發(fā)布時間：2018-04-09 09:33

  本文選題：無線傳感器網(wǎng)絡　切入點：ZigBee　出處：《南京航空航天大學》2014年碩士論文

【摘要】：基于ZigBee協(xié)議的無線傳感網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)控、軍事等領域有著廣泛的應用，其重要組成部分是節(jié)點芯片ZigBee SoC。ZigBee SoC具有非常有限的能耗和軟硬件資源，而且由于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡通信的開放性，給網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信及節(jié)點自身的數(shù)據(jù)傳輸也帶來一系列的安全性問題。因此，為ZigBee SoC設計具有自主知識產(chǎn)權的低功耗、小面積的安全AES IP核具有非常重要的意義。 論文的主要工作是在課題組研制的具有AMBA總線架構的ZigBee SoC基礎上，基于IEEE802.15.4AES CCM*安全體系結構，研究AES中S-盒、輪變換和控制器等主要模塊的低功耗設計方法，并設計實現(xiàn)低功耗AES IP核。論文首先研究基于查找表、復合域以及DSE三種不同結構的S-盒性能，并在復合域的S-盒設計中，提出了一種多因子CSE算法來優(yōu)化S-盒的面積和延時。其次，，在充分研究分析輪變換運算基本流程的基礎上，利用DSE方法翻轉率較低的優(yōu)點，結合輪變換T-盒分解方法設計了低功耗輪變換電路；同時，研究了數(shù)據(jù)總線位寬對輪變換電路性能的影響，設計了一種32比特輸入8比特輸出混合總線結構，進一步減小了輪變換電路的功耗。最后，論文提出基于查找表的AES控制器設計方法，取代傳統(tǒng)的狀態(tài)機設計方式，降低了AES控制器的功耗。 基于Synopsys DC平臺與SMIC0.18μm工藝庫，對本文優(yōu)化與設計的低功耗AES加密器進行綜合，結果顯示，優(yōu)化后的加密器面積為212464.78μm2，在10MHz的頻率下功耗為3.5396mW，比未優(yōu)化的AES加密器的功耗和面積分別減小了35.5%和17.9%。本文設計的低功耗AES IP核對于解決無線傳感網(wǎng)絡中能源和空間資源約束問題具有重要意義。
[Abstract]:The wireless sensor network based on ZigBee protocol has extensive application in the fields of environment monitoring , military , etc . Its important part is the node chip ZigBee SoC . The ZigBee SoC has very limited energy consumption and hardware and software resources , and because of the openness of the ZigBee wireless sensor network communication , the data transmission to the network and the data transmission of the node itself also bring a series of security problems . Therefore , it is very important to design the low power consumption and small area security AES IP core with independent intellectual property for the ZigBee SoC design .

On the base of the ZigBee SoC with AMBA bus architecture developed by the research group , the low power consumption design method of the main modules such as S - box , wheel transform and controller in AES is studied based on IEEE802.15 . 4AES CCM * security architecture .
At the same time , the influence of the data bus bit width on the performance of the wheel conversion circuit is studied , a 32 - bit input 8 - bit output hybrid bus structure is designed , and the power consumption of the wheel conversion circuit is further reduced . Finally , the paper proposes an AES controller design method based on a look - up table , which replaces the traditional state machine design mode and reduces the power consumption of the AES controller .

Based on Synopsys DC platform and SMIC0 . 18渭m process library , the optimized and designed low power AES encryptor is integrated . The results show that the optimized encryptor area is 2124.78渭m ~ 2 , the power dissipation is 3.5396mW at 10MHz , and the power consumption and area of the unoptimized AES encryptor are reduced by 35 . 5 % and 17.9 % respectively . The low power consumption AES IP core designed in this paper is of great significance to solve the problem of energy and space resource constraint in wireless sensor networks .

【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN47;TN918.4

【共引文獻】

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本文編號：1725847