[发明专利]一种基于分层的量子簇分片传输方法

说明书

在量子通信网络中，基于量子簇的数据传输方案可以有效节省在城域网之间数据的传输时间和纠缠资源的消耗。然而，量子路由器因自身性能的限制能够存储转发的量子簇长度是有限的，城域网和广域网数据量非常大，会导致大量量子簇因长度限制问题无法转发而只能以量子分组的形式进行数据传输。为了解决上述问题，本专利提出了一种量子簇分片传输方案，其将不能够直接被量子路由器存储转发的量子簇，通过分片将其分解为若干个长度较短的能够直接被路由器存储转发的分片量子簇完成数据传输，其能够以较少的纠缠资源和较小的传输时间完成量子分组的数据传输，具有较好的实际应用价值。

技术领域

本发明公开了一种基于分层的量子簇分片传输方法，属于量子互联网通信领域。

背景技术

文献“一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析”针对大规模的量子通信网络提出了一种基于量子网络分层结构的量子分组传输方案，能够进一步减少量子分组信息在量子通信网络中的传输时间和纠缠资源。然而，在实际的量子互联网中，完成路由存储转发的核心设备是量子路由器，在研究量子数据传输方案时，应当充分考虑量子路由器自身性能的限制；量子路由器是以量子分组或量子分组簇为基本的路由选择单位，其需要首先将到达的量子分组或量子分组簇存入到接收缓存中，等待处理；而量子路由器的缓存是有限的，如果每个量子分组或量子分组聚合后的量子簇过长，可能会导致该量子分组或量子簇无法进入缓存而被直接丢弃，导致丢包率上升，对量子路由器性能及工作效率造成负面影响。因此，在实际工程应用中，量子路由器都会对能够转发的分组或分组簇限定一个最大转发长度，一旦量子分组或量子分组簇长度超过上限，量子路由器将直接把其丢弃，不对其进行转发。在文献“一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析”提出的量子簇数据传输方案没有考虑量子路由器关于量子簇转发长度的限制，如果聚合后的量子簇长度过大，该量子簇将直接被丢弃，导致数据丢失。

为了解决上述问题，本专利提出了一种基于分层的量子簇分片传输方法，能够在确保数据正确传输的同时，进一步节省纠缠资源的消耗。

发明内容

在经典互联网中，网络规模庞大，为了能够对互联网中庞大的用户主机进行有效地管理，依据不同级别网络的覆盖范围，将互联网中不同级别的网络被划分为局域网、城域网和广域网。随着量子通信技术的不断发展与应用，在传统互联网中引入量子通信技术实现数据传输将是未来的一个发展方向。文献“一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析”依据经典互联网结构将量子互联网按照覆盖区域分为量子局域网、量子城域网和量子广域网，如附图1所示。在文献“一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析”中指出，量子城域网用来接收和转发其管理的下级局域网传送的量子分组，量子广域网用来接收和转发其管理的下级城域网传送的量子分组或量子簇。在文献“一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析”中给出了量子分组报文格式和量子簇报文格式。

量子簇是量子分组按照目的地址进行聚合，之后再进行路由转发。量子簇当中的负载长度是聚合过程当中的所有量子分组长度之和。但是因为量子路由器能够转发的量子分组或量子分组簇的长度是有限的，因此如果对同一网络目的地址的量子分组进行无限制的聚合，其生成的量子簇长度可能就会超过量子路由器能够处理的上限，一旦长度超过上限，该量子簇将被量子路由器直接丢弃。

为了能够有效解决这一问题，本专利在量子簇报文格式的基础上提出了分片量子簇报文格式，报文格式中所包含字段的具体内容如附图2所示。分片量子簇报文中包含目的地址字段、业务流类别字段、载荷长度字段、标志字段、片偏移字段、标识字段和有效数据字段，其中目的地址字段、业务流类别字段、载荷长度字段、标志字段、片偏移字段和标识字段为分片量子簇报文的首部字段，各个字段具体含义如下：

（1）目的地址：分片量子簇的目的地址，其中包括64位量子位；

（2）业务流类别：包括2个量子位，能够用于区分量子分组、量子簇和分片量子簇；

（3）载荷长度:分片量子簇中的有效数据长度，根据分片后得到的分片量子簇中包含的各量子分组数据长度计算得出；