无线传感器网络密钥预分配问题研究

论文摘要

随着信息技术的飞速发展,使得将计算、通信、网络与传感等功能都集成在一个设备成为可能,无线传感器网络就是这些技术紧密结合的产物。无线传感器网络是普适计算的重要研究领域。集成有传感部件、微处理器和通信模块的微型传感器节点通过自组织的方式构成无线传感器网络,完成对环境的数据采集和监测。无线传感器网络己逐渐成为工业界及学术界的一个研究热点,在军事和民用领域有着非常广阔的应用前景。本文以无线传感器网络数据通信的安全性研究和策略为背景,较深入地研究了无线传感器网络密钥预分配问题,分析了无线传感器网络密钥预分配问题领域国内外的研究重点和研究进展,并在此基础上提出一种新的基于CDMA通信模式的无线传感器网络密钥预分配方案。要达到无线传感器网络的安全通信,必须对网络中节点之间的通讯数据用密钥进行必要的加密。本文在全面分析了当前各种密钥预分配方案的基础上,深入的研究了最新的基于区域的密钥预分配方案以及其局限性,创新性地提出了一种新的使用了移动通讯领域CDMA中的蜂窝移动通讯的蜂窝模式分组方案,将这当前两大流行科技结合起来,把节点按照预测的地理位置关系分组,给处于相同组或是相邻组的节点之间分配共享密钥,使节点的分组模式和查询更符合节点广播特征。蜂窝模式密钥预分配机制极大的提高密钥利用率,减少了密钥分配和维护代价,使传感器网络的安全性和连通性极大的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 无线传感器网络
• 1.1.1 传感器网络结构
• 1.1.2 传感器节点结构
• 1.1.3 传感器网络研究现状
• 1.1.4 传感器网络应用现状
• 1.1.5 无线传感器网络面临的挑战
• 1.1.6 传感器网络设计考虑因素
• 1.2 课题背景与本文研究内容
• 1.2.1 密钥分配几相关问题
• 1.2.2 密钥分配问题的分析及研究进展
• 1.2.3 本文研究内容
• 2 无线传感器网络通信安全问题的提出
• 2.1 传感器网络需要解决的安全问题
• 2.2 传感器网络的自身特点
• 2.3 无线传感器网络安全分析
• 2.3.1 无线传感器网络的安全隐患
• 2.3.2 各种攻击方法与防御策略
• 2.4 安全管理的内容
• 2.4.1 安全密钥的建立过程
• 2.4.2 安全连通性
• 3 当前几种主要的密钥预分配模型的分析
• 3.1 预共享密钥模型
• 3.2 随机密钥预分配方案
• 3.2.1 基本的随机密钥预分布模型
• 3.2.2 扩展的随机密钥预分布模型
• 3.3 多路密钥增强模型
• 3.4 随机密钥对模型
• 3.5 基于二元多项式池的q-composite随机密钥预分布方案
• 3.5.1 基本思想
• 3.5.2 连通性分析
• 3.5.3 安全性分析
• 3.5.4 支持最大节点数
• 3.5.5 密钥更新
• 4 基于区域的密钥预分配方案的研究
• 4.1 概述
• 4.2 基于区域的密钥预分配方案各阶段的研究
• 4.2.1 密钥预分配阶段
• 4.2.2 共享密钥发现阶段
• 4.2.3 路径密钥建立阶段
• 4.2.4 该方案的局限性与扩展
• 4.3 一种基于CDMA通信方式的密钥预分配方案
• 4.3.1 CDMA通信方式简介
• 4.3.2 实施策略
• 4.3.3 算法流程描述
• 4.3.4 实验模拟和性能评估
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢