量子噪声自组织网络路由策略研究摘要：针对噪声环境下量子自组织隐形传态网络的路由选择需求，首先以相位阻尼信道为例，给出了纠缠交换路径保真度以及路径等效噪声系数的计算方法。以最小化等效噪声系数为冃标，提出了一种按需路由策略，并进一步给出了一种改进的混合路由策略。两种路由策略均有利于提高量子隐形传态保真度，混合路由策略在跳数内通信比例较高时能获得路由开销与平均路由发现时延的较佳平衡。Abstract：Inordertosolvetheroutingproblemforquantumself-organizedteleportationnetworkinnoisycnvironmcnt,amethodtocalculatetheentanglementswappingfidelityandtheequivalentnoisecoefficientofphasedampingchannelisbroughtforward.Withthegoalofminimizingtheequivalentcoefficient,anon-demandroutingstrategyandanimprovedhybridroutingstrategyarepresented,whicharehelpfultocnhancothefidelityofthequantumteleportation.Thehybridroutingstrategycanobtainabetterbalanceoftheroutingcostsandtheaverageroutefindingtimedelaywhentheinnerhopratioishigh.?p键词：量子通信；自组织网络；量子噪声；路由技术Keywords：quantumcommunication；self-organizednetwork；quantumnoise；routingprotocol中图分类号:TN915.08文献标识码:A文章编号:1006-4311(2017)22-0221-030引言近年來，量子通信理论与技术发展迅速，光纤信道及自由空间点对点量子通信距离均已突破数百公里。在此基础上，全球各科技强国正积极致力于研究和组建自己的量子通信网，从而实现局域甚至广域范围的多用户安全保密通信[1-3]o最近，量子自组织网络的研究逐渐受到人们的关注[4-6]。该网络中通常涉及多跳通信，使用纠缠交换方法建立中继通信路径是实现节点间通信的基本方法，而在网络拓扑结构动态变化的情况下，如何发现并选择最佳的屮继路由是十分关键的问题。然而，现有的研究仅考虑了理想环境下的路由方案，但实际环境下量子信道存在量子噪声，具有不同噪声特性参数的量子通信路径对通信质量将产生不同的影响。木文以相位阻尼噪声信道模型为例，给出了量子自组织隐形传态网络的纠缠交换路径保真度及路径等效阻尼系数的计算方法，并以最小化路径等效阻尼系数作为寻找最佳路径的准则，提出了一种按需路由策略，从而得到具有最高纠缠保真度的路径。最后，给出了一种改进的混合路由策略，在近距离通信需求较多的情况下，能够在不过多增加路由开销的同时降低平均路由发现时延。1噪声环境下的纠缠交换路径保真度图1给出了一个典型的无线量子口组织网络结构。若两个节点能够直接共享量子纠缠对，则称它们互为量子邻居；除量子链路之外，量子邻居间还存在辅助的经典无线链路。若源节点与目的节点不相邻，则需引入若干量子中继节点，首先进行纠缠交换，建立量子纠缠信道，再进行隐形传态。实际环境下，量子系统将与外界发生作用，导致量子退相干，形成量子噪声。本文以一种典型的量子噪声信道模型相位阻尼信道为例，分析量子信道噪声对多跳量子纠缠通信的影响。在该信道上，单量子比特系统与环境的演化可以描述为以下变换[7]:2量子噪声自组织网络路由策略2.1路由信息表及路由消息量子自组织网络中，随着用户的移动，量子链路及经典链路的状态容易发生变化，故采用按需路由为主的策略。按需路由主耍涉及路由发现过程与路由维护过程。在该策略下，量了通信源节点及中继节点需要建立并维护一张按需路由表，其主要结构包括：目的节点地址；下一跳地址；路径等效噪声系数；生存期。此外，屮继节点及目的节点需维护一张反向转发表，其主要结构包括：源节点地址；上一跳地址；量子链路噪声系数；生存期。为实现路由发现与路由维护，量子节点间需传递一些路由消息，包括:路由发现请求消息(RouteFindingRequest,RFRQ)、路由发现响应消息(RouteFindingReply,RFRP)、量子链路噪声参数测量消息,(QuantumLinkNoiseMeasurement,QLNM)路径错误消息(PathError,PER)等。RFRQ消息由量子通信源节点产生，并以广播泛洪方式传送。RFRP消息由目的节点产牛，并被反向逐跳转发，以单播方式传送。2.2路由发现当某量子源节点...