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无线传感器网络由于其布置容易，组网方便得到广泛应用，但由于其大的覆盖范围和密集的信息交换使得安全性能更为突出。本论文引入了量子思想来改善上述问题。 本论文对无线传感器网络各层容易受到的威胁进行了研究，针对网络安全性较低及网络内信息传输效率不高等问题，本论文研究了量子通信，设计了一种基于量子通信的无线传感器网络，提高了网络的性能。 论文研究了无线传感器网络的特点及网络结构，对量子无线传感器网络结构进行了设计，并在预先分配高维EPR对的前提下，对网络进行了分析。研究了无线传感器网络协议栈，并结合量子通信的特点，提出了适合量子无线传感器网络的协议栈。并采用量子搜索算法对网络进行优化。 在量子无线传感器网络中，对网络内节点的通信进行了研究。通信的节点根据传输信息的不同采用不同的量子通信方案，包括：基于高维纠缠交换的量子通信方案、基于高维隐形传态的量子通信方案、基于高维EPR对的信息加密方案。为了提高网络的安全性，本论文采用基于量子指纹的量子多方安全协议对通信的节点进行身份认证。节点通过身份认证和窃听检测后才能进行信息的传输。最后从网络吞吐率、能量有效性、安全性、网络内传输效率、可靠性方面对该网络进行了系统分析，结果表明本论文设计的基于量子通信的无线传感器网络具有优良的性能。