Repair project layout and fix Lab024B spectrum detection

2026-07-21 13:51:41 +03:00
parent acf7a76546
commit 1ff04b12b9
108 changed files with 8270 additions and 8221 deletions
--- a/tests/lab008_image_transfer_arq.py
+++ b/tests/lab008_image_transfer_arq.py
@@ -0,0 +1,428 @@
+"""
+Lab008. Передача JPEG через виртуальный канал с ARQ.
+
+Этапы:
+1. Чтение тестового JPEG из Lab007.
+2. Разбиение файла на фрагменты.
+3. Передача каждого фрагмента через виртуальный канал.
+4. Проверка CRC на приёмнике.
+5. Передача ACK по обратному каналу.
+6. Повторная передача при потере или повреждении.
+7. Сборка принятого JPEG.
+8. Сравнение SHA-256 исходного и принятого файлов.
+"""
+
+from hashlib import sha256
+from pathlib import Path
+import random
+
+from PIL import Image
+
+from protocol.image_fragments import (
+    ImageFragmentError,
+    decode_image_fragment,
+    encode_image_fragment,
+    reassemble_image,
+    split_image_bytes,
+)
+
+from protocol.packet import (
+    CRCError,
+    MESSAGE_TYPE_ACK,
+    MESSAGE_TYPE_IMAGE_FRAGMENT,
+    PacketError,
+    build_packet,
+    parse_packet,
+)
+
+from tools.virtual_channel import transmit
+
+
+# ============================================================
+# Настройки эксперимента
+# ============================================================
+
+IMAGE_ID = 20260713
+FRAGMENT_DATA_SIZE = 512
+
+# Максимальное количество передач одного фрагмента.
+MAX_ATTEMPTS = 12
+
+# Прямой канал: передатчик → приёмник.
+DATA_DROP_PROBABILITY = 0.10
+DATA_BIT_ERROR_PROBABILITY = 0.0002
+
+# Обратный канал: приёмник → передатчик.
+ACK_DROP_PROBABILITY = 0.10
+ACK_BIT_ERROR_PROBABILITY = 0.0002
+
+# Фиксированное значение делает результат воспроизводимым.
+random_generator = random.Random(2026)
+
+
+# ============================================================
+# Пути к файлам
+# ============================================================
+
+source_path = Path(
+    "data/raw/lab007_source.jpg"
+)
+
+received_path = Path(
+    "data/received/lab008_received.jpg"
+)
+
+if not source_path.exists():
+    raise FileNotFoundError(
+        "Не найден файл data/raw/lab007_source.jpg. "
+        "Сначала необходимо выполнить Lab007."
+    )
+
+received_path.parent.mkdir(
+    parents=True,
+    exist_ok=True,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Чтение и разбиение изображения
+# ============================================================
+
+source_bytes = source_path.read_bytes()
+
+source_hash = sha256(
+    source_bytes
+).hexdigest()
+
+source_fragments = split_image_bytes(
+    image_bytes=source_bytes,
+    image_id=IMAGE_ID,
+    fragment_data_size=FRAGMENT_DATA_SIZE,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Счётчики
+# ============================================================
+
+data_transmissions = 0
+ack_transmissions = 0
+
+dropped_data_packets = 0
+invalid_data_packets = 0
+
+dropped_ack_packets = 0
+invalid_ack_packets = 0
+
+duplicate_data_packets = 0
+
+flipped_data_bits = 0
+flipped_ack_bits = 0
+
+confirmed_fragments = 0
+failed_fragment_indexes = []
+
+# Принятые фрагменты хранятся по их номеру.
+received_fragments = {}
+
+# Число попыток передачи каждого фрагмента.
+attempts_per_fragment = {}
+
+
+# ============================================================
+# Передача всех фрагментов
+# ============================================================
+
+for source_fragment in source_fragments:
+
+    fragment_index = source_fragment.fragment_index
+
+    fragment_payload = encode_image_fragment(
+        source_fragment
+    )
+
+    data_packet = build_packet(
+        payload=fragment_payload,
+        message_type=MESSAGE_TYPE_IMAGE_FRAGMENT,
+        sequence_number=fragment_index,
+    )
+
+    fragment_confirmed = False
+
+    for attempt_number in range(
+        1,
+        MAX_ATTEMPTS + 1,
+    ):
+        data_transmissions += 1
+
+        received_data_packet, changed_bits = transmit(
+            packet=data_packet,
+            drop_probability=DATA_DROP_PROBABILITY,
+            bit_error_probability=DATA_BIT_ERROR_PROBABILITY,
+            random_generator=random_generator,
+        )
+
+        flipped_data_bits += changed_bits
+
+        # DATA полностью потерян.
+        if received_data_packet is None:
+            dropped_data_packets += 1
+            continue
+
+        # Проверка структуры и CRC.
+        try:
+            parsed_data_packet = parse_packet(
+                received_data_packet
+            )
+
+        except (CRCError, PacketError):
+            invalid_data_packets += 1
+            continue
+
+        if (
+            parsed_data_packet.message_type
+            != MESSAGE_TYPE_IMAGE_FRAGMENT
+        ):
+            invalid_data_packets += 1
+            continue
+
+        # Разбор заголовка фрагмента изображения.
+        try:
+            received_fragment = decode_image_fragment(
+                parsed_data_packet.payload
+            )
+
+        except ImageFragmentError:
+            invalid_data_packets += 1
+            continue
+
+        # Проверяем согласованность номеров.
+        if (
+            parsed_data_packet.sequence_number
+            != received_fragment.fragment_index
+        ):
+            invalid_data_packets += 1
+            continue
+
+        if received_fragment.image_id != IMAGE_ID:
+            invalid_data_packets += 1
+            continue
+
+        # Сохраняем новый фрагмент либо распознаём дубликат.
+        existing_fragment = received_fragments.get(
+            received_fragment.fragment_index
+        )
+
+        if existing_fragment is None:
+            received_fragments[
+                received_fragment.fragment_index
+            ] = received_fragment
+
+        else:
+            # DATA мог прийти повторно, если предыдущий ACK потерялся.
+            assert existing_fragment.data == received_fragment.data
+            duplicate_data_packets += 1
+
+        # ====================================================
+        # Формирование ACK
+        # ====================================================
+
+        ack_packet = build_packet(
+            payload=b"",
+            message_type=MESSAGE_TYPE_ACK,
+            sequence_number=received_fragment.fragment_index,
+        )
+
+        ack_transmissions += 1
+
+        received_ack_packet, changed_ack_bits = transmit(
+            packet=ack_packet,
+            drop_probability=ACK_DROP_PROBABILITY,
+            bit_error_probability=ACK_BIT_ERROR_PROBABILITY,
+            random_generator=random_generator,
+        )
+
+        flipped_ack_bits += changed_ack_bits
+
+        # ACK полностью потерян.
+        if received_ack_packet is None:
+            dropped_ack_packets += 1
+            continue
+
+        # Передатчик проверяет ACK.
+        try:
+            parsed_ack = parse_packet(
+                received_ack_packet
+            )
+
+        except (CRCError, PacketError):
+            invalid_ack_packets += 1
+            continue
+
+        if (
+            parsed_ack.message_type != MESSAGE_TYPE_ACK
+            or parsed_ack.sequence_number != fragment_index
+            or parsed_ack.payload != b""
+        ):
+            invalid_ack_packets += 1
+            continue
+
+        # Фрагмент успешно подтверждён.
+        fragment_confirmed = True
+        confirmed_fragments += 1
+
+        attempts_per_fragment[
+            fragment_index
+        ] = attempt_number
+
+        break
+
+    if not fragment_confirmed:
+        failed_fragment_indexes.append(
+            fragment_index
+        )
+
+        attempts_per_fragment[
+            fragment_index
+        ] = MAX_ATTEMPTS
+
+
+# ============================================================
+# Результаты передачи
+# ============================================================
+
+print("=== Lab008. Передача JPEG с ARQ ===")
+
+print("\nИсходный файл:")
+print(source_path)
+
+print("\nРазмер JPEG:")
+print(len(source_bytes), "байт")
+
+print("\nКоличество фрагментов:")
+print(len(source_fragments))
+
+print("\nПодтверждено фрагментов:")
+print(confirmed_fragments)
+
+print("\nПолучено уникальных фрагментов:")
+print(len(received_fragments))
+
+print("\nНе подтверждены фрагменты:")
+print(failed_fragment_indexes)
+
+
+print("\nПередачи:")
+
+print(
+    "Всего передач DATA:",
+    data_transmissions,
+)
+
+print(
+    "Всего передач ACK:",
+    ack_transmissions,
+)
+
+
+print("\nОшибки прямого канала:")
+
+print(
+    "Полностью потеряно DATA:",
+    dropped_data_packets,
+)
+
+print(
+    "Повреждено DATA:",
+    invalid_data_packets,
+)
+
+print(
+    "Изменено битов DATA:",
+    flipped_data_bits,
+)
+
+
+print("\nОшибки обратного канала:")
+
+print(
+    "Полностью потеряно ACK:",
+    dropped_ack_packets,
+)
+
+print(
+    "Повреждено ACK:",
+    invalid_ack_packets,
+)
+
+print(
+    "Изменено битов ACK:",
+    flipped_ack_bits,
+)
+
+print(
+    "Получено повторных DATA:",
+    duplicate_data_packets,
+)
+
+
+print("\nКоличество попыток по фрагментам:")
+
+for fragment_index in sorted(
+    attempts_per_fragment
+):
+    print(
+        f"Фрагмент {fragment_index}: "
+        f"{attempts_per_fragment[fragment_index]}"
+    )
+
+
+# ============================================================
+# Сборка принятого изображения
+# ============================================================
+
+assert not failed_fragment_indexes
+
+assert (
+    len(received_fragments)
+    == len(source_fragments)
+)
+
+received_bytes = reassemble_image(
+    received_fragments.values()
+)
+
+received_path.write_bytes(
+    received_bytes
+)
+
+received_hash = sha256(
+    received_bytes
+).hexdigest()
+
+
+# ============================================================
+# Финальные проверки
+# ============================================================
+
+assert received_bytes == source_bytes
+assert received_hash == source_hash
+
+with Image.open(received_path) as image:
+    image.verify()
+
+
+print("\nSHA-256 исходного JPEG:")
+print(source_hash)
+
+print("\nSHA-256 принятого JPEG:")
+print(received_hash)
+
+print("\nПринятый файл:")
+print(received_path)
+
+print(
+    "\nПроверка пройдена: "
+    "все фрагменты подтверждены, "
+    "JPEG восстановлен байт в байт."
+)