1 引言

　　1.1 选题背景

　　WSN是由大量具有感知能力，计算能力和通信能力的微型传感器节点构成的自组织、分布式网络系统，在军事国防，环境监测等领域有着巨大的实用价值，被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一;但由于节点多分布在非受控区域，无线信道的广播特性和自组织网络的组网特性，使得网络的拓扑结构易变，传感器节点易受攻击，WSN网络中的安全问题也日益突出。

　　1.2 系统概述

　　针对无线传感器网络存在的上述安全问题，本系统在Xilinx的开发板上，首先利用无线模块组成一个无线传感器网络，并基于SPINS协议框架实现了网络内的密钥管理，在系统内部的安全模块内实现了RC5,MD5等算法，保证网络的通信安全;其次为了保证传感器网络中节点本身的安全可信，增加了防篡改检测电路，从硬件级保证节点的安全性和完整性;最后针对于WSN网络的拓扑结构易变的特点，利用基于FPGA的可重构计算技术，使得网络内的某些节点在需要时可以发生重构，代替失效的基站继续工作，从而保证整个网络安全可靠地运行。

　　整个系统以WSN中单个节点的安全可信为基础，并采用SPINS协议提高了密钥拓扑连通率，节点的可重构机制也大大增强了网络的安全性和健壮性，由点到面地实现了WSN网络的安全。

　　2 系统方案

　　2.1 WSN网络拓扑结构

　　本系统采用的网络结构(图1)为分布式单跳簇网络结构， 基站为单跳簇子网的中心，各个基站之间形成分布式网络。

图1：WSN网络拓扑结构

2.2 WSN密钥管理协议

　　SPINS密钥管理协议是在无线传感器网络中应用广泛的一种密钥管理协议，适用于规模比较小的传感器网络。本系统基于SPINS协议的框架，实现了一个简单的密钥分发协议。

　　2.3 可重构体系结构

　　在以基站为中心的网络结构中，基站往往是整个网络的瓶颈，一旦基站失效则会导致其整个网络的瘫痪。本系统为了解决基站的瓶颈问题，提出了一种可重构机制，在子网内，一旦节点发现基站失效，则节点之间会通过争夺或是协商的方式来确定让哪个节点发生重构，以代替原来的基站继续维持网络的正常运转。整个过程如图2，3，4所示。

图2：子网正常工作

图3：基站失效

图4：节点重构

　　2.4 可信平台体系结构