量子通信网络及其协议研究与实现

论文摘要

自Bennett和Brassard于1984年提出第一个量子密钥分发协议(BB84)协议以来,由于量子密码的无条件安全性,越来越多的人投入到量子通信研究这个领域中来。目前,量子通信的研究重点在提高通信距离、研究更安全可靠的密钥分发协等点对点的量子通信上,量子通信网络的研究才刚刚起步。而要使量子通信走向实用,必须要进一步研究量子通信网络的体系结构与通信协议,必须要研究多址和交换技术。论文在分析目前量子通信网络技术的基础上,将自动交换光网络(ASON)核心思想引入到量子通信网络中来,提出了一个传输面与控制面相分离的三层量子通信网络(QCN,Quantum Communication Network)模型,接着对基于该模型的量子通信网络的多址与交换技术进行研究,并提出了基于该模型的量子交换机方案,对交换机控制部分的呼叫与连接协议进行了研究。论文提出了一种将波分复用与电控光路交换结合在一起的多址与交换方案,并设计了量子交换机与用户进行呼叫与连接的流程,设计出在此过程中量子交换机与用户间传输控制信息的控制信令,然后在Linux系统下使用网络编程语言实现了呼叫与连接过程,然后对呼叫和连接协议性能进行了测试。论文最后,针对现有方案的不足,对后续的研究工作提出了一些意见与建议。论文对量子通信网络多址与交换技术以及通信协议的研究对构建真正的量子通信网络很有意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 量子通信的发展及现状
• 1.2 量子通信网络的研究意义
• 1.3 本文的主要工作以及章节安排
• 第二章 量子通信网络
• 2.1 量子通信网络的发展现状
• 2.2 ASON 自动光交换的基本思想
• 2.2.1 ASON 的体系结构
• 2.2.2 ASON 呼叫控制器
• 2.2.3 小结
• 2.3 LINUX网络编程
• 2.3.1 Linux 网络编程
• 2.3.1.1 客户机服务器通信模型
• 2.3.1.2 TCP 客户机－服务器通信模型
• 2.3.2 Linux 下的多线程编程
• 2.3.2.1 多线程编程的优点
• 2.3.2.2 线程的数据处理数据
• 2.3.3 小结
• 2.4 量子通信网络总体方案
• 第三章 量子通信多址与交换技术
• 3.1 多址技术
• 3.1.1 频分多址（FDMA）
• 3.1.2 时分多址（TDMA）
• 3.1.3 码分多址（CDMA）
• 3.1.4 空分多址（SDMA）
• 3.1.5 波分复用（WDM）
• 3.2 交换技术
• 3.2.1 光电路交换（OCS）
• 3.2.2 光分组交换（OPS）
• 3.2.3 光突发交换（OBS）
• 3.2.4 光标记交换（OLS）
• 3.3 多址与交换的方案
• 第四章 呼叫连接信令设计及协议实现
• 4.1 呼叫连接信令及协议设计
• 4.1.1 交换机信令与协议的需求
• 4.1.2 呼叫连接信令及协议设计
• 4.2 交换机部分呼叫/连接控制设计与实现
• 4.2.1 呼叫/连接控制设计
• 4.2.2 呼叫/连接协议控制实现
• 4.3 用户部分呼叫与连接协议与实现
• 4.3.1 用户部分呼叫与连接协议设计
• 4.3.2 用户部分呼叫与连接协议实现
• 第五章 量子交换机实现及性能分析
• 5.1 量子交换机方案
• 5.2 测试平台的组成
• 5.3 呼叫及连接时间的测试及分析
• 5.4 交换机容量的测试及改进
• 第六章 总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果