CN105375956B - 物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，主要解决现有技术传输可靠性差、安全性低、实现复杂度高的问题。其实现步骤为：1)初始化中继节点的缓存队列；2)源节点发送本地数据，目的节点发送干扰数据，所有中继节点和窃听节点接收数据；3)中继节点发送本地数据，源节点发送干扰数据，目的节点和窃听节点接收数据；4)队列缓存中继的最优传输链路选择；5)最优中继节点向源节点和目的节点广播传输信令，开始传输。本发明具有实现复杂度低、安全性强、传输可靠性好的优点，可用于物理层安全中继协作通信系统。

Description

物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种用于物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，可用于通信信息的保密传输。

背景技术

随着无线通信技术的发展，信息传输的安全性和私密性已经成为了无线通信和信息安全领域的研究热点。在传统网络中，安全性是通过高层的加密机制来保证的，但这通常是以假设节点的计算能力有限为前提，且密钥的产生与交互，会给系统带来额外的复杂度与信令开销。物理层安全技术根据信息论的观点，通过对无线信道的物理特性加以合理利用，保证了信息传输的安全性与私密性，引起了学术界的广泛关注。

现有研究表明，当合法用户的信道条件优于窃听用户时，源节点与目的节点可以以一个非零的保密速率进行安全通信，而此时窃听节点无法正确获取其通信的内容。然而，在合法信道差于窃听信道的情况下，保密速率通常为零。通过利用协作通信形成的“虚拟多天线阵列”，在合法信道上获得发射分集，保证了信息的可靠与安全传输。将协作通信技术与物理层安全技术结合，将会成为下一代无线通信网中重要的网络组成构架。

电子科技大学提出的中国专利申请“一种物理层安全通信中的自适应协作方法”(公开号：CN 104093143A，公开日：2014.10.08)公开了一种用于物理层安全的自适应协作通信方法，具体步骤是：首先，使用二进制编码方式，将协作中继的转发信号进行编码；其次，在集合中随机产生N_set个范围在的非负整数；最后，对集合中的元素进行迭代重组，产生新的集合，直至选出使协作通信系统获得最大安全速率的元素。该技术方案存在的不足是：首先，该方法采用迭代重组的方法对中继的放大转发和噪声转发两种模式进行选择，其计算复杂度较高；其次，协作传输阶段选用多个中继，其功率开销较大，且多个协作中继的时间同步问题不易于实现。

西安电子科技大学提出的中国专利申请“基于零空间增强物理层安全的协作波束形成方法”(公开号：CN 103354463A，公开日：2013.10.16)公开了一种基于零空间增强物理层安全的协作波束形成方法，具体步骤是：首先，源节点给所有中继节点发送机密信息，中继节点对接收信号加权处理后转发给目的节点和窃听节点；然后，计算安全速率，并根据中继节点的加权处理信号，计算中继节点的总功率和自身功率消耗，获得功率约束；其次，计算窃听节点等效信道矩阵的零空间，获得空间约束；最后，在满足功率约束和空间约束下，设计最优波束成形权向量，并将最优波束成形权向量分配给各中继节点。该技术方案存在的不足是：首先，该方法波束成形权向量的设计需要发射节点掌握瞬时信道状态信息，而反馈信道的设计复杂度较高；其次，该方法固定了中继节点的两时隙传输模式，不利于最大限度地提取协作中继通信系统的空间分集。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，最大限度地提取协作中继提供的分集增益，以干扰信号来降低窃听节点的接收信噪比，同时提高传输的可靠性和保密性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，包括至少一个源节点、目的节点和窃听节点，以及至少两个中继节点，所述方法包括如下步骤：

S1初始化中继节点的缓存队列；

S2源节点发送本地数据，目的节点发送干扰数据，而所有中继节点和窃听节点则接收数据；

S3中继节点发送本地数据，源节点发送干扰数据，目的节点和窃听节点接收数据；

S4定义传输链路选择性能因子，并根据传输链路选择性能因子选择队列缓存中继的最优传输链路，得到最优中继节点；

S5步骤S4中得到的最优中继节点向源节点和目的节点广播传输信令，开始传输。

进一步需要说明的是，步骤S1的具体方法如下：

1.1)在传输开始阶段，将所有中继节点的缓存队列置零；

1.2)设定0≤Φ(Q_k)≤L，k∈{1,...,K}，其中Q_k表示中继节点R_k的缓存队列，Φ(Q_k)表示缓存队列Q_k的长度，即缓存队列Q_k所存储的数据量，L表示缓存队列的最大长度，K表示中继节点的数目；缓存队列Q_k中的数据包服从先入先出准则，并当源节点S发送数据而中继节点R_k接收数据时，经过循环冗余校验得到正确解码的数据后，中继节点R_k的缓存队列长度Φ(Q_k)增加1，当中继节点R_k发送数据而目的节点D接收数据时，经过循环冗余校验得到正确解码的数据后，中继节点R_k的缓存队列长度Φ(Q_k)减少1。

进一步需要说明的是，步骤S2的具体方法如下：

2.1)源节点S对本地将要发送的数据依次进行循环冗余校验编码、信道编码和调制，得到信息信号x₁，并将该信号x₁发送至所有中继节点和窃听节点E；

2.2)目的节点D对本地将要发送的数据依次进行伪随机序列编码、信道编码和调制，得到干扰信号z₁，并将该干扰信号z₁发送至所有中继节点和窃听节点E；

2.3)每个中继节点R_k收到信息信号x₁和干扰信号z₁后，对该混合信号进行自干扰消除，经过解调和译码后，得到接收信号y_Rk为：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的瞬时信道增益，表示中继节点R_k的噪声信号；

2.4)窃听节点E收到信息信号x₁和干扰信号z₁后，对该混合信号进行解调和译码，得到接收信号y_E为：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，P_JD表示目的节点D的干扰功率，h_SE表示源节点S与窃听节点E之间的瞬时信道增益，h_DE表示目的节点D与窃听节点E之间的瞬时信道增益，n_E表示窃听节点的噪声信号。

进一步需要说明的是，步骤S3的具体方法如下：

3.1)每个中继节点R_k对本地将要发送的数据依次进行循环冗余校验编码、信道编码和调制，得到信息信号x₂，并将该信号x₂发送至目的节点D和窃听节点E；

3.2)源节点S对本地将要发送的数据依次进行伪随机序列编码、信道编码和调制，得到干扰信号z₂，并将该信号z₂发送至窃听节点E；

3.3)目的节点D收到信息信号x₂后，对该信号进行解调和译码，得到接收信号y_D为：

其中，表示中继节点R_k的信息功率，表示中继节点R_k和目的节点D之间的瞬时信道增益，n_D表示目的节点D的噪声信号；

3.4)窃听节点E收到信息信号x₂和干扰信号z₂后，对该混合信号进行解调和译码，得到接收信号y_E'为：

其中，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率，表示中继节点R_k和窃听节点E之间的瞬时信道增益，h_SE表示源节点S和窃听节点E之间的瞬时信道增益，n_E'表示窃听节点E的噪声信号。

更进一步需要说明的是，循环冗余校验即为对译码后所得的数据进行正确性检验：若中继节点R_k和目的节点D分别利用收到的循环冗余校验码能除尽预设的生成多项式，则表明译码正确，否则，译码失败。

更进一步需要说明的是，信道编码采用低密度奇偶校验码、卷积码或两者级联的方式进行，并对采用上述编码后的码字进行凿孔，以提高编码效率。

更进一步需要说明的是，伪随机序列编码由有限状态的伪随机序列产生器产生，其中源节点S、中继节点R_k(k∈{1,...,K})和目的节点D使用同样有限状态的伪随机序列产生器。

进一步需要说明的是，步骤S4的具体方法如下：

4.1)计算当源节点S发送数据而中继节点R_k接收数据时S-R_k链路上的瞬时保密速率

其中，P_S表示源节点S的信息功率，P_JD表示目的节点D的干扰功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_DE|²表示目的节点D与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，[·]⁺＝max{·,0}；

4.2)计算当中继节点R_k发送数据而目的节点D接收数据时R_k-D链路上的瞬时保密速率

其中，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率，表示中继节点R_k与目的节点D之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，[·]⁺＝max{·,0}；

4.3)任意时刻，当中继节点R_k处的缓存队列非满时，则此时S-R_k链路可进行数据传输，当中继节点R_k处的缓存队列非空时，则此时R_k-D链路可进行数据传输；

4.4)定义传输链路选择性能因子η(R_k)，并选出传输链路选择性能因子η(R_k)最大的作为最优的中继节点和传输链路：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率,P_JD表示目的节点D的干扰功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与目的节点D之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_DE|²表示目的节点D与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，Q_k表示中继节点R_k的缓存队列，L表示缓存队列的最大长度，k∈{1,...,K}表示中继节点的数目。

更进一步需要说明的是，步骤4.4)中，根据传输链路选择性能因子η(R_k)选择最优的中继节点和传输链路的方法具体如下：

4.4.1)源节点S向所有中继节点广播最优传输链路选择开始的信令；

4.4.2)各中继节点R_k在收到最优传输链路选择开始的信令后，根据其传输性能因子η(R_k)，将本地时钟的初始时间T(R_k)设置为：

T(R_k)＝μexp(-η(R_k))；

其中，μ表示单位时间长度且满足μ＞0；

4.4.3)各中继节点R_k的本地时钟同时开始从初始时间T(R_k)向零进行倒计时；

4.4.4)初始时间最小的中继节点将会率先完成本地时钟倒计时，此时中继节点被选为最优中继节点，且此时相应的传输链路被选为最优链路，并向其余中继节点发送最优传输链路选择完成的信令；

4.4.5)所有收到最优传输链路选择完成信令的中继节点停止本地时钟倒计时，并保持静默，同时初始时间最小的中继节点准备接收或发送信息信号，源节点S或目的节点D准备发送干扰信号。

本发明的有益效果在于：

1、本发明由于利用队列缓存中继链路选择的灵活性，选择系统中传输链路选择性能因子最大的中继节点提供中继协作服务，且相应的传输链路被选为最优传输链路，为系统提供了更大了选择自由度，使协作中继系统获得最大的空间分集增益，提高了信息传输的可靠性；

2、本发明由于采用自适应协作干扰技术，根据传输链路选择结果，源节点和目的节点交替发送干扰信号，且干扰信号由伪随机序列信号产生器产生，在合法用户完美消除干扰的同时降低了窃听节点的接收信噪比，提高了系统传输的安全性；

3、本发明由于采用分布式中继和链路选择方法，通过各协作中继的本地时钟倒计时和信令交互实现最优中继和链路选择，降低了中继和链路选择复杂度，减少了协作中继传输的系统开销，性能代价比高，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明的队列缓存中继系统模型图；

图2为本发明的实现总流程图；

图3为本发明的最优中继和传输链路选择子流程图；

图4为本发明方案与有协作干扰的传统中继方案、无协作干扰的队列缓存中继方案的保密中断概率对比图；

图5为本发明方案随着中继数目变化的保密中断概率效果图；

图6为本发明方案随着队列缓存长度变化的保密中断概率效果图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，本发明的队列缓存中继系统模型图，由源节点S、目的节点D、窃听节点E和K个中继节点R_k,k∈{1,...,K}构成。

如图2所示，本发明的实现步骤如下：

S1初始化中继节点的缓存队列。

1.1)在传输开始阶段，将所有中继节点的缓存队列置零；

1.2)用函数0≤Φ(Q_k)≤L表示缓存Q_k所存储的数据量，且缓存Q_k中的数据包服从“先入先出”准则，其中，Q_k表示中继节点R_k的缓存队列，L表示缓存队列的最大长度，k∈{1,...,K}表示中继节点的数目；

当源节点S发送数据而中继节点R_k接收数据时，经过循环冗余校验得到正确解码的数据后，中继节点R_k的缓存队列Φ(Q_k)增加1，其中所述的循环冗余校验，是指对译码后所得的数据进行正确性检验：若中继节点R_k利用收到的循环冗余校验码能除尽预设的生成多项式，则表明译码正确，否则，译码失败；

当中继节点R_k发送数据而目的节点D接收数据时，经过循环冗余校验得到正确解码的数据后，中继节点R_k的缓存队列Φ(Q_k)减少1，其中所述的循环冗余校验，是指对译码后所得的数据进行正确性检验：若目的节点D利用收到的循环冗余校验码能除尽预设的生成多项式，则表明译码正确，否则，译码失败；

S2源节点S发送本地数据，目的节点D发送干扰数据，所有中继节点和窃听节点E接收数据。

2.1)源节点S对本地将要发送的数据依次进行循环冗余校验编码、信道编码和调制，得到信息信号x₁，并将该信号发送至所有中继节点和窃听节点E，其中所述的信道编码采用低密度奇偶校验码、卷积码或两者级联的方式进行，并对采用上述编码后的码字进行凿孔，以提高编码效率；

2.2)目的节点D对本地将要发送的数据依次进行伪随机序列编码、信道编码和调制，得到干扰信号z₁，并将该信号发送至所有中继节点和窃听节点E，其中所述的伪随机序列编码，是由有限状态的伪随机序列产生器产生；源节点S、中继节点R_k和目的节点D使用同样有限状态的伪随机序列产生器，其中，k∈{1,...,K}；

2.3)中继节点R_k收到信息信号x₁和干扰信号z₁后，对该混合信号进行自干扰消除，经过解调和译码后，得到接收信号为：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的瞬时信道增益，表示中继节点R_k的噪声信号；

2.4)窃听节点E收到信息信号x₁和干扰信号z₁后，对该混合信号进行解调和译码，得到接收信号y_E为：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，P_JD表示目的节点D的干扰功率，h_SE表示源节点S与窃听节点之间的瞬时信道增益，h_DE表示目的节点D与窃听节点之间的瞬时信道增益，n_E表示窃听节点的噪声信号。

S3中继节点R_k发送本地数据，源节点S发送干扰数据，目的节点D和窃听节点E接收数据。

3.1)中继节点R_k对本地将要发送的数据依次进行循环冗余校验编码、信道编码和调制，得到信息信号x₂，并将该信号发送至目的节点D和窃听节点E，其中所述的信道编码采用低密度奇偶校验码，或卷积码，或两者级联的方式进行，并对采用上述编码后的码字进行凿孔，以提高编码效率；

3.2)源节点S对本地将要发送的数据依次进行伪随机序列编码、信道编码和调制，得到干扰信号z₂，并将该信号发送至窃听节点E，其中所述的伪随机序列编码，是由有限状态的伪随机序列产生器产生；源节点S、中继节点R_k和目的节点D使用同样有限状态的伪随机序列产生器，其中，k∈{1,...,K}；

3.3)目的节点D收到信息信号x₂后，对该信号进行解调和译码，得到接收信号y_D为：

其中，表示中继节点R_k的信息功率，表示中继节点R_k和目的节点D之间的瞬时信道增益，n_D表示目的节点D的噪声信号；

3.4)窃听节点E收到信息信号x₂和干扰信号z₂后，对该混合信号进行解调和译码，得到接收信号y_E'为：

其中，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率，表示中继节点R_k和窃听节点E之间的瞬时信道增益，h_SE表示源节点S和窃听节点E之间的瞬时信道增益，n_E'表示窃听节点E的噪声信号。

S4有限缓存中继的最优传输链路选择：

4.1)计算当源节点S发送数据而中继节点R_k接收数据时S-R_k链路上的瞬时保密速率为：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，P_JD表示目的节点D的干扰功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_DE|²表示目的节点D与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，[·]⁺＝max{·,0}；

4.2)计算当中继节点R_k发送数据而目的节点D接收数据时R_k-D链路上的瞬时保密速率为：

其中，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率，表示中继节点R_k与目的节点D之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，[·]⁺＝max{·,0}；

4.3)任意时刻，当中继节点R_k处的缓存队列Φ(Q_k)非满时，则此时S-R_k链路可进行数据传输，当中继节点R_k处的缓存队列Φ(Q_k)非空时，则此时R_k-D链路可进行数据传输；

4.4)定义传输链路选择性能因子η(R_k)，各中继根据其传输链路选择性能因子η(R_k)进行最优中继和链路选择，并从中选出传输链路选择性能因子最大的作为最优的中继节点和传输链路：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率,P_JD表示目的节点D的干扰功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与目的节点D之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_DE|²表示目的节点D与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，Q_k表示中继节点R_k的缓存队列；

如图3所示，从各中继节点R_k中选择最优中继节点和传输链路的具体实现如下：

4.4.1)源节点S向所有中继节点广播最优传输链路选择开始的信令；

4.4.2)各中继节点R_k在收到最优传输链路选择开始的信令后，根据其传输性能因子η(R_k)，将本地时钟的初始时间T(R_k)设置为：

T(R_k)＝μexp(-η(R_k))；

其中，μ表示单位时间长度且满足μ＞0；

4.4.3)各中继节点R_k的本地时钟同时开始从初始时间T(R_k)向零进行倒计时；

4.4.4)初始时间最小的中继节点率先完成本地时钟倒计时后，被选为“最优中继节点”，且此时相应的传输链路被选为“最优链路”，并向其余中继节点发送最优传输链路选择完成的信令；

4.4.5)所有收到最优传输链路选择完成信令的中继节点停止本地时钟倒计时，并保持静默，同时初始时间最小的中继节点准备接收或发送信息信号，源节点S或目的节点D准备发送干扰信号。

S5最优中继节点向源节点S和目的节点D广播传输信令，开始传输。

以下将结合仿真实验对本发明的性能作进一步的描述。

从图4可以看出，随着系统平均信噪比的增加，本发明的有协作干扰的队列缓存中继方案获得了最优的保密中断概率性能：相比于有协作干扰的传统中继方案，本发明方案的保密中断概率以系统平均信噪比的负4次方指数幂斜率降低，达到了协作系统的最大分集增益；相对于无协作干扰的队列缓存中继方案，本发明方案通过自适应协作干扰策略，获得了更好的保密性。

如图5所示，横坐标表示系统平均信噪比的变化量，纵坐标表示系统的保密中断概率，圆形实线表示中继数目为2的本发明方案，菱形实线表示中继数目为3的本发明方案，五角星实线表示中继数目为4的本发明方案。从图5可以看出，随着中继数目的增加，本发明方案的保密中断概率逐渐降低，系统可以获得最佳的传输可靠性和安全性。

如图6所示，横坐标表示系统平均信噪比的变化量，纵坐标表示系统的保密中断概率，圆形实线表示中继缓存长度为2的本发明方案，菱形实线表示中继缓存长度为8的本发明方案，五角星实线表示中继缓存长度为50的本发明方案。从图6可以看出，随着中继缓存长度的增加，本发明方案的保密中断概率逐渐降低；当中继缓存长度由2变化到50时，系统获得的分集增益由2变化到4，适当选取中继缓存长度，系统的传输可靠性和复杂度可实现最佳折中。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，包括至少一个源节点、目的节点和窃听节点，以及至少两个中继节点，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1初始化中继节点的缓存队列；

S2源节点发送本地数据，目的节点发送干扰数据，而所有中继节点和窃听节点则接收数据；

S3中继节点发送本地数据，源节点发送干扰数据，目的节点和窃听节点接收数据；

S4定义传输链路选择性能因子，并根据传输链路选择性能因子选择队列缓存中继的最优传输链路，得到最优中继节点；

S5步骤S4中得到的最优中继节点向源节点和目的节点广播传输信令，开始传输；

步骤S4的具体方法如下：

4.1)计算当源节点S发送数据而中继节点R_k接收数据时S-R_k链路上的瞬时保密速率

其中，P_S表示源节点S的信息功率，P_JD表示目的节点D的干扰功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_DE|²表示目的节点D与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，[·]⁺＝max{·,0}；

4.2)计算当中继节点R_k发送数据而目的节点D接收数据时R_k-D链路上的瞬时保密速率

其中，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率，表示中继节点R_k与目的节点D之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，[·]⁺＝max{·,0}；

4.3)任意时刻，当中继节点R_k处的缓存队列非满时，S-R_k链路可进行数据传输，当中继节点R_k处的缓存队列非空时，R_k-D链路可进行数据传输；

4.4)定义传输链路选择性能因子η(R_k)，并选出传输链路选择性能因子η(R_k)最大的作为最优的中继节点和传输链路：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率,P_JD表示目的节点D的干扰功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与目的节点D之间的信道功率增益，|h_SE|²表示源节点S与窃听节点E之间的信道功率增益，表示中继节点R_k与窃听节点E之间的信道功率增益，|h_DE|²表示目的节点D与窃听节点E之间的信道功率增益，表示窃听节点E的噪声功率，Q_k表示中继节点R_k的缓存队列，Φ(Q_k)表示缓存队列Q_k的长度，L表示缓存队列的最大长度，k∈{1,...,K}表示中继节点的数目。

2.根据权利要求1所述的物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，其特征在于，步骤S1的具体方法如下：

1.1)在传输开始阶段，将所有中继节点的缓存队列置零；

1.2)设定0≤Φ(Q_k)≤L，k∈{1,...,K}，其中Q_k表示中继节点R_k的缓存队列，Φ(Q_k)表示缓存队列Q_k的长度，即缓存队列Q_k所存储的数据量，L表示缓存队列的最大长度，K表示中继节点的数目；缓存队列Q_k中的数据包服从先入先出准则，并当源节点S发送数据而中继节点R_k接收数据时，经过循环冗余校验得到正确解码的数据后，中继节点R_k的缓存队列长度Φ(Q_k)增加1，当中继节点R_k发送数据而目的节点D接收数据时，经过循环冗余校验得到正确解码的数据后，中继节点R_k的缓存队列长度Φ(Q_k)减少1。

3.根据权利要求1所述的物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，其特征在于，步骤S2的具体方法如下：

2.1)源节点S对本地将要发送的数据依次进行循环冗余校验编码、信道编码和调制，得到信息信号x₁，并将该信号x₁发送至所有中继节点和窃听节点E；

2.2)目的节点D对本地将要发送的数据依次进行伪随机序列编码、信道编码和调制，得到干扰信号z₁，并将该干扰信号z₁发送至所有中继节点和窃听节点E；

2.3)每个中继节点R_k收到信息信号x₁和干扰信号z₁的混合信号后，对该混合信号进行自干扰消除，经过解调和译码后，得到接收信号为：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，表示源节点S与中继节点R_k之间的瞬时信道增益，表示中继节点R_k的噪声信号；

2.4)窃听节点E收到信息信号x₁和干扰信号z₁的混合信号后，对该混合信号进行解调和译码，得到接收信号y_E为：

其中，P_S表示源节点S的信息功率，P_JD表示目的节点D的干扰功率，h_SE表示源节点S与窃听节点E之间的瞬时信道增益，h_DE表示目的节点D与窃听节点E之间的瞬时信道增益，n_E表示窃听节点的噪声信号。

4.根据权利要求1所述的物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，其特征在于，步骤S3的具体方法如下：

3.1)每个中继节点R_k对本地将要发送的数据依次进行循环冗余校验编码、信道编码和调制，得到信息信号x₂，并将该信号x₂发送至目的节点D和窃听节点E；

3.2)源节点S对本地将要发送的数据依次进行伪随机序列编码、信道编码和调制，得到干扰信号z₂，并将该信号z₂发送至窃听节点E；

3.3)目的节点D收到信息信号x₂后，对该信号进行解调和译码，得到接收信号y_D为：

其中，表示中继节点R_k的信息功率，表示中继节点R_k和目的节点D之间的瞬时信道增益，n_D表示目的节点D的噪声信号；

3.4)窃听节点E收到信息信号x₂和干扰信号z₂的混合信号后，对该混合信号进行解调和译码，得到接收信号y_E'为：

其中，表示中继节点R_k的信息功率，P_JS表示源节点S的干扰功率，表示中继节点R_k和窃听节点E之间的瞬时信道增益，h_SE表示源节点S和窃听节点E之间的瞬时信道增益，n_E'表示窃听节点E的噪声信号。

5.根据权利要求2所述的物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，其特征在于，循环冗余校验即为对译码后所得的数据进行正确性检验：若中继节点R_k和目的节点D分别利用收到的循环冗余校验码能除尽预设的生成多项式，则表明译码正确，否则，译码失败。

6.根据权利要求3或4所述的物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，其特征在于，信道编码采用低密度奇偶校验码、卷积码或两者级联的方式进行，并对采用上述编码后的码字进行凿孔，以提高编码效率。

7.根据权利要求3或4所述的物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，其特征在于，伪随机序列编码由有限状态的伪随机序列产生器产生，其中源节点S、中继节点R_k和目的节点D使用同样有限状态的伪随机序列产生器。

8.根据权利要求1所述的物理层安全通信中的队列缓存中继传输方法，其特征在于，步骤4.4)中，根据传输链路选择性能因子η(R_k)选择最优的中继节点和传输链路的方法具体如下：

4.4.1)源节点S向所有中继节点广播最优传输链路选择开始的信令；

4.4.2)各中继节点R_k在收到最优传输链路选择开始的信令后，根据其传输性能因子η(R_k)，将本地时钟的初始时间T(R_k)设置为：

T(R_k)＝μexp(-η(R_k))；

其中，μ表示单位时间长度且满足μ＞0；

4.4.3)各中继节点R_k的本地时钟同时开始从初始时间T(R_k)向零进行倒计时；

4.4.4)初始时间最小的中继节点将会率先完成本地时钟倒计时，此时中继节点被选为最优中继节点，且此时相应的传输链路被选为最优链路，并向其余中继节点发送最优传输链路选择完成的信令；

4.4.5)所有收到最优传输链路选择完成信令的中继节点停止本地时钟倒计时，并保持静默，同时初始时间最小的中继节点准备接收或发送信息信号，源节点S或目的节点D准备发送干扰信号。