基于ZigBee技术的物联网现已成功应用于中国石油众多油田建设中,解决了生产数据在采集、传输和应用过程中获取实时性和准确性差这一现实问题,促进了整个石油行业信息化建设的发展。在油气生产物联网系统中,数据的保密性、安全性至关重要,系统所涉及的数据都是各油气田重要的生产、监测信息,同时这些数据更是中国石油的涉密信息,关乎到国家石油战略及经济命脉。ZigBee网络终端进行数据监控与采集的仪器仪表一般采用电池供电,能源有限。并且这些设备是开放的,具有可移动性,因而此类网络更容易受到入侵者的攻击,采集现场的数据在传输过程中很可能被非法截获或更改,所以保证采集的数据信息在网络中安全高效的传输很有必要。本文对现已应用ZigBee技术的油气田进行了长期的跟踪调研,并对油气生产物联网系统中ZigBee安全通信系统的关键技术问题进行了研究。理论方面,主要对ZigBee协议栈的分层结构以及各层所存在的安全问题进行了深入分析,并针对这些问题的现有解决方案进行了讨论和比较,为工程实现提供了理论参考。在工程应用方面,根据调研资料对油田中的通信模式,数据通信过程以及ZigBee协议传输要求进行了归纳总结,对于实际应用于油田的ZigBee网络存在的安全风险进行了总结,并对可能的原因进行了分析。面对油气生产物联网系统中ZigBee安全通信系统的关键技术问题,本文通过实验从能效及安全性两方面对符合ZigBee传输要求的三种加密算法进行了分析比较,选出了一种更适合应用于油田ZigBee网络中的加密算法；并针对油田中以ZigBee仪器仪表作为传感器节点进行网络部署时,节点位置信息的特殊性设计了一种适用于油田的密钥预分配方案来保证采集数据在油田中更安全更高效的传输。研究方案为基于ZigBee的油气生产物联网安全通信系统的有效实施提供了技术保证。