随着物联网技术的发展,越来越多的物联网应用出现在人们的生产生活中。智能照明无线网络就是一个典型的物联网应用,智能照明无线网络中存储和传输着采集到的传感器数据和用户隐私信息,为了防止这些信息泄露,需要对网络中传输的数据加密。本文利用物理层密钥分发方案为节点分发密钥,从而建立节点之间安全链路,来保护网络中传输的信息。本文的主要研究工作和创新点如下:1.分析并比较了几种典型的无线密钥分发方案,包括EG方案、q-composite方案、二元对称多项式方案和基于公钥密码算法的密钥分发方案,指出这些方案在节点连通概率、抗毁性和计算开销存在或多或少的不足,并阐述了物理层密钥分发方案具有连通概率为1、抗毁性高和计算开销低的优势。2.针对物理层密钥分发方案在静态信道下密钥生成速率低的问题,本文提出了一种基于跳频通信的物理层密钥分发方案,简称为FH(Frequency Hopping)方案。FH方案通过跳频的方式进行信道测量,利用多个频带内的信道特征来生成密钥,从而大大提高了密钥生成速率。本文在支持Zigbee协议的CC1101射频模块和支持Lo Ra协议的SX1278射频芯片两个平台中实现了FH方案,并详细分析和测试了在不同数据发送速率、是否随机跳频、不同跳频间隔以及不同通信距离条件下FH方案的性能。经过多次测试,在静态信道条件下,FH方案平均密钥生成效率可达80.3%,平均密钥不一致率2.27%。在数据发送速率为10kbps条件下,信道测量256个频点,整个密钥生成流程所用的时间平均为131s,平均密钥生成速率为1.62bit/s。3.针对网络中多对用户同时执行FH方案过程中发生的碰撞问题,本文建立了节点组网过程中的同步随机碰撞模型,并给出了网络中节点密钥分发成功的概率与网络中用户数之间的关系,同时利用蒙特卡罗仿真验证了本模型的正确性。4.在静态信道下,物理层密钥分发方案多次生成的密钥可能是相似的,甚至是完全一样的,即密钥随机性较差。针对密钥随机性差的问题,本文提出了基于随机发送功率的物理层密钥分发方案,简称为RSP(Random Send Power)方案。RSP方案在每次信道测量过程中随机改变发送功率来增大信道的变化,从而增强密钥的随机性。此外,本文在CC1101平台上验证了RSP方案的有效性。同样针对静态信道下密钥随机性差的问题,本文还提出了一种基于随机邻居节点的物理层密钥分发方案,简称为RN(Random Neighbor)方案。RN方案利用与多个邻居节点之间的信道来生成密钥,同时通过随机选取邻居节点来增加密钥信息熵,进一步提高密钥的随机性。