高可靠FPGA通信系統(tǒng)

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　2.1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)

　　ZigBee無線傳感器基于IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)路，該網(wǎng)絡(luò)由若干個ZigBee終端節(jié)點和一個中心節(jié)點構(gòu)成一個星型網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點主要負(fù)責(zé)各個傳感器模塊的信息采集和傳送，ZigBee終端節(jié)點采用CC2430模塊，傳感器模塊采用51單片機(jī)控制，通過擴(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)點主要用于接收各個終端節(jié)點的上傳數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行壓縮處理后通過擴(kuò)展接口傳送至服務(wù)器端。

　　2.2 系統(tǒng)服務(wù)器端、客戶端的實現(xiàn)

　　AES加解密算法通過硬件描述語言來實現(xiàn)，在該系統(tǒng)中采用VHDL語言編寫代碼。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，采用對字符加密，因此，每一個字符都將對應(yīng)其ASCII值輸入。AES實現(xiàn)框圖如圖2.2圖所示。

圖2.2 AES加解密實現(xiàn)框圖

　　2.2.2 監(jiān)測及報警實現(xiàn)

　　服務(wù)器端通過添加EDK中網(wǎng)絡(luò)控制器IP核，移植LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，實現(xiàn)基于SOCKET的網(wǎng)絡(luò)通信。服務(wù)器端收到客戶端請求時，對接收到的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行解密，對請求的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，提取對應(yīng)的ID信息和IP信息，由于該ID信息是經(jīng)過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)的實時檢測和報警功能。

　　2.2.3 應(yīng)用軟件的實現(xiàn)

　　服務(wù)器端的應(yīng)用程序的設(shè)計主要包括系統(tǒng)的初始化、系統(tǒng)對客戶端請求的處理、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測及報警等。整個服務(wù)器端的軟件設(shè)計流程圖如圖2.3圖所示。客戶端的應(yīng)用程序的設(shè)計也包括系統(tǒng)的初始化，客戶請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)測試及分析

　　系統(tǒng)整體測試，根據(jù)系統(tǒng)的可能應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行綜合測試。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，在本次通信過程中將采用該密鑰對信息進(jìn)行加解密處理。當(dāng)客戶端需要采集信息時，發(fā)送采集指令，服務(wù)器端響應(yīng)請求把傳感器網(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，客戶端只要發(fā)送指令就可以再次采集了。

　　系統(tǒng)分別在實驗室和戶外進(jìn)行測試，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)過多次測試和接收數(shù)據(jù)表明：該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和高可靠性。