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无线传感器网络(WSNs)是信息科学领域中一个全新的发展方向,同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。无线传感器网络经历了智能传感器、无线智能传感器、无线传感器网络3个阶段。智能传感器将计算能力嵌入到传感器中,使得传感器节点不仅具有数据采集能力,而且具有滤波和信息处理能力；无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力,大大延长了传感器的感知触角,降低了传感器的工程实施成本；无线传感器网络则将网络技术引入到无线智能传感器中,使得传感器不再是单个的感知单元,而是能够交换信息、协调控制的有机结合体。无线传感器网络的一个重要特点是资源受限。与传统网络相比,具有能量有限、计算能力有限、存储空间有限和通信能力有限等特点。因此在研究应用于无线传感器网络的各种技术时,考虑的关键问题是低能耗和低成本。然而,已有的适用于传感器网络的路由协议大多是对有限的节点资源和特定应用的网络特性进行的最优化设计,并没有考虑安全路由的问题。随着无线传感器网络在军事等领域的广泛应用,在设计了满足低能耗需求的路由协议后,对路由协议安全性的研究已成为新的热点。本文首先介绍了DD、LEACH、GEAR等经典的路由协议,在对其路由算法的性能及安全性进行比较分析的基础上,发现以LEACH为代表的分簇路由协议在能耗和安全性方面有着比较好的性能。接着详细分析了LEACH分簇路由协议,并且虚拟了一个在windows平台上运行的UNIX模拟环境,使用NS2仿真工具对LEACH协议进行了仿真。然后,分别从能量消耗和安全性两个角度建议性的提出了对LEACH协议的两种改进方案。第一种改进方案是提出了结合集中式的LEACH-C协议和分布式的LEACH协议两者的优点的ILEACH协议,通过对簇头节点的产生区域进行限定,保证了簇头数目的最优化以及簇头的合理分布,以节点剩余能量为主要依据来选择簇头节点。第二种改进方案是针对分簇路由协议不能抵御HELLO flood、选择性转发等攻击的问题,在LEACH协议的基础上,提出了一种安全路由协议CSRP,通过引入适用于无线传感器网络的安全引导方案,保证了数据的完整性、新鲜性以及认证性；同时引入双向评测机制,对恶意节点进行检测,有效的提高了网络的安全性能。本文通过仿真平台验证了ILEACH协议具有较好的能量优化特性,以及在有恶意节点的情况下,与LEACH协议相比较,CSRP具有较好的抗捕获能力,而且增加的能量消耗较小。本文得到了国家自然科学基金项目(批准号：60773211,60672134,60970064)、国家软件开发环境重点实验室开放基金课题(批准号：SKLSDE-2009KF-2-02)、新世纪优秀人才支持计划(批准号：NCET-08-0806)、霍英东高校青年教师基金基础性研究课题(批准号：121067)、武汉市科技攻关项目(批准号：201010621207)、教育部博士点基金项目(批准号：20060497105)和湖北省杰出青年人才基金(批准号：2008CDB335)的资助。