无线传感网络中的密钥预分配方案

摘要

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内监测对象的信息，应用领域非常广泛，如：军事、医疗、商业等领域。而在这些领域，保证无线传感网的安全性，使信息不被外界网络侵入、篡改成为重中之重。由于无线传感网节点微型化、低功耗、低成本的特点，导致其数据处理能力、程序空间和内存空间比一般计算机弱得多，同时其一般都直接部署在野外需要监测的环境中，很容易被捕获，因此普通的加密算法并不能直接应用于无线传感网络。于是密钥预分配方案衍生而出，它在系统布置之前将密钥按一定规律分配到相应节点中，系统运行后只要简单的协商工作即可在节点间完成加密通信，非常适合无线传感网的特点。
　　本文对已有的一些经典密钥预分配方案进行了总结和分类，并就其中一些经典的密钥预分配方案，如E-G方案，q方案等，进行了仿真并分析其性能，发现其中还存在着诸多问题，如节点能耗大、网络连通度差、安全性不高等，因此提出了一种基于六边形分组的无线传感网密钥预分配方案，该方案首先对部署区域进行六边形分组，并同时分为组间六边形与组内六边形两种。然后对节点根据部署区域进行划分，根据其所属的组内、组间六边形ID进行密钥的预分配。再将节点基于部署位置为中心发射至部署区域，进行通信密钥建立的工作。为了满足无线传感网的扩展性和动态性，本文还针对节点的加入与删除提出了相应的处理方案。并基于所提出的密钥预分配方案，分别从连通性、安全性、算法复杂度三方面对该方案的性能进行了仿真和分析。
　　通过本文的理论研究及仿真表明，本文提出的密钥预分配方案相较于其他传统方案而言，在安全性、连通率以及存储性能上都有了较大的提高，虽然时间复杂度略有增加，但增加幅度可以接受，依然可以满足无线传感网低能耗的特点。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2无线传感器网络概述

1.3研究目标及成果

1.4本文主要工作

1.5本章小结：

第二章 无线传感器网络安全

2.1无线传感器网络的安全需求

2.2无线传感器网络的制约因素

2.3无线传感器网络的安全威胁与对策

2.4本章小结

第三章 无线传感网密钥管理方案研究

3.1密钥管理内容及评价指标

3.2密钥管理方案的分类

3.3经典密钥预分配方案

3.4密钥预分配方案的分析与比较

3.5本章小结

第四章 一种基于六边形分组的无线传感网密钥预分配方案

4.1背景介绍：

4.2方案概述：

4.3网络的更新与扩展：

4.4本章小结

第五章 方案性能评估

5.1连通性的分析与比较：

5.2安全性的分析与比较

5.3算法复杂度的分析与比较

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢