高可靠FPGA通信系统

2 系统实现

　　2.1 ZigBee无线传感器网络的实现

　　ZigBee无线传感器基于IEEE802.15.4技术标准和ZigBee网络协议而设计的无线数据传输网路，该网络由若干个ZigBee终端节点和一个中心节点构成一个星型网络，终端节点主要负责各个传感器模块的信息采集和传送，ZigBee终端节点采用CC2430模块，传感器模块采用51单片机控制，通过扩展串口与采集模块相连，其主要负责接收和处理采集数据。中心节点主要用于接收各个终端节点的上传数据，并对其进行压缩处理后通过扩展接口传送至服务器端。

　　2.2 系统服务器端、客户端的实现

　　AES加解密算法通过硬件描述语言来实现，在该系统中采用VHDL语言编写代码。根据AES加解密算法的相似性，很多电路模块可以共用。根据系统的需要，采用对字符加密，因此，每一个字符都将对应其ASCII值输入。AES实现框图如图2.2图所示。

图2.2 AES加解密实现框图

　　2.2.2 监测及报警实现

　　服务器端通过添加EDK中网络控制器IP核，移植LwIP网络协议栈，实现基于SOCKET的网络通信。服务器端收到客户端请求时，对接收到的IP数据包进行解密，对请求的IP数据包进行分析，提取对应的ID信息和IP信息，由于该ID信息是经过md5加密算法加密的，因此该ID作为授权客户的唯一ID，根据ID信息与授权的ID列表进行比较，若为授权ID，则根据客户请求把相应的信息加密处理后发送至客户端;若为非授权ID，则说明该网络已存在非授权ID用户，此网络已经存在不安全性，则把提取的IP信息通过GSM网络发送至指定接收端手机，达到网络的实时检测和报警功能。

　　2.2.3 应用软件的实现

　　服务器端的应用程序的设计主要包括系统的初始化、系统对客户端请求的处理、网络安全监测及报警等。整个服务器端的软件设计流程图如图2.3图所示。客户端的应用程序的设计也包括系统的初始化，客户请求的处理及解密处理，服务器端返回的信息处理。客户端软件流程图如图2.4图所示。

　　3 系统测试及分析

　　系统整体测试，根据系统的可能应用领域进行综合测试。系统初始化后，根据LCD显示的提示信息，输入加解密钥16个字符，在密钥确认信息提示后再次输入加解密密钥，在本次通信过程中将采用该密钥对信息进行加解密处理。当客户端需要采集信息时，发送采集指令，服务器端响应请求把传感器网络采集的信息加密后发送至客服端，客户端把信息解密后显示在LCD液晶显示屏上，这一次的采集任务正确完成，当需要再次采集时，客户端只要发送指令就可以再次采集了。

　　系统分别在实验室和户外进行测试，每隔1分钟采集一次数据，表4.1记录了10次数据采集的处理情况。经过多次测试和接收数据表明：该系统具有良好的稳定性和高可靠性。