基于分簇的有效无线传感器网络密钥管理方案

李明，熊盛武，郑晓亮

（武汉理工大学湖北武汉430070）

近年来，随着微机电系统、无线通信、信息网络与集成电路等技术的迅速发展，新兴的无线传感器网络应运而生。无线传感器网络是由大量分布式传感节点组成的面向任务型自组织网络。由于拥有广泛的应用前景，无线传感器网络得到了迅速发展，广泛应用于国防军事、工业控制、环境监测、交通管理等领域。虽然无线传感器网络有许多优点，但由于很多传感器网络有可能被部署在敌方区域，而且由于它的无线通信特性，很容易遭到攻击，如何加强它的抗攻击能力，提高安全性就显得极为重要[1]。一般来说，无线传感器节点拥有有限的资源，比如计算能力、存储空间和能量等，这导致了非对称密码算法难以在其上被使用，所以无线传感器网络普遍使用基于对称密码的密钥管理算法来保证其安全。通过无线传感器网络的特性以及可能面临的攻击，综合已有的多种算法，在分簇结构无线传感器网络基础上提出一种新的密钥管理方案，并给出了这种方案的性能分析与仿真结果，结果显示提高了算法的安全性能。

1 分簇无线传感器网络拓扑结构

分簇无线传感器网络[2]是现在使用比较广泛的网络结构，分簇无线传感器网络拓扑结构如图1所示。

图1 分簇结构的无线传感器网络拓扑结构Fig.1Clustering structure of wireless sensor network topology

将基于该结构进行密钥管理。该网络结构是由基站、簇头与簇内节点3种类型的节点构成。其中基站的主要功能是数据汇总，对网络中的传感器节点发送命令，基站具有无限能量、高计算能力以及充足的存储空间。……