异构无线传感器网络密钥管理方案的研究

论文摘要

无线传感器网络是由大量传感器节点以Ad Hoc方式构成的无线网络。密钥管理是无线传感器网络中极具挑战性的安全问题之一。在多数无线传感器网络密钥管理方案中,通常都是认为节点的功能相同。研究表明,异构无线传感器网络能够延长网络寿命,提高网络连通性、可测性和抗毁性。因此,如何利用节点互异的特征,为异构无线传感器网络设计出高效的密钥管理方案成为一个重要的和需要探索的问题。本文将研究异构无线传感器网络的密钥管理方案。首先,本文概述了无线传感器网络和无线传感器网络安全所涉及的安全目标、面临的安全挑战和网络各层的安全问题。然后,本文对无线传感器网络密钥管理进行了全面系统的综述。内容涉及密钥管理问题描述、密钥管理方案的评估标准及分类、现有典型方案描述等诸多方面,并重点分析和总结现有典型方案的优缺点。这些内容是异构无线传感器网络密钥管理方案研究的基础。作为研究重点,本文给出了两个具体的异构无线传感器网络密钥管理方案。针对基本随机密钥预分配方案的密钥环中密钥利用低的问题,考虑到把网络监测区域划分为多个区域,密钥池分为多个子密钥池和部署节点分成多组,组中节点从对应密钥池中选择密钥,部署到对应区域中,将能够保证节点间以组相邻,提出了一种基于区域的异构无线传感器网络密钥预分配方案。仿真实验表明,该方案优于现有无线传感器网络密钥管理方案。针对现有随机密钥预分配方案不同节点间能够建立相同共享密钥的不足,把这些方案中的密钥池换成多项式池,节点间通过共享多项式来计算共享密钥,便可以克服这种问题,提出了一种基于多项式的异构无线传感器网络密钥预分配方案。仿真实验表明,该方案是有效的。对现有密钥管理方案不限制节点安全通信跳数带来通信负载大的问题,设制节点安全通信跳数为1跳。结果表明,这种方法有效的降低了通信负载。最后,对全文进行了总结,并对今后工作做了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络节点
• 1.1.2 无线传感器网络的体系结构
• 1.1.3 无线传感器网络的特点
• 1.2 无线传感器网络的安全
• 1.2.1 无线传感器网络的安全目标
• 1.2.2 无线传感器网络安全面临的挑战
• 1.2.3 无线传感器网络各层的安全
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文结构安排
• 第2章 无线传感器网络密钥管理研究
• 2.1 无线传感器网络密钥管理问题描述
• 2.2 无线传感器网络密钥管方案的评估标准和分类
• 2.2.1 无线传感器网络密钥管理方案的评估标准
• 2.2.2 无线传感器网络密钥管理方案的分类
• 2.3 无线传感器网络密钥管理典型方案
• 2.3.1 同构无线传感器网络管理典型方案
• 2.3.2 异构无线传感器网络密钥管理典型方案
• 2.4 无线传感器网络密钥管理方案比较
• 2.5 亟待解决的问题
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于区域的HWSN密钥预分配方案
• 3.1 网络模型
• 3.2 基于区域的密钥预分配方案
• 3.2.1 方案描述
• 3.2.2 密钥池的生成
• 3.3 性能评价
• 3.3.1 连通性
• 3.3.2 内存需求
• 3.3.3 D-sensor为K跳邻居节点的概率
• 3.4 安全分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于多项式的HWSN密钥预分配方案
• 4.1 背景知识
• 4.2 网络模型
• 4.3 基于多项式的密钥预分配方案
• 4.4 性能评价
• 4.4.1 存储节约
• 4.4.2 连通性
• 4.5 安全分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢