中间节点的两个粒子分别为：①该中间节点与上一跳节点间的纠缠粒子，②该中间节点与下一跳节点的纠缠粒子；(8)源节点接收到路由应答消息后，对源节点的两个粒子进行Bell基测量并产生测量结果数据包，所述测量结果数据包包括源节点地址、目的节点地址和通信路径上各个节点的Bell基测量值；源节点沿通信路径将测量结果数据包发送给目的节点，进入步骤(9)；所述源节点的两个粒子分别为：①源节点与信息携带粒子间的纠缠粒子，②源节点与下一跳节点间的纠缠粒子；(9)目的节点对测量结果数据包中各个节点的Bell基测量值进行幺正变换，得到所需要的量子态，完成量子通信。具体的，所述步骤(1)中，源节点发送的路由请求消息包括如下属性：消息类型、源节点、目的节点、源节点序列号、地址和度量值，度量值为0；源节点每发送一次路由请求消息，下一跳的节点判断路由请求消息是否丢弃，将判断不丢弃的路请求消息认定为新的路由请求消息，该下一跳节点对新的路由请求消息进行更新，更新的第一步即先将度量值加1。具体的，所述步骤(2)具体包括如下步骤：(21)骨干网边缘节点接收到源节点发送的路由请求消息后，将该路由消息与该骨干网边缘节点保存的历史路由请求消息进行对比：若存在源节点、目的节点和源节点序列号相同，同时度量值小于等于该路由请求消息的历史路由请求消息，则丢弃该路由请求消息；否则，进入步骤(22)；(22)先将路由请求消息的度量值加1，然后根据路由请求消息的源节点、目的节点、源节点序列号、地址和度量值更新该骨干网边缘节点路由表的源节点、目的节点、源节点序列号、地址和度量值，进入步骤(23)；(23)该骨干网边缘节点查询目的节点是否在自身路由表的终端列表项内：若在，则进入步骤(24)；否则，进入步骤(25)；(24)通过该骨干网边缘节点选择源节点与目的节点间的通信路径；(25)使用该骨干网边缘节点的地址修改路由请求消息的地址，并向该骨干网边缘节点所属的骨干网次边缘节点发送修改后的路由请求消息。具体的，所述步骤(3)具体包括如下步骤：(31)骨干网次边缘节点接收到骨干网边缘节点发送的路由请求消息后，将该路由消息与该骨干网次边缘节点保存的历史路由请求消息进行对比：若存在源节点、目的节点和源节点序列号相同，同时度量值小于等于该路由请求消息的历史路由请求消息，则丢弃该路由请求消息；否则，进入步骤(32)；(32)先将路由请求消息的度量值加1，然后进入步骤(33)；(33)该骨干网次边缘节点根据自身路由表的边缘节点列表项与终端列表项查询是否存在目的节点链路：若存在，则进入步骤(34)；否则，进入步骤(35)；(34)将修改后的路由请求消息按照目的节点链路逐跳地发送给与目的节点相连的骨干网边缘节点，通过该骨干网次边缘节点选择源节点与目的节点间的通信路径；(35)使用该骨干网次边缘节点的地址修改路由请求消息的地址，并向骨干网内广播修改后的路由请求消息。具体的，所述步骤(4)中，确定与目的节点相连的骨干网次边缘节点的具体过程如下：(41)骨干网次边缘节点接收到一个路由请求消息后，将该路由消息与该骨干网次边缘节点保存的历史路由请求消息进行对比：若存在源节点、目的节点和源节点序列号相同，同时度量值小于等于该路由请求消息的历史路由请求消息，则丢弃该路由请求消息；否则，进入步骤(42)；(42)先将路由请求消息的度量值加1，然后该骨干网次边缘节点向与之相连的骨干网边缘节点广播修改后的新的路由请求消息，进入步骤(43)；(43)骨干网边缘节点接收到该骨干网次边缘节点发送的路由请求消息后，该骨干网边缘节点查询目的节点是否在自身路由表的终端列表项内：若在，则进入步骤(44)；否则，进入步骤(45)；(44)通过该骨干网边缘节点选择源节点与目的节点间的通信路径；(45)丢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)接入网中的源节点向量子Mesh网络中的骨干网边缘节点发送路由请求消息，所述骨干网边缘节点与所述源节点相连；(2)所述骨干网边缘节点接收到源节点发送的路由请求消息后，查询自身的路由表，确认目的节点和源节点是否在同一接入网：若在同一接入网，则通过该骨干网边缘节点的路由表建立连接，实现源节点与目的节点的通信；若不在同一接入网，则通过该骨干网边缘节点修改路由请求消息，并向其所属的骨干网次边缘节点发送修改后的路由请求消息；(3)所述骨干网次边缘节点接收到骨干网边缘节点发送的路由请求消息后，查询自身的路由表，确认目的节点是否在自己的网络中：若在自己的网络中，则根据路由请求消息建立连接，实现源节点与目的节点的通信；若不在自己的网络中，则通过该骨干网次边缘节点修改路由请求消息，并向骨干网内广播修改后的路由请求消息；(4)确定与目的节点相连的骨干网次边缘节点；(5)与目的节点相连的骨干网次边缘节点接收到路由请求消息后，将路由请求消息发送给自己网络中与目的节点相连的骨干网边缘节点，进入步骤(6)；(6)确定与目的节点相连的骨干网边缘节点后，通过该骨干网边缘节点选择源节点与目的节点间的通信路径，对该骨干网边缘节点的两个粒子进行Bell基测量并产生路由应答消息，通过该骨干网边缘节点将路由应答消息发送给通信路径上的上一跳节点，进入步骤(7)；所述骨干网边缘节点的两个粒子分别为：①该骨干网边缘节点与上一跳节点间的纠缠粒子，②该骨干网边缘节点与目的节点间的纠缠粒子；(7)通信路径上的中间节点接收到路由应答消息后，对该中间节点的两个粒子进行Bell基测量并更新路由应答消息，通过该中间节点将更新后的路由应答消息发送给通信路径上的上一跳节点，直至通信路径上的上一跳节点为源节点，进入步骤(8)；所述中间节点的两个粒子分别为：①该中间节点与上一跳节点间的纠缠粒子，②该中间节点与下一跳节点的纠缠粒子；(8)源节点接收到路由应答消息后，对源节点的两个粒子进行Bell基测量并产生测量结果数据包，所述测量结果数据包包括源节点地址、目的节点地址和通信路径上各个节点的Bell基测量值；源节点沿通信路径将测量结果数据包发送给目的节点，进入步骤(9)；所述源节点的两个粒子分别为：①源节点与信息携带粒子间的纠缠粒子，②源节点与下一跳节点间的纠缠粒子；(9)目的节点对测量结果数据包中各个节点的Bell基测量值进行幺正变换，得到所需要的量子态，完成量子通信。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)接入网中的源节点向量子Mesh网络中的骨干网边缘节点发送路由请求消息，所述骨干网边缘节点与所述源节点相连；(2)所述骨干网边缘节点接收到源节点发送的路由请求消息后，查询自身的路由表，确认目的节点和源节点是否在同一接入网：若在同一接入网，则通过该骨干网边缘节点的路由表建立连接，实现源节点与目的节点的通信；若不在同一接入网，则通过该骨干网边缘节点修改路由请求消息，并向其所属的骨干网次边缘节点发送修改后的路由请求消息；(3)所述骨干网次边缘节点接收到骨干网边缘节点发送的路由请求消息后，查询自身的路由表，确认目的节点是否在自己的网络中：若在自己的网络中，则根据路由请求消息建立连接，实现源节点与目的节点的通信；若不在自己的网络中，则通过该骨干网次边缘节点修改路由请求消息，并向骨干网内广播修改后的路由请求消息；(4)确定与目的节点相连的骨干网次边缘节点；(5)与目的节点相连的骨干网次边缘节点接收到路由请求消息后，将路由请求消息发送给自己网络中与目的节点相连的骨干网边缘节点，进入步骤(6)；(6)确定与目的节点相连的骨干网边缘节点后，通过该骨干网边缘节点选择源节点与目的节点间的通信路径，对该骨干网边缘节点的两个粒子进行Bell基测量并产生路由应答消息，通过该骨干网边缘节点将路由应答消息发送给通信路径上的上一跳节点，进入步骤(7)；所述骨干网边缘节点的两个粒子分别为：①该骨干网边缘节点与上一跳节点间的纠缠粒子，②该骨干网边缘节点与目的节点间的纠缠粒子；(7)通信路径上的中间节点接收到路由应答消息后，对该中间节点的两个粒子进行Bell基测量并更新路由应答消息，通过该中间节点将更新后的路由应答消息发送给通信路径上的上一跳节点，直至通信路径上的上一跳节点为源节点，进入步骤(8)；所述中间节点的两个粒子分别为：①该中间节点与上一跳节点间的纠缠粒子，②该中间节点与下一跳节点的纠缠粒子；(8)源节点接收到路由应答消息后，对源节点的两个粒子进行Bell基测量并产生测量结果数据包，所述测量结果数据包包括源节点地址、目的节点地址和通信路径上各个节点的Bell基测量值；源节点沿通信路径将测量结果数据包发送给目的节点，进入步骤(9)；所述源节点的两个粒子分别为：①源节点与信息携带粒子间的纠缠粒子，②源节点与下一跳节点间的纠缠粒子；(9)目的节点对测量结果数据包中各个节点的Bell基测量值进行幺正变换，得到所需要的量子态，完成量子通信。2.根据权利要求1所述的基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，其特征在于：所述步骤(1)中，源节点发送的路由请求消息包括如下属性：消息类型、源节点、目的节点、源节点序列号、地址和度量值，度量值为0。3.根据权利要求2所述的基于Mesh结构的量子通信网络的路由方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括如下步骤：(21)骨干网边缘节点接收到源节点发送的路由请求消息后，将该路由消息与该骨干网边缘节点保存的历史路由请求消息进行对比：若存在源节点、目的节点和源节点序列号相同，同时度量值小于等于该路由请求消息的历史路由请求消息，则丢弃该路由请求消息；否则，进入步骤(22)；(22)先将路由请求消息的度量值加1，然后根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄峻，孟令震，余旭涛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32