无线传感器网络密钥预分配方案的分析

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1、兰州交通大学工程硕士学位论文1绪论1.1研究背景和意义传感器（Sensor）是“由敏感元件和转换元件所组成的输出可用的信号器件或者装置，并能按照一定的规律进行感觉上的测量”。传感器是一种收集物理对象或过程相关信息的技术，从技术层面来看，传感器是能够把物理世界中的参数或事件转换成可以测量和分析信号的装置，传感器直接连接到控制器和处理站上通过无线传输的方式将收集到的数据传送到处理站上。美国加州大学洛杉矶分校与罗克韦尔科学中心合作提出了无线集成网络传感器或WINS的概念并研究了低功率传感器的设备。在2003年，美国麻省理工学院提出WSN并发表于《技术评论

2、》杂志中，无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)[1,2]形成于当许多传感器协同地监测大面积的物理环境时，传感器节点往往不仅负责数据的采集和内网的分析评估，还负责自身数据与其他节点数据地融合等工作。这些节点与节点之间可以进行通信，或者节点与基站直接进行通信。传感器的重要性不仅体现在有线的环境中，而且几乎体现在WSN的任何环境下并应用于非常广泛的领域内。譬如应用棉纺织加工领域、机械电力领域、航空航天领域、生物克隆医学工业领域和节能减排环境领域等，而且也广泛应用于家用电器等当中，随着电子硬件电路变得更廉价和小型化，使得无线

3、传感器网络具有十分广阔的应用前景。传统的计算机网络是建立于现有的标准基础上的，无线传感器网络的能源是设计所有节点和资源利用的主要问题，一般不能与传感器节点进行直接地接触。而WSN中的许多协议和机制是专有的解决方案，并大多数都采用在链路通讯当中的多跳路由的方式。基于标准的解决方案进展非常的缓慢，如何找到一个传感器节点到基站的多跳的路径是WSN所面临的最重要的挑战之一，引起了学术界的极大关注。1.2无线传感器网络研究动机1.2.1WSN的结构WSN的结构较典型地包括了许多普通的传感器节点、接收点、公共的网络、管理节点和端用户。在目标传感器区域内由许多微

4、小的智能且廉价的传感器节点随机分散着组成[3]。这些传感器节点通过无线连接的方式进行彼此的协作工作，组成了一个用于通信的网络，从而实现收集、传送和分析环境中的数据。WSN以移动自组织的方式进行着节点的部署，确保网络以多跳的网络协议获得现实世界中的讯息并进行无处不在的控制。如图1.1所示，节点A沿着WSN链路路径将已经收集完的数据进行传送。直到数-1-万方数据无线传感器网络密钥预分配方案的研究据传送到传感器节点F的方向，将该数据一直传送下去至最终节点并接收，并将此最终接收的节点称为汇聚节点。汇聚节点实质上是基于一个传感器节点和端用户之间的协作调制器，

5、可视它为一个网络的网关节点。该汇聚节点充当具有很高处理能力的网关，与任务管理节点进行直接地通信。通过互联网或卫星构成公共的网络以此来完成汇聚节点和任务管理节点之间的连接。一旦端用户接收到来自任务管理节点的数据，它则马上在接受的数据上执行一些处理地行为。基于分布在感兴趣的区域内的大量的传感器节点之间的协作努力，这些协调的传感器节点基于某种网络的拓扑结构与WSN中的其他的节点互相合作，以此满足应用的要求。每个传感器节点监测当地的环境，并进行本地处理和存储收集到的数据，以便网络中其他的传感器节点使用这些消息。为广泛的应用提供经济可行的方案，研究者已经证明

6、WSN是一种很好的备选，而WSN的结构中必须能够接受的在WSN中的计算能力及功率都受限的节点。而网关节点能够共同承担并加载无线传感器节点上的负载，延长网络工作的寿命[4]。图1.1用于配置智能环境的WSN架构1.2.2WSN技术的特点与发展趋势无线传感器以自组织的方式形成节点的框图如图1.2所示，传感器技术是有关传感器理论研究的基础，是设计、性能评估与应用等具有综合性技术。现代WSN普遍具有以下特点：（1）无线传感器技术与许多基础科学和专业工程学联系密切，相互促进，学科交叉应用广泛，知识密集度高，内容范围较广而且较离散。-2-万方数据兰州交通大学工

7、程硕士学位论文（2）无线传感器的制造涉及很多高新的技术，譬如集成薄膜技术、超导粘合技术、微细纳米技术、高密封特种加工技术以及多功能智能化技术等。因此对此项技术的要求较高。（3）对于传感器节点的优越性而言，不仅体现在良好的性能方面，还具备很多人类所不能觉察到的资料的能力。便于安装与调试，即使长年累月工作在高温暴晒的烈日毒阳下，也不会对其优良的性能造成损坏或降低其可靠性[5,6]。（4）根据应用场景的不同和具体的要求而研制出的具有相应的敏感元件和传感器。针对一些具有特殊要求的应用场景下，所需要的元件或者传感器都要进行特制有别于普通意义上的传感器元件。应

8、用场景较广，要求及品种繁多，因而不能用统一的评价标准来考核和评估，更不能用单一的模式来研究与生产。（5）在一些新兴的技术及