基于通信半径动态调整的无线传感器网络密钥管理方案

摘要

传感器网络是由大量传感器节点组成的分布式无线网络。为了实现传感器网络的安全通信，确保传感器网络中相互通信的节点间建立共享密钥是至关重要的。然而，由于传感器网络节点本身硬件能力的一些限制，导致了现在成熟的安全技术方案不能直接应用于无线传感器网络之中。因此，安全问题成为无线传感器网络研究的一个重要方面。
　　本文利用传感器节点通信范围可动态调节的特点，提出了一种新的基于通信半径动态调整的密钥预分布方案KMVTR。该方案采用基于分组的部署方案、使用二层密钥预分布，并且在每个分组内分布若干个高级节点。分组内的高级节点在共享密钥发现阶段通过调整通信范围协助相邻分组间的节点建立共享密钥。
　　本文对基本的KMVTR方案进行扩展得到μKMVTR方案，μKMVTR方案在没有高级节点的网络中也能使用。文中分别在网格状分组部署模型以及蜂窝状分组部署模型这两种情况下，分析了相邻分组的安全连通概率和一个分组中所需A类节点的数量以及动态调整的最大通信半径大小的关系。最后的理论分析及实验结果表明普通节点的通信半径大小完全可以满足A类节点的需要，并且采用蜂窝分组部署模型所需的A类节点数量要少于采用网格分组部署模型。
　　文中最后的分析表明，KMVTR方案及其扩展μKMVTR方案通信能量消耗适当，可以提供最佳的抗节点俘获的能力，能支撑较大的网络规模，有效抵抗复制攻击的能力，并且在预分布阶段不需知道节点的期望部署位置。

目录

基于通信半径动态调整的无线传感器网络

A KEY MANAGEMENT SCHEME BASEDON VARIABLE TRANSMISSION RANGEIN WIRELESS SENSOR NETWORKS

摘要

正文

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 无线传感器网络概述

1.3 无线传感器网络密钥管理研究现状

1.4 本文的主要工作

第2章 基于通信半径动态调整的基本密钥管理方案

2.1 概述

2.2 基本的KMVTR 方案

2.3 具体设计

2.4 本章小结

第3章 基于通信半径动态调整的扩展密钥管理方案

3.1 μKMVTR 方案的提出

3.2 不使用高级节点的μKMVTR 方案

3.3 本章小结

第4章 性能分析及对比

4.1 安全连通概率分析

4.2 安全性分析

4.3 能量消耗分析

4.4 支持的最大网络规模分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢