无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量体积小、价格便宜、具有无线通信和监测能力的传感器节点组成的,随着微电子技术、计算机技术和无线通信技术的飞速发展和日益成熟,WSN在军事、商业、环境监测等众多领域有着广阔的应用前景。但是信息传播媒介的开放性和恶劣的部署环境,给WSN的安全带来了极大隐患,严重制约着无线传感器网络的应用。路由和拓扑控制是无线传感器网络通信的重要部分。因此,建立有效的WSN路由安全评估模型和拓扑的安全性定量评估模型,提高路由和拓扑控制的安全性,有效控制风险,将成为研究的新热点。WSN的路由安全和拓扑安全性评估,有重要的意义。一方面,有效的网络攻击评估准则和检测方法,可以促进WSN网络生存能力的提升,从而提高系统应对复杂环境下各种攻击的能力。另一方面,在应对来自敌方的恶意攻击时,路由攻击评估技术和拓扑安全性评估可以为网络反击提供合适的应对策略。如何建立合适的安全评估模型,使得评估结果客观真实,是研究的重点。本文主要通过建立基于攻击效果的路由安全评估模型和基于随机过程的拓扑安全评估模型,对WSN的路由和拓扑安全性进行评估,并通过模型仿真,证实模型的有效性。主要工作包括:(1)针对现有安全评估模型的不足,提出了基于攻击效果的安全评估模型。根据路由攻击前后网络安全性能的变化,提出了“网络安全熵”的概念,选取并简化能客观真实地反应安全性的安全评估指标,分析了网络安全熵的计算方法。利用概率方法进行统计,确定节点的安全度,对安全指标进行归一化处理,通过模型观察攻击效果,评估网络的安全性,提升WSN网络安全评估的能力。(2)考虑节点的信誉建立路由信誉评估模型。根据各节点测量的数据的异常程度的分析将节点分类,建立信誉函数,通过节点的正向信任值、负面信任值及经验信任值来表示节点的信誉度。通过信誉的传输和迭代过程,建立路由的信誉度模型。实例分析表明,通过高信誉度路由的选择,可以有效防止恶意节点,提高路由的安全性。(3)针对入侵攻击,设计基于随机过程的拓扑安全性定量评估模型,以分析拓扑的安全性能。该模型避免对不同入侵威胁进行描述建模的复杂性,简化了模型设计。利用DTMC技术求解安全性的各项指标,得出拓扑机密性和平均安全时间两个描述拓扑安全性的属性。(4)采用网络仿真平台TinyOS进行路由和拓扑结构的生成,建立从源节点到目标节点的传输路径。对攻击进行仿真,并且统计所需要的数据。将数据统计结果输入到评估模型仿真工具MATLAB,对在攻击前后的网络安全性能变化进行仿真,并与现有安全评估模型进行了比较,验证了本文所提出和设计的安全模型的有效性。