无线传感器网络是由大量传感器节点自组织形成的,其中每个传感器节点都具备事件感知、数据存储、数据传输和数据处理的能力。由于其部署灵活,无需基础设施的特点,使其在军用民用领域都有着十分广阔的应用前景。其中网络覆盖问题是反映无线传感器网络服务质量(QoS)的一项重要性能指标,是无线传感器网络研究中的核心问题之一。研究安全覆盖问题的目的是设计高效、节能、安全的网络覆盖监测算法与协议,帮助基站在对抗条件下准确、及时、安全地掌握目标监控区域被传感器节点覆盖的情况,并为发起网络自修复操作和增加新节点操作提供技术支持。然而,传感器节点可用资源(如能量储备、计算能力、存储空间)严格受限,网络规模巨大,网络运行环境面临自然和人为的各种破坏因素等等不利条件,都给安全覆盖问题的研究带来了巨大的挑战。目前已有的覆盖监测机制大都要求每个传感器节点至少知道自己准确的地理位置信息,否则无法找出覆盖漏洞或者验证网络覆盖。在轻量级的传感器节点上,知晓自身的位置信息是很困难的,而且现有的定位协议非常复杂、能耗也大。针对这一问题,本文研究了在不需要节点具体地理位置信息的情况下,如何实现覆盖漏洞的监测。本文首先提出一种基于节点间距离信息的覆盖漏洞监测算法。距离信息可以方便地通过检测接收信号的强弱而得到,这样就能大幅降低单个节点的成本以及节点间的通讯能耗。我们提出的算法仅利用局部节点间的距离信息就能够使每个节点独立判断自己是否为覆盖漏洞边界节点,进而验证覆盖。我们在理论上证明了算法的正确性,分析了算法的效率,并将“1-覆盖验证”扩展为“k-覆盖验证”,还考虑了当测得的距离信息不太准确时,如何可靠推断网络覆盖的状况。虽然节点间的距离信息相对容易得到,但是目前技术所能测得的距离信息并不十分准确,而且需要加载一些新的硬件和软件协议才能进行。如果能进一步放宽该条件,不需要知道节点间的距离信息,只需要知道每个节点和哪些邻居节点可以通信(节点间连通信息),就能得到所需信息最少的覆盖监测方法。该方法将进一步降低节点成本、通讯消耗,并提高无线传感器网络的适应性和可扩展性。我们进一步提出的方法仅利用局部的节点间连通信息完成“激活节点选择”,“覆盖漏洞检测”和“漏洞修补”过程。能选择节点来提供有效的完全覆盖并检测由于节点的损坏或移动造成的网络漏洞,并基于此设计了一种分布式的漏洞修补算法,其中漏洞的修补是通过激活冗余结点来实现。考虑到部署在敌对环境下的无线传感器网络容易受到各种外部或者内部的安全攻击,从而不能准确提供网络覆盖信息,或是提供虚假的网络覆盖信息。因此在设计覆盖验证算法和协议时也需要考虑到安全防护问题。在各种安全攻击中,敌方通过物理捕获传感器节点,获取其中的密钥信息,从而发起内部攻击,给网络带来的危害最为巨大。为了抵抗这一攻击,本文提出了一种安全的覆盖验证协议,通过引入一种新的基于位置的密钥管理协议,将每个节点与它的地理位置安全地绑定起来。同时,通过与邻居节点配对共享的对称密钥,也与它的邻居绑定起来。通过这个双重的安全绑定,将每个节点在网络中的位置牢牢固定。如果一个节点被敌方物理捕获成为叛逆节点,敌方通过这个节点只能控制与这个节点对应的位置上的局部网络,而不可能控制网络的其它部分,从而提供了一个有效的方法来控制叛逆节点的影响范围,保证了覆盖监测结果的保密性、可信性和可用性。综上所述,本文以设计高效、节能、安全的网络覆盖监测算法与协议为目标,研究了基于节点间距离信息的覆盖验证算法,基于节点间连通信息的覆盖验证算法和安全的覆盖监测协议,以上研究对于推进覆盖监测和安全覆盖问题的理论研究和具体应用具有一定的价值。