initial commit
This commit is contained in:
LittleSam129
428
Projects/SDR_Rover/tests/lab008_image_transfer_arq.py
Normal file
428
Projects/SDR_Rover/tests/lab008_image_transfer_arq.py
Normal file
@@ -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."
|
||||
)
|
||||
Reference in New Issue
Block a user