[发明专利]用于多用户光量子通信网络的量子路由器及其路由方法

说明书

技术领域

本发明属于量子通信领域，涉及多个用户组网进行光量子通信，用于实现为每个用户的光量子信号选择正确通道从而建立端到端路径的功能。

发明背景

量子通信是通信理论和量子力学相结合产生的前沿交叉学科，自从1984年BB84协议诞生以来，量子通信发展非常迅猛，引起了世界各国的学术界、企业界和国防部门的高度重视，成为研究的热点，而且必将形成巨大的产业。量子通信的最大特点是其具有的无条件安全性和高效性，其具体工作方式有：(1)基于量子密钥分发的量子保密通信；(2)量子密集编码；(3)量子隐形传态；(4)量子安全直接通信；(5)量子秘密共享等。

量子信息的载体有很多种，最易被实现的当属基于单光子脉冲或纠缠光子对承载信息，因为经典通信的光纤链路和器件可以被用来进行光量子通信。两个用户点到点的量子保密通信的实验进展非常快，而且一些企业如瑞士Id-quantique公司已开展了小规模的商用。国内外也开始建立实验性量子通信网络，如美国国防部高级研究计划署资助的全球第一个量子通信网络(the DARPA Quantum Network)，欧洲联合开展的项目“基于量子密码的安全通信网络(SECOQC)”建立了8个节点的量子通信网络，我国中国科技大学也开展了量子通信网络实验，这些实验都采用光量子信号，采用光纤或自由空间量子信道。这些实验网络中的路由器存在很大的不足：(1)虽然DARPA量子网络采用的方案使用了光交叉连接器，但是没有呼叫/连接、路由处理和控制光开关的方案；(2)有的方案，例如正在受理的中国发明专利“量子网络寻址方法及量子网络路由器”(公开号为1567751)采用波分复用器组成路由器，用户与不同接收者通信需采用不同频率的激光器，造成用户设备比较复杂。

发明内容

本发明目的在于避免上述已有技术的缺点，提出一种用于多用户光量子通信网络的量子路由器及其路由方法，实现连接各个用户，为各个用户的光量子信号选择正确的通道的功能，减少用户设备复杂性。

为实现上述目的，本发明提供的用于多用户光量子通信网络的量子路由器包括量子路由器控制单元，用于实现呼叫/连接控制、路由控制、路由信息数据管理和链路资源管理；光交叉连接器，用于实现端口之间全连通。该量子路由器控制单元，包括：呼叫/连接控制模块、路由控制模块、路由信息数据管理模块、链路资源管理模块、网络通信模块和接口模块，该呼叫/连接控制模块对用户的呼叫进行应答和处理，该路由控制模块运行TCP/IP协议中的路由协议建立通信双方的路由，该路由信息数据管理模块维护网络路由表，该链路资源管理模块维护量子通信网络的链路资源，该网络通信模块进行上述各种信息的发送和接收，该接口模块与交叉连接器之间进行信息传递。

所述光交叉连接器，包括光开关及其驱动电路，该光开关用来切换光量子通道，驱动电路驱动光开关操作。

所述的量子路由器的控制单元，根据光交叉连接器和光纤量子通道的资源、拓扑信息，基于静态、动态选路机制建立端到端的连接，同时将控制消息发给光交叉连接器，光交叉连接器的驱动电路根据控制模块的指令驱动光开关建立指定的连接。

为实现上述目的，本发明提供的用于多用户光量子通信网络的路由方法，包括如下步骤：

(1)用户向量子路由器发起呼叫/连接请求，量子路由器检查其合法性和有效性，若不是合法用户则中止执行，若是合法用户，则继续下一步；

(2)量子路由器根据被呼叫用户的ID或地址查询路由信息数据库，确立两个用户之间的路由；

(3)根据确立的路径，量子路由器向被叫用户发出呼叫请求；

(4)被叫用户返回应答消息，若用户不在网络中、正处于忙状态或被叫用户未准备好接收，则中止通信，若用户空闲且被叫用户准备好接收，则继续下一步；

(5)若信道空闲，则量子路由器将两个用户的当前状态都设置为忙，然后控制光交叉连接器，建立两个用户之间的连接，进行量子通信；

(6)若通信结束或其中一个用户请求释放连接，则执行下一步；

(7)控制光开关断开链路，修改用户和信道状态表中的相应内容，通信结束；

(8)量子路由器继续等待新的呼叫请求，重复步骤(1)-(7)。

本发明具有如下优点：