无线传感网分布式密钥分配方案综述

近年来,无线传感网以其特殊的军事、商业前景而广泛受到关注,与传统有线网络相比,无线传感网有着自己的优势和特性,而在信息社会,信息安全无疑是研究的一个重要方向。至此,国内外学者对无线传感网的安全性进行了大量研究,尤其是在密钥分配这一方面,首先对密钥分配的概念进行阐述,针对无线传感网自身特点,选取了较为合适的分布式密钥分配方案,分析了几种方案的基本原理,并分别从安全性、通信计算开销和效率等角度分析了其优势和不足,最后,在此基础上进行总结与展望。     

无线传感器网络的多空间密钥预分配方案

针对无线传感器网络的安全性要求,分析R.Blom的密钥预分配方案,并在此基础上做出改进,提出了多空间密钥预分配方案:为无线传感器网络中的每一个传感器节点构建多个密钥空间,并通过节点间的共同密钥空间使每个节点对之间都形成一个成对密钥。通过仿真实验测试该方案的安全性,实验结果认为该方案对于该方案对节点捕获攻击具有较高的弹性。     

无线传感器网络密钥预分配蜂窝模型

要达到无线传感器网络的安全通信,必须对网络中节点之间的通讯数据用密钥进行必要的加密。文章使用蜂窝模型分组方案,把节点按照预测的地理位置关系分组,给处于相同组或是相邻组的节点之间分配共享密钥,使节点的分组模式和查询更符合节点广播特征。蜂窝模型密钥预分配机制极大的提高密钥利用率,减少了密钥分配和维护代价,使传感器网络的安全性和连通性极大的提高。     

Ad hoc网中基于哈希的对偶密钥预分配方案

随机密钥预分配是无线Ad hoc网络中最有效的密钥管理机制。提出了一个适用于Ad hoc网络的基于哈希函数的对偶密钥预分配方案。方案利用哈希函数的单向性,由哈希链形成密钥池,节点仅需预分发数量较少的密钥,就能与邻近节点有效建立对偶密钥。方案具有较低的存储成本与计算开销,同时能达到完全连通性,并能动态管理节点与密钥。分析表明,方案具有较好的有效性和安全性,更适合Ad hoc网络。     

基于密钥ID和地理位置信息的密钥预分配方案

文章首先分析无线传感器网络（Wireless Sensor Networks-WSNs）成簇协议存在的安全隐患，主要考虑恶意节点对网络的破坏。然后，描述了现有的安全成簇协议，提出基于密钥ID和地理位置信息的密钥预分配方案（IDLB），最后对该算法进行了性能分析。     

基于无线传感网的粮库环境监测系统设计

针对粮库环境监测问题,提出了一种基于无线传感网技术的粮库环境监测系统,阐述了系统设计原理和软硬件实现方法。该系统通过传感器节点采集粮库环境数据,并将数据发送至汇聚节点。汇聚节点接收多个传感器节点的数据,通过有线通讯方式将数据传送至后方监控平台处理。该系统具有精度高、灵活性强和功耗低等优点。     

基于按对平衡设计的异构无线传感器网络密钥预分配方案

利用异构无线传感器网络中普通节点和簇头节点间的差异性,基于中心可分解型按对平衡设计构造了异构的节点密钥环,设计了2种密钥预分配方案DCPBD和VDCPBD.其中,DCPBD利用了中心可分解类型PBD,将普通区组作为普通节点的密钥环,将特殊区组作为簇头节点的密钥环.VDCPBD基于DCPBD进行了扩展,将单一核密钥替换为基于另一密钥池进行SBIBD设计出的簇间密钥环,减小了DCPBD由于单个簇头节点被俘后对整个网络抗毁性的影响.由于在设计时考虑了节点的异构特性,使用确定性方法构造了异构密钥环,使得在保持密钥连通率不变的前提下获得了更低的空间复杂度.仿真实验表明,2个方案都支持大规模网络,且单跳密钥连通率随网络规模增大而趋近于1,2跳连通率恒为1.VDCPBD还具备了更强的抗节点捕获能力和更好的网络可扩展性.     

基于移动锚节点的无线传感网RSSI定位改进算法

文章针对三维空间下固定锚节点在定位精度、成功率不高的问题,研究分析了基于RSSI算法的ERSS算法,提出了一种新的改进方法:利用移动锚节点采用特定移动轨迹并结合ERSS定位方法,修正了选取RSSI值时的合理性。针对边缘地区锚节点数量较少的情况,利用单一移动锚节点在空间内为圆柱体式旋转上升,平面上为以恒定角速度,自内而外逆时针旋转,周期性广播其坐标信息,从而确定未知锚节点的位置信息,同时利用ERSS算法,从而实现较为准确的定位。仿真结果表明,定位精度比未使用此方法的有了一定的提高。     

基于AT89S52的无线传感网节点前端设计

探讨了一种无线传感网(WSN)节点的前端设计,处理核心基于单片机AT89S52,再加上配合温湿度传感器和光照度传感器,以及通讯串口。通过这样的设计,该节点能将周围的情况采集后在自带的LCD中显示,同时还按照一定数据格式传送出来,便于调试。基于传感网节点的特点,本文还进行了低功耗的探讨。     

基于改进遗传算法的认知无线传感网动态频谱分配方案

将认知无线电中的动态频谱分配技术应用在无线传感网中,针对工作在ISM(industrial,scientific and medical)频段的无线传感网面临的频谱资源紧缺问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的动态频谱分配方案.该算法以图论着色模型为基础,以最大带宽收益和最小切换频率为目标函数,在交叉和变异过程中采用自适应交叉概率和变异概率代替固定的交叉概率和变异概率.仿真结果表明,与传统遗传算法和颜色敏感图论着色算法相比,该算法可以实现提高频谱利用率、降低能量消耗的预期目标.     

基于分簇的有效无线传感器网络密钥管理方案

针对现有无线传感器网络密钥管理中计算量过大、存储空间过多和网络安全问题,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,它通过将已存储的密钥部分地转化为即使被攻击者截获也无影响的特殊信息,来获取更加良好的安全性,同时又不降低网络的连通性。通过仿真与其他算法进行性能对比,结果显示这种方案具有更好的性能。     

基于无线传感网的矿井环境监测系统

无线传感器网络具有自组织路由、低功耗、低成本的特点,非常适合运行在某些恶劣甚至危险的远程环境中。本文给出了一种基于无线传感网的井下环境监测系统方案和设计,详细描述了系统架构、无线节点和网关硬件和软件设计、上位机信息分析和处理等。特别对系统中的关键技术,如节点电量管理、自组织路由实现、网关与上位机通信协议等进行了阐述。     

ZigBee无线传感网温度监测系统设计

介绍了无线传感网络的体系结构,提出了一种基于ZigBee技术的无线传感网温度检测系统的设计方法。该系统将采集到的温度数据通过数据采集节点和协调器节点及组成ZigBee网络传送给PC机,然后进行统一的分析和处理。该系统也可以应用于其他领域。     

基于拨备满足模型的无线传感网节点覆盖算法

针对无线传感网预覆盖过程中存在覆盖盲区以及数据频繁重传而导致的节点覆盖抑制现象,提出了一种基于拨备满足模型的无线传感网网络覆盖算法。设计一种新的无线传感网节点覆盖模型,并构建覆盖指数、覆盖强度、覆盖均衡评估系数等评估维度,快速评估节点覆盖质量。再计算覆盖均衡评估系数,并采用拨备模型优化覆盖质量,确定覆盖性能优越的备用工作节点。随后,基于覆盖相似性原则评估工作节点覆盖性能,设计了节点首次覆盖评估方法,按节点移动路径依次评估覆盖指数统计均值,并根据目标节点进入覆盖区域的先后,逐次激活性能最佳的工作节点进行监测。仿真实验表明：与当前无线传感网常数节点覆盖方案相比,所提方案具有更高的网络覆盖率、更短的覆盖启动时间和更少的工作节点数目。     

一种无状态的传感器网络密钥预分配方案

 在无线传感器网络中,节点被敌方捕获以后将泄露节点内存储的群组密钥等秘密信息,所以需要建立一种安全高效的群组密钥管理系统来及时对被捕获节点进行撤销,以保证无线传感器网络中群组通信的安全.提出一种基于逻辑密钥树结构的密钥预分配方案,群组控制者和密钥服务器(GCKS)为逻辑密钥树中每一逻辑节点分配一个密钥集,每一sensor节点对应一个叶节点,以及一条从该叶节点到根节点的路径,GCKS将该路径上所有节点的密钥植入sensor节点.节点撤销时,GCKS将逻辑密钥树分成互不相连的子树,利用子树中sensor节点的共享密钥进行群组密钥的更新.分析表明本方案满足无状态性,以及正确性、群组密钥保密性、前向保密性和后向保密性等安全性质,具有较低的存储、通信和计算开销,适用于无线传感器网络环境.     

无线传感网节能安全路由策略

针对现有无线传感网络研究中缺乏统筹能量意识、安全机制等网络性能的问题,提出一种GPSR-EDM策略.该策略基于能量意识和安全机制,并在传统节能安全策略上增加了一种量化均衡的概念,致力于在节能和安全之间寻找平衡点,以达到信息传输最优化的目的.该策略以节点剩余能量和下一跳的距离为选择主路径的标准,同时加入监督节点形成监督路径(副路径),并在数据传输时引入选择唤醒和休眠机制.其中,主路径主要担负数据传输的任务,而副路径具有路由保护和数据传输的作用.仿真实验结果表明,该策略在统筹节能和安全等网络性能方面较GPSR有明显优势.     

一种新的基于辛空间的密钥预分配方案

密钥预分配是无线传感器网络中最具挑战的安全问题之一。 该文基于有限域上辛空间中子空间之间的正交关系构造了一个新的组合设计,并基于该设计构造了一个密钥预分配方案。令V 是有限域上8维辛空间中的一个(4,2)型子空间,V 中每一个(1,0)型子空间看作密钥预分配方案中的一个节点,所有的(2,1)型子空间看作该方案的一个密钥池。将整个目标区域划分为若干个大小相同的小区,每个小区有普通节点和簇头两种类型的传感器节点。小区内的普通节点采用基于辛空间的密钥预分配方案分发密钥,不同小区内节点所用密钥池互不相同,因此不同小区内的节点需通过簇头建立间接通信,不同小区内簇头采用完全密钥预分配方式分发密钥。与其他方案相比,该方案的最大优势是网络中节点的抗捕获能力较强,且随着网络规模的不断扩大,网络的连通概率逐渐趋于1。     

一种无线传感网节点设备的中间件平台研究

为屏蔽无线传感网节点在应用过程中底层软硬件平台的差异性,给上层应用程序提供统一的接口,提出一种针对传感网节点的中间件平台架构。该中间件平台由软硬件抽象层、网络协议栈层、中间件管理器和应用域中间件组成,采用模块化、接口抽象和分层设计的思想,各层之间以服务原语的方式进行交互。中间件平台成功移植到STM32,MSP430,CC2530三种硬件平台和μCOS-Ⅱ,FreeRTOS,OSAL三种软件平台上。实验证明该中间件平台具有良好的移植性和可扩展性。     

基于混沌映射的密钥预分配方案

文中提出一种新的无线传感器网络密钥预分配方案——基于混沌映射的密钥预分配方案CMKP（Chaos Mapping based Key Pre-distribution）。CMKP方案利用整数混沌映射产生具有良好随机性和自相关性能的混沌序列形成密钥池,其传感节点只需存储密钥池中部分密钥的密钥标识ID,改进了节点会话密钥计算方法。性能分析结果表明：在不增加通信开销的同时CMKP方案能够提高无线传感器网络的连通概率和安全性能。     

基于轻量级CA的无线传感器网络密钥预分配方案

大规模传感器节点通常被部署在有潜在不利因素、甚至敌对的环境中,因而传感器网络安全问题尤为重要.传感器节点受成本、体积和功耗的限制,其能量、计算能力、存储能力及通信能力都比普通计算机要弱很多,这使得无线传感器网络中的密钥管理协议的设计面临许多新的挑战,因而提出了适合于无线传感器网络环境的轻量级的、高效的密钥预分配方案,该方案融合了基于CA的公钥认证框架和基于身份的公钥认证框架二者的优点.进一步地,基于2次剩余理论,对所设计的方案给出了高效实现.