基于超圖的異構(gòu)傳感網(wǎng)密鑰管理協(xié)議研究.pdf

1、傳感網(wǎng)是含有傳感器、通信器、數(shù)據(jù)處理器以及存儲單元的微型節(jié)點，以自組織的方式形成的分布式無線網(wǎng)絡(luò)，具有計算能力、通信能力、存儲能力及能量有限等特點。早期傳感網(wǎng)的研究多基于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但由于傳感網(wǎng)在不同的應(yīng)用場景及隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，節(jié)點能力、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作環(huán)境等均會不同或時刻變化，即異構(gòu)性是時刻存在的。本研究認(rèn)為異構(gòu)性是傳感網(wǎng)的自然屬性，充分研究和利用傳感網(wǎng)中客觀存在的異構(gòu)性，能夠更好的降低網(wǎng)絡(luò)能耗、提高網(wǎng)絡(luò)性能。密鑰是傳感網(wǎng)安全、可靠保密通

2、信不可或缺的重要因素，密鑰管理貫穿于密鑰的整個生命周期。因此，如何總結(jié)傳感網(wǎng)中普遍存在的異構(gòu)性，設(shè)計一個安全、高效的密鑰管理協(xié)議是一項具有重要意義的工作。
　　 首先，論文介紹了傳感網(wǎng)及密鑰管理的相關(guān)知識，并詳細(xì)介紹了異構(gòu)傳感網(wǎng)(Heterogeneous Sensor Networks，HSN)的定義，給出了HSN的物理結(jié)構(gòu)模型及邏輯結(jié)構(gòu)模型。在結(jié)構(gòu)模型描述中，著重闡述了HSN基站層、簇頭層和感知層的三層邏輯結(jié)構(gòu)，并描述了各層

3、中節(jié)點的功能及數(shù)據(jù)流向，為下一步的研究提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
　　 其次，論文對傳感網(wǎng)節(jié)點本身、通信協(xié)議、支撐技術(shù)、應(yīng)用需求以及外部環(huán)境等方面存在的各種異構(gòu)性元素進(jìn)行了歸納總結(jié)。進(jìn)一步地，基于超圖和傳感網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)，將異構(gòu)性元素在外部環(huán)境、支撐技術(shù)及協(xié)議層次三個維度上進(jìn)行了劃分，同時在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層以及應(yīng)用層進(jìn)行了細(xì)粒度的劃分，得出一個HSN異構(gòu)性多維度細(xì)粒度劃分的示意圖，并借助超圖對HSN的異構(gòu)性劃分進(jìn)行了數(shù)學(xué)描

4、述。
　　 最后，由于HSN節(jié)點數(shù)目眾多、高連通且復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所需的控制信息多，進(jìn)而會消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬和節(jié)點能量，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的生命周期變短，針對這一問題，設(shè)計出一個基于超圖理論的HSN密鑰管理協(xié)議HKMP(Hypergraph-based Key ManagementProtocol)。HKMP設(shè)計的主要思想是：將HSN抽象為超圖結(jié)構(gòu)，即節(jié)點抽象為超圖的頂點、簇抽象為超圖的超邊。該協(xié)議主要包括初始部署階段、密鑰建立階段、新節(jié)點加入階