多层次无线传感器网络结构及动态密钥管理研究

从无线传感器网络拓扑结构，动态密钥管理方案、评测方法和能耗分析的角度，展开对无线传感器网络的多层次结构和动态密钥管理的研究。在研究单层次结构下"簇"聚集等算法的基础上，建立起多层次无线传感器网络拓扑结构的构建原理，同时提出适合多层次无线传感器网络的安全路由算法和安全路由协议，特别是异构环境下的路由算法；在研究预分配密钥管理尤其是EBS的基础上，提出适合多层次无线传感器结构的动态密钥管理方案，特别是结合混沌HASH技术，提出基于预分配的无线传感器的混沌密码动态密钥管理方案，同时对提出的动态密钥管理方案进行全面的能耗分析；另外，本项目还要建立起多层次无线传感器网络动态密钥管理的评测方法。通过本项目的研究，特别是多层次无线传感器网络结构原理的建立，动态密钥管理方案的提出，为今后无线传感器网络密钥管理的理论和技术研究奠定更坚实的基础，使无线传感器网络的应用能更好的服务于国民经济的发展。

在本项目中，我们针对计划书的研究目标，围绕多层次无线传感器网络的密钥管理、能耗分析、评测方法以及用于密钥管理的Hash函数构造等方面进行了深入研究。主要包括：,提出一种基于网格部署模型的无线传感器网络密钥分配方案.该方案将无线网络节点部署区域划分为相互不重叠的六边形网格 ,且任意相邻的网格之间仅共享一个密钥空间.利用部署信息和已知的区域信息做为分配密钥信息,；采用网络分化思想提高系统的通信效率，利用分组分层加密算法提高系统的安全性，通过汇总消息比对方法进行信息完整性认证，提出了基于EBS的分组分层WSN密钥管理策略；在对多种密钥管理方案进行全面分析的基础上，初步提出了无线传感器网络动态密钥管理评价模型和评测方法，该方法对密钥管理方案的设计具有一定的指导意义；提出了动态数据包尺寸和适配的数据包发送率的方法来优化化两跳的BSN-WiFi网络通信能量的消耗；针对无线链路突发行为严重影响网络系统协议的性能，提出了一个新颖的基于离散时间的Markov模型模拟无线网络链路的突发行为；研究了具有较大脉冲影响的离散延迟Hopfield神经网络的全局渐近的和指数稳定性平衡点; 研究了自适配阙值的高级CNN结构在彩色边缘检测中的应用；对文本认证的混沌Hash 函数进行了系统深入的研究，总结出不同的混沌Hash 函数的构造思路及基于混沌的Hash 函数构造应该遵循的若干基本设计原则，并提出了一系列的混沌Hash 构造方法，更重要的是创新性地提出了基于混沌理论的图像hash 算法；对无线传感器网络的密钥管理及人体传感器进行了研究，提出了一种基于查找表映射Hash 的无线传感器网络密钥预分配管理方案，课题中还对数字图像认证进行了研究。经过4年持续的研究，基本掌握了无线传感器网络的密钥管理的基本理论和常用方案设计技术，项目研究期间，培养了硕士、博士研究生21名，取得了10篇SCI国际期刊论文的重要研究成果，部分成果获得了重庆市2013年度自然科学二等奖。