[发明专利]一种基于分层的量子簇分片传输方法

摘要

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。

主权项

一种基于分层的量子簇分片传输方法，其将需要发送的量子分组按照目的地址进行聚合后得到一个量子数据序列；如果得到的量子数据序列长度能够满足量子路由器对报文有效数据长度的限制，则将该量子数据序列作为有效数据按照量子簇报文格式将其封装为量子簇报文后，直接通过路由器进行存储转发；如果得到的量子数据序列长度不能够满足量子路由器对报文有效数据长度的限制，则将得到的量子数据序列按照分片量子簇报文格式，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报文完成数据传输；对量子簇报文分片后得到的量子簇分片报文通过量子路由器进行存储转发后，最终达到目的地址对应的城域网路由器，然后由城域网路由器对收到的分片量子簇报文进行报文重组后得到原始的量子分组报文；最后城域网路由器将收到的原始的量子分组报文转发到接收端所在的局域网中；其特征在于，所描述的基于分层的量子簇分片传输方法包括如下步骤：步骤11、假定每个量子路由器能够处理的最大有效数据长度为A，设置硬件计时器T，假定在计时器T超时之前某城域网路由器接收到m个量子分组，将m个量子分组加入到集合QS中，i的初始值设置为1；步骤12、从集合QS中取出一个量子分组，该量子分组用QT表示，将分组QT加入到集合Qi中，如果集合QS不为空，执行步骤13；如果集合QS为空，执行步骤15；步骤13、从集合QS中取出下一个量子分组，该量子分组用QN表示，如果QN和QT的目的地址对应的网络地址相同，则将QT加入到集合Qi中；如果QN和QT的目的地址对应的网络地址不同，则将分组QN加入到集合QSS中；步骤14、如果集合QS不为空，则执行步骤12；如果集合QS为空，则执行步骤15；步骤15、如果集合QSS为空，则执行步骤16；如果集合QSS不为空，则将集合QSS中的所有元素加入到集合QS中，将i的数值加1，执行步骤12；步骤16、将v的数值设置为i，则最终得到了v个集合Qj, 1≤j≤v；步骤17、针对每个集合Qj中包含的量子分组完成聚合；在步骤17中，具体包括如下步骤：步骤171、假定集合Qj中包含x个量子分组，则计算x个量子分组的总长度，用H表示；如果H≤A，则可将x个量子分组直接合并后作为有效数据，按照量子簇报文格式添加上相应的量子簇首部，封装成量子簇报文后发送出去；如果H>A，执行步骤172；步骤172、因为路由器对转发的量子分组或量子分组簇长度存在限制，因此在分片的过程中，每个分片量子簇的有效数据长度等于或者小于A；将x个量子分组合并后得到一个大的量子数据序列，长度为H，则；步骤173、从得到的量子数据序列中取出前A个量子比特，添加上相应的分片量子簇首部后即可得到一个分片量子簇，将k的数值减1，执行步骤174；步骤174、如果k>1，将k的数值减1，重复执行步骤173；如果k=1，则取出量子数据序列中剩余的量子比特，添加上相应的分片量子簇首部后即可得到一个分片量子簇；如果k=0，量子簇分片结束，最终可得到k个分片量子簇，前k‑1片的有效数据长度等于A，第k片的有效数据长度等于或者小于A，能够有效提高量子路由器的转发效率；标志字段的设置是在前k‑1片分片量子簇中MF位为1，第k片分片量子簇的MF位为0；步骤175、经过分片之后的数据，按照分片量子簇报文格式添加上相应的分片量子簇首部后就得到了完整的分片量子簇，其中在分片量子簇报文传输过程中，分片量子簇报文的首部信息基于密集编码原理进行传送，分片量子簇报文的有效数据信息基于隐形传态原理进行传送；在对分片量子簇进行多次路由转发后，分片量子簇到达最后一跳城域网路由器D；在量子路由器D上，对分片量子簇进行重组；量子路由器通过解析获得每个分片量子簇首部中的标识字段，通过标识字段就可以找到属于同一个量子簇的分片量子簇报文，然后依据分片量子簇报文中的片偏移量字段，对分片量子簇报文进行重新排序后得到的有效数据信息就是发送端发送的量子数据序列；步骤176、针对重组之后得到的量子数据序列，量子路由器D通过测量获得每个量子分组头信息，并且以密集编码的方式恢复其量子分组头信息，按照量子分组传输方法将恢复的量子分组按照目的地址路由转发给各个局域网路由器。