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无线传感器网络密钥管理方案研究

作　者: 田琪星
导　师: 樊春丽
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 密钥预分配 哈希函数 分组部署模型
分类号: TN918.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


传感器节点被部署在监测区域后,利用无线通信技术通过自组织方式构成网络。随着无线传感器网络在抢险救灾、敌情监控、交通控制、农业监测等多方面的日益广泛应用,其区别于一般网络的特点如计算存储资源受限、广播信道、拓扑结构变化频繁等使其面临的安全问题日益凸显。目前,无线传感器网络的安全技术研究主要集中在加解密算法选择、密钥管理方案、安全路由和入侵检测机制等方面,密钥管理方案作为其它各种安全手段的基础为无线传感器网络提供最基本的保障。本文通过分析无线传感器网络面临的安全问题得出其安全需求,简要的介绍了主要安全技术并将密钥管理技术作为整个安全框架中的主要研究对象。首先介绍了基本随机密钥预分配方案(E-G方案)并对其模型进行仿真分析,在此基础上,将哈希函数知识应用于方案当中改进出基于哈希密钥链的q-composite方案；对该改进方案的数学模型进行仿真分析评价其优点和不足。另一方面,将位置信息应用于密钥管理方案中以研究部署知识对密钥管理方案的影响。通过对比几种基于部署知识的分组模型,确定了正六边形的分组模型。结合随机密钥预分配方案、哈希函数知识以及节点的位置信息改进出应用部署知识的正六边形分组方案。通过对该方案数学模型的仿真分析可知,该方案除了计算能耗稍劣于基本随机密钥预分配方案且扩展性需要一定的计算能耗之外；网络连通性、节点抗俘获能力和存储消耗都要优于基本随机密钥预分配方案。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-17
  1.1 研究背景和意义  7-8
  1.2 无线传感器网络概述  8-12
    1.2.1 无线传感器网络拓扑结构  8-9
    1.2.2 无线传感器网络节点结构  9-10
    1.2.3 无线传感器网络体系结构  10-11
    1.2.4 无线传感器网络应用前景  11-12
  1.3 无线传感器网络的安全性分析  12-15
    1.3.1 无线传感器网络面临的安全问题  12-13
    1.3.2 无线传感器网络安全需求及安全技术  13-15
  1.4 本论文的主要工作及结构安排  15-17
2 无线传感器网络密钥预分配方案研究现状  17-26
  2.1 密钥管理概述  17-18
  2.2 典型无线传感器网络密钥分配方案  18-24
    2.2.1 基于密钥分发中心分配方案  18-19
    2.2.2 预置全局密钥和N-1密钥方案  19
    2.2.3 基本随机密钥预分配方案及改进  19-21
    2.2.4 Blundo多项式密钥预分配方案及改进  21-22
    2.2.5 Blom矩阵密钥预分配方案及改进  22-23
    2.2.6 应用部署知识的密钥预分配方案  23-24
  2.3 方案评价准则  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 基本随机密钥预分配方案分析及改进  26-38
  3.1 基本随机密钥预分配方案仿真分析  26-33
    3.1.1 节点部署密度分析  26-29
    3.1.2 节点连通概率分析  29-30
    3.1.3 节点抗俘获能力分析  30-32
    3.1.4 存储空间及能耗及分析  32-33
  3.2 基于哈希密钥链的q-composite改进方案  33-37
    3.2.1 节点连通概率分析  33-35
    3.2.2 节点抗俘获能力分析  35-36
    3.2.3 存储空间及能耗分析  36-37
  3.3 本章小结  37-38
4 应用部署知识的改进方案  38-58
  4.1 基于部署知识的分组模型分析  38-41
    4.1.1 常用分组模型  38-39
    4.1.2 分组模型对比分析  39-41
  4.2 方案设计概要  41-44
    4.2.1 基于正六边形的分组部署模型  41-42
    4.2.2 单个子密钥池的生成算法  42-43
    4.2.3 方案中的标识符及其标识含义  43-44
  4.3 节点间密钥协商过程  44-46
  4.4 新节点的加入算法  46-47
  4.5 仿真分析及实验结果  47-56
    4.5.1 连通概率分析  47-53
    4.5.2 抗俘获能力分析  53-55
    4.5.3 存储空间、能耗及可扩展性分析  55-56
  4.6 本章小结  56-58
5 结论与展望  58-60
  5.1 工作总结  58-59
  5.2 展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信保密与通信安全 > 保密通信:按传输线路分 > 无线保密通信
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