无线传感器网络能实时监测、感知、采集和处理各种监测对象的信息,在军事国防、环境监测、抢险救灾和危险区域的远程控制等诸多领域具有广泛的应用。网络安全在无线传感器网络的运行、管理和应用等方面起着重要的作用。如何针对传感器节点极其有限的能量资源,设计合理有效的安全协议具有重要的理论和实际意义。无线传感器网络的安全是融合密钥管理、安全路由、入侵检测等多项技术的整体解决方案。无线传感器网络应用层的安全研究主要集中在密钥管理和安全组播协议的研究。密钥管理是无线传感器网络中最基本的安全服务。本文的主要任务是研究和实现一种有效的基于分簇分层结构网络模型的密钥管理机制。首先针对分簇结构网络的特征分析了现有的密钥管理协议,并结合传感器网络的经典路由协议LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy),提出有效的密钥管理方案。该机制中单个传感器节点不需要存储大量的共享密钥,按照不同的传输信息和安全需求存储相应类型的少量共享密钥。然后,对协议进行扩展性研究,即将这种密钥管理协议的密钥分配和存储方式应用到层次结构的无线传感器网络中。基于层次结构的路由协议能保证网络有效的最短距离路由,簇内和簇间不同类型的共享组密钥的应用保证网络良好的安全性,使网络性能更加完善。最后,在OMNeT++网络仿真平台上进行实验,对比算法改进前后的能量消耗,理论分析和仿真结果均表明本协议的平均能耗远远低于传统Kerberos协议的平均能耗,改进后的算法更具有实用性。