无线传感器网络路由协议及密钥分配与管理技术的研究

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1、摘要摘要无线传感器网络无论是在国家安全，还是国民经济诸方面均有着广泛的应用前景。未来，微型、高可靠、多功能、集成化的传感器，微型、大容量的能源，高效、高可靠的网络协议和操作系统，面向应用、低计算量的模式识别和数据融合算法，低功耗、自适应的网络结构，及在现实环境中的各种应用模式，会使传感器网络最终成为现实和数字世界的接口，深入人们生活的各方面，像互联网一样改变人们的生活方式。但在目前的科技水平下，生产低成本、低功耗、体积小的传感器节点，都不可避免的具有能量少(不可更换的电池供电)，计算及存储能力有限，仅支持

2、短距离无线通信的特点。如何高效使用能量，最大化网络生存期是传感器网络面临的首要挑战。目前Multi．Sink无线传感器网络逐渐成为传感器网络领域的研究热点。由于现有的路由协议多是针对单sink节点的传感器网络提出的，并不适宜于Multi．Sink网络，因此，本文从如何设计高效，高可靠且适宜于Multi．Sink网络的路由协议的问题入手，尝试着设计了一种用于Multi．Sink无线传感器网络的基于标记的路由协议(MS．TBRP)。该协议的核心思想是根据多个sink节点的分布位置，对网络中所有节点按照距离si

3、nk节点的跳数进行标记，形成分层的网络拓扑，使用该协议能够为成千上万的传感器节点建立起到sink节点的能量高效的路由。为满足应用的可靠性和多样性需求，针对MS．TBRP协议本文提出了一些有益的改进措施，另外还提出了一种与MS．TBRP搭配使用的能量高效的MAC协议，并利用MS．TBRP的层次划分对无线传感器网络支撑技术作了改进。有些应用对于无线传感器网络所采集数据传输的安全有很高的要求，考虑到传感器网络的无线通信环境，缺少基础设施支持，以及节点在能量，计算及存储能力方面有限的特点，本文提出了一种用于分布式

4、无线传感器网络的成对密钥分配与管理方法。它具有能量高效，节省节点存储空间等特点，算法本身也很简单。此外，可以根据需要加入新节点，撤销网络中不安全的节点，或是更新节点的密钥以增强网络的安全性，仿真结果证明了该方法具有很好的可扩展性。本文最后对所做的工作进行了总结，并提出了一些需要进一步研究的问题。关键词：无线传感器网络，Multi-Sink，能量高效，密钥分配和管理，成对密钥AbstractWirelesssensornetworkhaswideapplicationprospectsinnotonlyna

5、tionalsecurity,butalsonationaleconomy．Inthefuture,Mini，highlyreliable，multifunctional，integratedsensors，miniature，large—capacitypowersupply,efficient，highlyreliablenetworkprotocolsandoperatingsystem，application-orientedpatternrecognitionanddatafusionalgor

6、ithmwithsmallamountofcalculation,low-power,adaptivenetworkstructure，aswellasavarietyofapplicationmodelsinrealisticenvironment,allofthosecharacteristicsabovewillmakethewirelesssensornetworkeventuallytheinterfacebetweenthedigitalworldandtherealworld,whichwi

7、llaffectallaspectsofpeople’Slives，changeourlifestyleasInternetusedtobe．However,inthecurrentlevelofscienceandtechnology,theproductionoflow-cost，low-power,smallsizesensornodesareinevitable谢msomenegativefeaturessuchaslessenergy(usuallydependonanenergysupplyp

8、rovidebynon-replaceablebatteries)，limitedcapacityofcalculationandstorage，short-rangewirelesscommunicationability．Thus，efficientuseofenergyandmaximizationofthelifecycleofthewholesensornetworkistheprimarychallenge．Wit