新一轮的互联网发展以万物互联作为主要特征。物联网终端普遍存在着计算能力、电力供应和网络带宽等方面的不足和制约,使得传统的PC互联网和移动互联网的TCP和HTTP协议遇到了较大挑战,为此IETF设计制定了基于UDP的CoAP协议来支撑物联网设备的网络通信,然而CoAP/UDP本身并没有设计安全机制,无法保证传输数据的机密性和完整性。在单播通信场景下,一方面替换为安全UDP协议的CoAP/UDP面临着安全传输协议DTLS资源占用过多的制约;另一方面安全传输协议DTLS的部分环节与多播通信场景不兼容且限制着应用层的权限,多播通信下的CoAP协议安全无法保障。为此,本文针对不同的通信场景,设计相应的轻量级物联网安全传输网络通信协议。论文的主要创新性工作如下:（1）针对传统DTLS协议执行过程所需计算资源多,并且依赖繁重的公钥基础设施的问题,设计了一种基于离散对数的改进无证书公钥密码的轻量级DTLS协议——CLDTLS（Certificate Less DTLS）。该协议利用无证书公钥替换了传统DTLS握手阶段的密钥协商过程,无需签发公钥证书的机构且显著节省了计算资源消耗。本文在嵌入式SSL库Wolf SSL上进行了协议的代码实现,并在协议实现的基础上,将协议的通信开销和握手连接时间开销与传统基于公钥证书的DTLS协议及基于身份标识的DTLS协议进行了比较,验证了CL-DTLS协议的高效性。（2）针对单播通信下CoAP协议安全模式中DTLS的密钥管理和会话建立等环节与多播通信场景不兼容且限制应用层权限的问题,设计了一种基于椭圆曲线密码的安全改进CoAP协议——S-CoAP（Secure Session for CoAP）。该协议实现了客户端和服务器之间的双向认证及建立安全会话,客户端和服务器之间一系列的质询/响应以及加解密计算均基于轻量级的椭圆曲线密码完成。通过基于HLPSL的AVISPA仿真,验证了协议的正确性,并在软件实现的基础上,对协议的通信开销和计算开销进行了比较,验证了SCoAP协议的高效性。