无线传感器网络由众多小型传感器节点组成,它们能够感应、计算和传输来自恶劣物理环境的数据。基于其良好的分布特性,无线传感器网络在诸如位置感应、环境观察、医疗监测等领域具有广泛应用。然而,由于需要执行计算和通信操作,电池的耗尽速度很快,这给无线传感器的密钥管理带来巨大挑战。因此,研究能量约束下的无线传感器网络密钥管理方案是当前研究的热点之一。论文首先提出了一种通过太阳能为传感器节点进行能量采集与充电的方法以延长传感器网络电池寿命。当节点能量低于阈值时,源节点和中继节点能够从可用的阳光中收集能量并使用该能量将信息传输并转发到下一跳。基于能量收集和充电实验研究,每天每平方米收集的最小能量约为48千焦耳,最大能量为84千焦耳,这表明所提出的无线传感器网络能量收集与充电方法具有良好的稳定性。论文还提出了一种基于改进的低能耗自适应聚类分层协议的能效聚类路由协议。该协议以循环方式选择簇头并将整个网络的能量负荷优先分配给剩余能量更多的传感器节点,从而达到降低网络能耗、提高网络生命周期的目的。本文从吞吐量、延迟以及传感器节点失效与存活数量等方面对提出的改进协议进行实验仿真。无线传感器网络中第一个节点的生命周期比原始协议增长了 5倍,这表明所提出的改进协议改善了能耗、延长了网络寿命。此外,本文提出了一种基于量子密码和逻辑门的密钥管理方案。它采用爱因斯坦·波多尔斯基·罗森悖论对分配策略来克服恶意节点引起的易感性,并使用Toffoli和Peres可逆逻辑门来减少无线传感器网络能耗。由于存储在传感器节点中的量子位只能使用一次且不能重复使用,因此即使节点受到损害,该方案也可以降低信息泄漏的风险。研究结果表明,所提出的方案既保证了无线传感器网络的安全密钥共享又减少了网络能耗。综上所述,本文研究了能量约束下的无线传感器网络密钥管理方案,提出了应用太阳能进行传感器节点能量采集与再充电的方法,基于改进低能耗自适应聚类分层协议的节能路由协议以及基于量子密码和逻辑门的密钥管理方案。实验结果表明了所提方法的有效性,具有研究意义和应用价值。