应用于ZigBee SoC的低功耗AES IP核设计与实现

发布时间:2018-04-09 09:33

  本文选题:无线传感器网络 切入点:ZigBee 出处:《南京航空航天大学》2014年硕士论文


【摘要】:基于ZigBee协议的无线传感网络在环境监控、军事等领域有着广泛的应用,其重要组成部分是节点芯片ZigBee SoC。ZigBee SoC具有非常有限的能耗和软硬件资源,而且由于ZigBee无线传感网络通信的开放性,给网络数据通信及节点自身的数据传输也带来一系列的安全性问题。因此,为ZigBee SoC设计具有自主知识产权的低功耗、小面积的安全AES IP核具有非常重要的意义。 论文的主要工作是在课题组研制的具有AMBA总线架构的ZigBee SoC基础上,基于IEEE802.15.4AES CCM*安全体系结构,研究AES中S-盒、轮变换和控制器等主要模块的低功耗设计方法,并设计实现低功耗AES IP核。论文首先研究基于查找表、复合域以及DSE三种不同结构的S-盒性能,并在复合域的S-盒设计中,提出了一种多因子CSE算法来优化S-盒的面积和延时。其次,,在充分研究分析轮变换运算基本流程的基础上,利用DSE方法翻转率较低的优点,结合轮变换T-盒分解方法设计了低功耗轮变换电路;同时,研究了数据总线位宽对轮变换电路性能的影响,设计了一种32比特输入8比特输出混合总线结构,进一步减小了轮变换电路的功耗。最后,论文提出基于查找表的AES控制器设计方法,取代传统的状态机设计方式,降低了AES控制器的功耗。 基于Synopsys DC平台与SMIC0.18μm工艺库,对本文优化与设计的低功耗AES加密器进行综合,结果显示,优化后的加密器面积为212464.78μm2,在10MHz的频率下功耗为3.5396mW,比未优化的AES加密器的功耗和面积分别减小了35.5%和17.9%。本文设计的低功耗AES IP核对于解决无线传感网络中能源和空间资源约束问题具有重要意义。
[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 .

【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN47;TN918.4

【共引文献】

相关期刊论文 前3条

1 何受倩;;现代优化技术在无线传感器网络中的应用[J];计算机科学;2014年S1期

2 徐跃州;张欣;;基于LEACH协议的兄弟节点算法——LEACH-BN[J];通信技术;2014年07期

3 周福恩;;一种温室大棚监控系统的研究[J];天水师范学院学报;2014年05期

相关会议论文 前1条

1 牟宁芳;;基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统[A];第23届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第5届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2013年

相关博士学位论文 前5条

1 阮殿旭;井下工作面设备无线监测网络与故障诊断关键技术研究[D];中国矿业大学;2011年

2 宋永献;无线传感器网络数据可靠传输关键技术研究[D];江苏大学;2014年

3 黄旭;无线传感器网络性能测试与智能故障诊断技术研究[D];山东大学;2014年

4 乐俊;无线传感器网络周期性数据收集算法研究[D];国防科学技术大学;2013年

5 李海臣;采煤工作面瓦斯浓度超限预警技术及装备研究[D];中国矿业大学(北京);2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 李秦;基于ZigBee的车载物联网网络节点研究[D];安徽理工大学;2013年

2 赵玉荣;基于ZigBee的井下机车监控系统研究[D];安徽理工大学;2013年

3 吴良成;无线传感器网络密钥管理研究[D];东华大学;2014年

4 崔可嘉;宽带网络系统数据链路层关键技术的研究与开发[D];北京交通大学;2014年

5 杨光伟;无线图像传感器网络数据采集与可靠性传输研究[D];北京交通大学;2014年

6 韩超;无线传感器网络密钥管理方案和协议研究[D];南京理工大学;2013年

7 曹子涛;基于DV-Hop的WSN节点定位算法改进与研究[D];东北大学;2011年

8 刘俊延;基于三维胞元空间的能量高效性多通道协作路由算法[D];浙江大学;2014年

9 赵星;基于WSN的油菜生长环境信息采集关键技术研究[D];湖南农业大学;2013年

10 于波;基于ZigBee的WSN定位技术的研究[D];长春理工大学;2014年



本文编号:1725847

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/falvlunwen/zhishichanquanfa/1725847.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户72571***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com