大量传感器节点组成的传感器网络有着广泛的应用,如军事监视与定位、环境监测、医疗监控与跟踪、智能家居等,在传感器网络中,如何设计确保节点连通的密钥管理协议是一个重要的安全挑战。密钥管理机制包括密钥管理框架、密钥管理模型和密钥管理协议,密钥管理框架是密钥管理机制的系统结构,密钥管理模型用来指导和规范协议的设计,协议是应用在传感器网络节点间最基本密钥分配与管理的方法。本研究给出异构传感器网络(Heterogeneous Sensor Networks, HSN)中节点异构和网络异构的定义,并分析了HSN中的异构性因素。对HSN中的物理因素和密钥管理协议进行细粒度刻画,提出一种多维度的HSN密钥管理框架,为进一步研究密钥管理机制提供结构支撑。通过在框架下对已有密钥管理协议的仿真分析,验证了框架设计的正确性和有效性。在研究密钥管理模型中,首先,根据网络部署的环境,传感器网络被划分为友好型网络和敌对型网络,在友好型网络中,网络被部署在安全且可控的区域,用静态密钥管理模型就可以满足安全需求；而在敌对型网络中,网络节点被部署在危险且不可控的区域,网络中存在主动复杂的攻击,动态密钥管理模型才能满足安全需求。在用基本元素实现配对密钥发现等子模型后,利用随机Petri网构建了一种静态和动态的密钥管理模型。