initial commit

Projects/SDR_Rover/tests/lab005_virtual_channel.py

@@ -0,0 +1,254 @@
+"""
+Lab005. Передача пакетов через виртуальный радиоканал.
+
+Эксперимент:
+1. Формируем 100 цифровых пакетов.
+2. Передаём их через виртуальный канал.
+3. Канал может:
+   - полностью потерять пакет;
+   - изменить отдельные биты.
+4. Приёмник проверяет структуру пакета и CRC-32.
+5. Выводится статистика доставки.
+"""
+
+import random
+
+from protocol.packet import (
+    CRCError,
+    MESSAGE_TYPE_TEXT,
+    PacketError,
+    build_packet,
+    parse_packet,
+)
+
+from tools.virtual_channel import transmit
+
+
+# ============================================================
+# Настройки эксперимента
+# ============================================================
+
+# Количество передаваемых пакетов.
+PACKET_COUNT = 100
+
+# Вероятность полной потери одного пакета.
+#
+# 0.10 означает 10 %.
+DROP_PROBABILITY = 0.10
+
+# Вероятность повреждения каждого отдельного бита.
+#
+# 0.002 означает:
+# 0,2 % вероятности ошибки для каждого бита.
+BIT_ERROR_PROBABILITY = 0.002
+
+# Генератор случайных чисел.
+#
+# Число 2026 позволяет получать одинаковый результат
+# при каждом запуске программы.
+random_generator = random.Random(2026)
+
+
+# ============================================================
+# Счётчики результатов
+# ============================================================
+
+sent_packets = 0
+
+# Пакеты, полностью исчезнувшие в канале.
+dropped_packets = 0
+
+# Доставленные, но повреждённые пакеты.
+rejected_packets = 0
+
+# Пакеты, правильно принятые и разобранные.
+received_ok = 0
+
+# Общее количество изменённых битов.
+total_flipped_bits = 0
+
+
+# ============================================================
+# Передача серии пакетов
+# ============================================================
+
+for sequence_number in range(PACKET_COUNT):
+
+    # Создаём уникальное сообщение для каждого пакета.
+    message = f"ПАКЕТ {sequence_number}"
+
+    # Текст превращается в байты UTF-8.
+    payload = message.encode("utf-8")
+
+    # Формируем полный пакет с заголовком и CRC-32.
+    packet = build_packet(
+        payload=payload,
+        message_type=MESSAGE_TYPE_TEXT,
+        sequence_number=sequence_number,
+    )
+
+    sent_packets += 1
+
+    # Передаём пакет через виртуальный канал.
+    received_packet, flipped_bits = transmit(
+        packet=packet,
+        drop_probability=DROP_PROBABILITY,
+        bit_error_probability=BIT_ERROR_PROBABILITY,
+        random_generator=random_generator,
+    )
+
+    total_flipped_bits += flipped_bits
+
+    # None означает, что пакет полностью потерян.
+    if received_packet is None:
+        dropped_packets += 1
+        continue
+
+    # Пытаемся разобрать принятый пакет.
+    try:
+        parsed_packet = parse_packet(received_packet)
+
+    except (CRCError, PacketError):
+        # CRCError:
+        # контрольная сумма не совпала.
+        #
+        # PacketError:
+        # повреждены SYNC, версия, длина
+        # или другая часть структуры.
+        rejected_packets += 1
+        continue
+
+    # Восстанавливаем текст из полезной нагрузки.
+    restored_message = parsed_packet.payload.decode("utf-8")
+
+    # Проверяем, что получен именно тот пакет,
+    # который был передан.
+    assert parsed_packet.sequence_number == sequence_number
+    assert restored_message == message
+
+    received_ok += 1
+
+
+# ============================================================
+# Вывод настроек
+# ============================================================
+
+print("=== Lab005. Виртуальный канал ===")
+
+print("\nНастройки эксперимента:")
+
+print(
+    "Количество пакетов:",
+    PACKET_COUNT,
+)
+
+print(
+    "Вероятность полной потери пакета:",
+    DROP_PROBABILITY,
+)
+
+print(
+    "Вероятность ошибки отдельного бита:",
+    BIT_ERROR_PROBABILITY,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Вывод результатов
+# ============================================================
+
+print("\nРезультаты:")
+
+print(
+    "Передано пакетов:",
+    sent_packets,
+)
+
+print(
+    "Потеряно полностью:",
+    dropped_packets,
+)
+
+print(
+    "Отклонено из-за повреждений:",
+    rejected_packets,
+)
+
+print(
+    "Принято правильно:",
+    received_ok,
+)
+
+print(
+    "Всего изменено битов:",
+    total_flipped_bits,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Расчёт процентов
+# ============================================================
+
+delivery_rate = (
+    received_ok
+    / sent_packets
+    * 100
+)
+
+drop_rate = (
+    dropped_packets
+    / sent_packets
+    * 100
+)
+
+rejection_rate = (
+    rejected_packets
+    / sent_packets
+    * 100
+)
+
+packet_failure_rate = (
+    dropped_packets
+    + rejected_packets
+) / sent_packets * 100
+
+
+print("\nСтатистика:")
+
+print(
+    f"Успешно доставлено: "
+    f"{delivery_rate:.1f} %"
+)
+
+print(
+    f"Потеряно полностью: "
+    f"{drop_rate:.1f} %"
+)
+
+print(
+    f"Отклонено приёмником: "
+    f"{rejection_rate:.1f} %"
+)
+
+print(
+    f"Общая доля недоставленных пакетов: "
+    f"{packet_failure_rate:.1f} %"
+)
+
+
+# ============================================================
+# Контроль правильности
+# ============================================================
+
+accounted_packets = (
+    received_ok
+    + dropped_packets
+    + rejected_packets
+)
+
+assert accounted_packets == sent_packets
+
+print(
+    "\nПроверка пройдена: "
+    "все переданные пакеты учтены."
+)