高可靠FPGA通信系統(tǒng)

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　2.1 ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

　　ZigBee無(wú)線傳感器基于IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)路，該網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)各個(gè)傳感器模塊的信息采集和傳送，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)采用CC2430模塊，傳感器模塊采用51單片機(jī)控制，通過(guò)擴(kuò)展串口與采集模塊相連，其主要負(fù)責(zé)接收和處理采集數(shù)據(jù)。中心節(jié)點(diǎn)主要用于接收各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的上傳數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行壓縮處理后通過(guò)擴(kuò)展接口傳送至服務(wù)器端。

　　2.2 系統(tǒng)服務(wù)器端、客戶端的實(shí)現(xiàn)

　　AES加解密算法通過(guò)硬件描述語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該系統(tǒng)中采用VHDL語(yǔ)言編寫代碼。根據(jù)AES加解密算法的相似性，很多電路模塊可以共用。根據(jù)系統(tǒng)的需要，采用對(duì)字符加密，因此，每一個(gè)字符都將對(duì)應(yīng)其ASCII值輸入。AES實(shí)現(xiàn)框圖如圖2.2圖所示。

圖2.2 AES加解密實(shí)現(xiàn)框圖

　　2.2.2 監(jiān)測(cè)及報(bào)警實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)器端通過(guò)添加EDK中網(wǎng)絡(luò)控制器IP核，移植LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)基于SOCKET的網(wǎng)絡(luò)通信。服務(wù)器端收到客戶端請(qǐng)求時(shí)，對(duì)接收到的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行解密，對(duì)請(qǐng)求的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，提取對(duì)應(yīng)的ID信息和IP信息，由于該ID信息是經(jīng)過(guò)md5加密算法加密的，因此該ID作為授權(quán)客戶的唯一ID，根據(jù)ID信息與授權(quán)的ID列表進(jìn)行比較，若為授權(quán)ID，則根據(jù)客戶請(qǐng)求把相應(yīng)的信息加密處理后發(fā)送至客戶端;若為非授權(quán)ID，則說(shuō)明該網(wǎng)絡(luò)已存在非授權(quán)ID用戶，此網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在不安全性，則把提取的IP信息通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至指定接收端手機(jī)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和報(bào)警功能。

　　2.2.3 應(yīng)用軟件的實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)器端的應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的初始化、系統(tǒng)對(duì)客戶端請(qǐng)求的處理、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)及報(bào)警等。整個(gè)服務(wù)器端的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2.3圖所示?？蛻舳说膽?yīng)用程序的設(shè)計(jì)也包括系統(tǒng)的初始化，客戶請(qǐng)求的處理及解密處理，服務(wù)器端返回的信息處理?？蛻舳塑浖鞒虉D如圖2.4圖所示。

　　3 系統(tǒng)測(cè)試及分析

　　系統(tǒng)整體測(cè)試，根據(jù)系統(tǒng)的可能應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行綜合測(cè)試。系統(tǒng)初始化后，根據(jù)LCD顯示的提示信息，輸入加解密鑰16個(gè)字符，在密鑰確認(rèn)信息提示后再次輸入加解密密鑰，在本次通信過(guò)程中將采用該密鑰對(duì)信息進(jìn)行加解密處理。當(dāng)客戶端需要采集信息時(shí)，發(fā)送采集指令，服務(wù)器端響應(yīng)請(qǐng)求把傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的信息加密后發(fā)送至客服端，客戶端把信息解密后顯示在LCD液晶顯示屏上，這一次的采集任務(wù)正確完成，當(dāng)需要再次采集時(shí)，客戶端只要發(fā)送指令就可以再次采集了。

　　系統(tǒng)分別在實(shí)驗(yàn)室和戶外進(jìn)行測(cè)試，每隔1分鐘采集一次數(shù)據(jù)，表4.1記錄了10次數(shù)據(jù)采集的處理情況。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和接收數(shù)據(jù)表明：該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和高可靠性。