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《西安邮电大学》 2016年
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量子通信中的分组传输策略研究

王林飞  
【摘要】:量子力学的研究为信息处理与信息传输带来了一场革命,人类通信由此进入甚微观通信时代。量子通信是继计算机科学发展以来,最受人们期望的全新通信方式之一,是当前国内外通信领域研究的热点。近几年来,量子通信从理论走向了实际,未来量子通信的发展方向必然朝着大规模、多区域、超远距方向发展。构建大规模量子通信网络,量子分组传输将是关键技术之一。采用量子分组传输将极大提升量子通信网络的通信效率和链路利用率,促进量子通信网络提供更多种类、更大速率的服务。然而,有关量子分组传输的研究尚未展开。为此,本文从量子信息的基本原理出发,研究了量子分组在量子网络中的传输方式,提出了量子分组传输快速传输算法,并提出了一种解决减少量子分组在网络中传输时延的方案。首先,采用量子纠缠交换建立的量子信道时,要求纠缠粒子传输信道稳定度高,若链路不稳定,则难以建立端到端的量子信道。本文针对量子通信中链路不稳定情况,提出了一种基于分组交换的量子通信网络传输协议。该协议采用量子隐形传态理论,将量子分组信息以不同的路径传输,减少了因链路不稳定造成的纠缠资源浪费问题。分析和仿真结果表明在量子通信中采用分组传输策略不仅能保证网络的可靠性与安全性,同时,可以节省量子通信网中量子纠缠数,提高纠缠利用率;其次,量子分组传输中,路由器对分组的分发对量子分组的时延有很大影响。为了实现量子分组在高速信道的快速传输,并根据链路状况调整端口发送分组数,提高量子通信网络中网络节点的吞吐量,本文提出一种基于神经网络算法的量子并行传输模型和量子分组流量分配算法,该算法以带权值矩阵及偏置值量子神经元为节点,通过对信道错误率的监测,改变各信道的量子信息发送情况,以提高网络节点的吞吐量。根据网络中节点信道情况,由路由器对量子分组的传输链路进行分配,提高了量子通信网络中量子分组传输的效率;最后,为了解决量子通信网中路由器性能瓶颈将严重影响网络的可扩展性和链路的传输效率的问题,本文首先提出一种量子通信网络分层结构,其次,规定了量子传输的分组格式和量子簇格式,并根据量子密集编码和量子远程传态理论,给出一种基于分层的量子分组信息传输方案,实现端到端的量子信息传输。该方案采用了分组聚合技术,减少了量子分组传输过程中量子路由器对分组的处理时间,避免了量子路由器在高层可能出现的瓶颈效应。研究结果表明该量子分组传输方案能减少量子分组在网络中的传输时延,有利于建立大规模量子分组通信网络。
【学位授予单位】:西安邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O413;TN918

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