ΑΝΑΠΣΤΞΘ ΜΘΧΑΝΛΜΩΝ ΕΛΕΓΧΟΤ ΕΛΑΣΛΚΘ ΜΝΘΜΘ Ε ΔΛΚΣΤΑ ΜΕΣΑΓΩΓΘ ΠΑΚΕΣΩΝ ΦΩΝΘ

Transcript

1 ΑΛΣΤΟΤΕΛΕΛΟ ΡΑΝΕΡΛΣΤΘΜΛΟ ΚΕΣΣΑΛΟΝΛΚΘΣ ΡΟΛΥΤΕΧΝΛΚΘ ΣΧΟΛΘ ΤΜΘΜΑ ΘΛΕΚΤΟΛΟΓΩΝ ΜΘΧΑΝΛΚΩΝ ΚΑΛ ΜΘΧΑΝΛΚΩΝ ΥΡΟΛΟΓΛΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΛΕΚΤΟΝΛΚΘΣ ΚΑΛ ΥΡΟΛΟΓΛΣΤΩΝ ΑΝΑΠΣΤΞΘ ΜΘΧΑΝΛΜΩΝ ΕΛΕΓΧΟΤ ΕΛΑΣΛΚΘ ΜΝΘΜΘ Ε ΔΛΚΣΤΑ ΜΕΣΑΓΩΓΘ ΠΑΚΕΣΩΝ ΦΩΝΘ Διπλωματικι Εργαςία Μθτράκου Άλκθςτισ Α.Ε.Μ ΚΕΣΣΑΛΟΝΛΚΘ, 2010

2 Περίληψη Σε αυτιν τθ διπλωματικι εργαςία μελετϊνται μθχανιςμοί ελζγχου ελαςτικισ μνιμθσ, οι οποίοι παρακολουκοφν και αντιμετωπίηουν τισ ςτιγμιαίεσ μεταβολζσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ καναλιϊν επικοινωνίασ, τεχνολογίασ TCP/IP, με ςκοπό τθν ευχερι μετάδοςθ πακζτων φωνισ ςε πραγματικό χρόνο. Ρροκειμζνου να υλοποιθκοφν οι εν λόγω μθχανιςμοί, ςχεδιάηεται μία Java εφαρμογι δικτυακοφ προγραμματιςμοφ, ςτθν οποία αναπτφςςονται διεργαςίεσ ςφλλθψθσ, αποςτολισ, λιψθσ και αναπαραγωγισ ψθφιακοφ ιχου. Θ αξιολόγθςθ των μθχανιςμϊν αυτϊν πραγματοποιείται με ςειρά πειραμάτων ςε πραγματικζσ ςυνκικεσ επικοινωνίασ, ςε ενςφρματα και αςφρματα, τοπικά και εκτεταμζνα δίκτυα. Ρεραιτζρω, με τθν υλοποίθςθ ενόσ προςαρμοηόμενου κβαντιςτι, διατυπϊνεται μία ακόμθ πρόταςθ για μελλοντικι εξζλιξθ των μθχανιςμϊν διαχείριςθσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ, με βάςθ τισ αρχζσ τθσ Κεωρίασ «υκμοφ Ραραμόρφωςθσ», που διζπουν τθ βζλτιςτθ ποιότθτα τθσ επικοινωνίασ πάνω από κανάλια με μεταβαλλόμενθ ςυμπεριφορά.

3 Abstract This thesis studies elastic buffer control mechanisms that monitor instantaneous changes in throughput of TCP/IP communication channels and care about efficient packet voice transmission across congested Internet connections in real time. The study is accomplished through a Java network programming application that has been developed specifically for this purpose. The Java application includes processes for capturing, sending, receiving and playing out digital voice in real time. In order to assess the performance of the developed control mechanisms and measure their robustness and resistance in changing channel characteristics, a series of experimental measurements has been carried out over wired as well as wireless channels across local area and wide area networks under real conditions. A new control strategy, including an adaptive quantizer based upon principles of the Rate-Distortion Theory, is proposed in order to improve further the efficiency of the developed elastic buffer control mechanisms.

4 Περιεχόμενα Ειςαγωγή... 1 Κεφάλαιο 1: Θεωρία Επικοινωνίασ Υπολογιςτϊν και Δικτυακϊν Εφαρμογϊν Μοντζλα Αναφοράσ Το Μοντζλο Αναφοράσ OSI Το Μοντζλο Αναφοράσ TCP/IP Σφγκριςθ μεταξφ των Μοντζλων Αναφοράσ OSI και TCP/IP Ρρωτόκολλα Μεταφοράσ Ρρωτόκολλο Μεταφοράσ TCP Ρρωτόκολλο Μεταφοράσ UDP Μετάδοςθ Δεδομζνων Σχζςθ μεταξφ υκμοφ Δεδομζνων και Εφρουσ Ηϊνθσ Σφάλματα κατά τθ Μετάδοςθ Χωρθτικότθτα Καναλιοφ Υλικό για Διαμόρφωςθ και Αποδιαμόρφωςθ Μετάδοςθ Ρακζτων Τεχνικζσ Ρολυπλεξίασ Τεχνολογίεσ LAN και WAN Τεχνολογίεσ Αςφμμετρου DSL Ρακετοποίθςθ Φωνισ Ενκυλάκωςθ Ρακζτα Φωνισ και Ρρωτόκολλα Μεταφοράσ Κακυςτζρθςθ Δικτφου Ελαςτικι Μνιμθ Απϊλεια Ρακζτων Μζγεκοσ Ρακζτου Ψθφιακι Κωδικοποίθςθ Κβάντιςθ Ραλμοκωδικι Διαμόρφωςθ Διαφορικι Ραλμοκωδικι Διαμόρφωςθ... 42

5 1.7 Δικτυακζσ Εφαρμογζσ Υπόδειγμα Ρελάτθ-Διακομιςτι Διαδικαςία Διαςφνδεςθσ Θ Γλϊςςα Ρρογραμματιςμοφ Java Κεφάλαιο 2: Ανάπτυξη Εφαρμογήσ Δθμιουργία Ρεριβάλλοντοσ Εργαςίασ Διαχείριςθ Αρχείων Ειςόδου/Εξόδου Διαχείριςθ Δικτφου Διαχείριςθ Ψθφιακοφ Ιχου Θ Βιβλιοκικθ java.lang Θ Αρχιτεκτονικι τθσ Εφαρμογισ Διάγραμμα Λειτουργίασ τθσ Εφαρμογισ Διάγραμμα οισ Γραφικό Ρεριβάλλον τθσ Εφαρμογισ Κβάντιςθ Δεδομζνων Κεφάλαιο 3: Πειραματικέσ Εφαρμογέσ - Ανάλυςη Μετρήςεων Τοπολογία Ρειραμάτων Ρείραμα 1 ο : Αςφρματο Τοπικό Δίκτυο Εςωτερικοφ Χϊρου Ρείραμα 2 ο : Ρρόςβαςθ ςτο Διαδίκτυο μζςω Σφνδεςθσ ADSL Ρείραμα 3 ο : Δθμόςια Αςφρματθ Ρρόςβαςθ ςτο Διαδίκτυο (Hotspot) Ρείραμα 4 ο : Οικιακι Γραμμι ADSL Εξωτερικό Αςφρματο Σθμείο Ρρόςβαςθσ Ρειραματικζσ Εφαρμογζσ Ρροςαρμοηόμενου Κβαντιςτι Επίλογοσ: Μελλοντική Εξέλιξη Μηχανιςμϊν Ελέγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ Βιβλιογραφία

6 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Ειςαγωγή Ειςαγωγή Στόχοσ τθσ διπλωματικισ εργαςίασ που ακολουκεί, είναι θ μελζτθ των προβλθμάτων που προκφπτουν κατά τθ διάρκεια επικοινωνίασ φωνισ διά μζςου δφο υπολογιςτϊν ςυνδεδεμζνων ςτο Διαδίκτυο. Θ ποιότθτα των υπθρεςιϊν (Quality of Service QoS) ενόσ δικτφου υποβακμίηεται όταν θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ (throughput) του καναλιοφ επικοινωνίασ παρουςιάηει απότομεσ μεταβολζσ, λόγω κορφβου και των ςυνακόλουκων μθχανιςμϊν ARQ (Automatic Repeat Request), ι λόγω ςυνωςτιςμοφ πακζτων (network congestion). Σε αυτιν τθν περίπτωςθ, θ ροι του διαλόγου φωνισ που εξελίςςεται είναι μθ ομαλι. Ρροκειμζνου να διατθρείται ζνασ ευχερισ διάλογοσ κακόλθ τθ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ, θ αναπαραγωγι του ιχου κα πρζπει να γίνεται με ςτακερό ρυκμό παρά το γεγονόσ ότι οι αφίξεισ πακζτων ιχου ςτο δζκτθ δεν γίνονται με ςτακερό ρυκμό. Για το λόγο αυτόν, υλοποιοφνται μθχανιςμοί ελζγχου ελαςτικισ μνιμθσ (elastic buffer control mechanisms), οι οποίοι παρζχουν ανάδραςθ (feedback) από το δίκτυο προσ τθν εφαρμογι, ϊςτε θ ροι του διαλόγου να διατθρείται κατά το δυνατό ςτακερι. Στθν εν λόγω εργαςία, για τθν καλφτερθ μελζτθ των μθχανιςμϊν διαχείριςθσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ, αναπτφςςεται μία εφαρμογι δικτυακοφ προγραμματιςμοφ (network programming). Θ γλϊςςα προγραμματιςμοφ που χρθςιμοποιείται είναι θ Java. Κατά το ςχεδιαςμό τθσ εφαρμογισ, υλοποιοφνται μθχανιςμοί μετάδοςθσ ψθφιακοφ ιχου ςε πραγματικό χρόνο (real time), διαμζςου δικτφων μεταγωγισ πακζτων (packet switching networks). Θ ζννοια του πραγματικοφ χρόνου, ορίηεται ωσ θ αναπαραγωγι των δεδομζνων φωνισ τθ ςτιγμι που λαμβάνονται ςτθν πλευρά του δζκτθ, χωρίσ να προθγείται αποκικευςι τουσ ι να μεςολαβεί άλλθ κακυςτζρθςθ πζραν αυτισ που επιβάλλει το ίδιο το δίκτυο. Θ επικοινωνία μεταξφ πομποφ και δζκτθ είναι αμφίδρομθ. Συντελείται με τισ μεκόδουσ αποςτολισ (send) και λιψθσ (receive) πακζτων πλθροφορίασ μζςω μιασ υποδοχισ (TCP socket), δθλαδι μιασ ςφνδεςθσ TCP μεταξφ δφο τερματικϊν ςθμείων (endto-end point) πάνω από το Διαδίκτυο. Θ υποδοχι αποτελεί δομικό ςυςτατικό του Ρρωτοκόλλου Ελζγχου Μετάδοςθσ (Transmission Control Protocol TCP). Το πρωτόκολλο TCP εξαςφαλίηει αξιόπιςτθ μετάδοςθ και παράδοςθ των πακζτων φωνισ ςτον προοριςμό τουσ, χωρίσ όμωσ να παρζχει πλιρθ ζλεγχο ςτθν κακυςτζρθςθ τθσ μετάδοςθσ και παράδοςθσ των πακζτων αυτϊν. Οι παραπάνω μζκοδοι αποςτολισ και λιψθσ χρθςιμοποιοφνται ςε ςυνδυαςμό με τουσ μθχανιςμοφσ ςφλλθψθσ (capture) και αναπαραγωγισ (play) ψθφιακοφ ιχου, από πθγζσ ιχου (audio sources) και με διατάξεισ ιχου (audio devices), αντίςτοιχα, των προςωπικϊν υπολογιςτϊν, που χρθςιμοποιοφνται ωσ τερματικά φωνισ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 1

7 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Ειςαγωγή Θ παροφςα διπλωματικι εργαςία αποτελείται από τρία μζρθ. Το πρϊτο μζροσ (Κεφάλαιο 1) βαςίηεται ςτθ βιβλιογραφία και αναφζρεται ςτθ Κεωρία Eπικοινωνίασ Υπολογιςτϊν και Δικτυακϊν Εφαρμογϊν. Αναλφονται τα δφο βαςικά μοντζλα αναφοράσ, το μοντζλο Διαςφνδεςθσ Ανοικτϊν Συςτθμάτων (Open Systems Interconnection model OSI model) και το Μοντζλο Αναφοράσ TCP/IP (TCP/IP Reference Model) ι Μοντζλο Αναφοράσ Internet (Internet Reference Model). Στθ ςυνζχεια παρουςιάηονται τα δφο βαςικά πρωτόκολλα μεταφοράσ, το Ρρωτόκολλο Ελζγχου Μετάδοςθσ (Transmission Control Protocol TCP) και το Ρρωτόκολλο Αυτόνομων Ρακζτων (User Datagram Protocol UDP). Ακολοφκωσ, παρατίκεται κεωρία για τθ μετάδοςθ δεδομζνων, τθ μετάδοςθ πακζτων, τθν πακετοποίθςθ φωνισ, τθν κακυςτζρθςθ δικτφου και για τθ ψθφιακι κωδικοποίθςθ. Στο τζλοσ του κεφαλαίου αυτοφ, γίνεται μία ειςαγωγι ςτισ δικτυακζσ εφαρμογζσ και ςτθ γλϊςςα προγραμματιςμοφ Java. Το δεφτερο μζροσ (Κεφάλαιο 2) ξεκινάει με τισ διαδικαςίεσ που απαιτοφνται προκειμζνου να δθμιουργθκεί το κατάλλθλο περιβάλλον για τθν Ανάπτυξθ τθσ Εφαρμογισ. Στθ ςυνζχεια αναλφονται οριςμζνεσ μζκοδοι, που περιζχονται ςε τζςςερισ βαςικζσ βιβλιοκικεσ τθσ Java (java.io, java.net, javax.sound.sampled, java.lang). Επίςθσ, παρουςιάηεται θ αρχιτεκτονικι τθσ εφαρμογισ κακϊσ και το βαςικό διάγραμμα λειτουργίασ τθσ. Ακολουκεί θ λεπτομερισ περιγραφι και θ ανάλυςθ του διαγράμματοσ ροισ του κϊδικα, όπωσ και θ περιγραφι του γραφικοφ περιβάλλοντοσ διεπικοινωνίασ τθσ εφαρμογισ με το χριςτθ (Graphical User interface - GUI). Ζπεται ανάλυςθ κϊδικα, που υλοποιεί ζναν προςαρμοηόμενο κβαντιςτι (quantizer), με ςκοπό τθ μελλοντικι ενςωμάτωςθ τθσ κβάντιςθσ ςτουσ μθχανιςμοφσ ελζγχου ελαςτικισ μνιμθσ. Το τρίτο μζροσ (Κεφαλαιο 3) παρακζτει και αναλφει τα αποτελζςματα, τα οποία εξάγονται από Ρειραματικζσ Μετριςεισ που γίνονται κατά τθ διάρκεια εκτζλεςθσ τθσ εφαρμογισ. Διεξάγονται τζςςερα πειράματα, τα οποία πραγματοποιοφνται ςε πραγματικζσ ςυνκικεσ επικοινωνίασ μεταξφ Κεςςαλονίκθσ, Ρανοράματοσ και Κζρμθσ, πάνω από ενςφρματα (wired) και αςφρματα (wireless), τοπικά (Local Area Networks - LAN) και εκτεταμζνα (Wide Area Networks - WAN) δίκτυα. Κλείνοντασ, παρουςιάηονται μετριςεισ για τθν ποιότθτα φωνισ, όπωσ προκφπτουν από τθν εκτζλεςθ του κϊδικα, που υλοποιεί τον προςαρμοηόμενο κβαντιςτι. Με τθν ολοκλιρωςθ τθσ διπλωματικισ εργαςίασ (Επίλογοσ), διατυπϊνεται μία πρόταςθ για Μελλοντικι Εξζλιξθ των μθχανιςμϊν ελζγχου τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Θ πρόταςθ ςτθρίηεται ςτθ Κεωρία «υκμόσ Ραραμόρφωςθ» (Rate Distortion Theory), που διζπει τθ βζλτιςτθ ποιότθτα επικοινωνίασ πάνω από κανάλια με μεταβαλλόμενθ ςυμπεριφορά. Στθν εκπόνθςθ τθσ εργαςίασ αποτελεςματικι υπιρξε θ ςυνεργαςία με τον Αναπλθρωτι Κακθγθτι του Τμιματοσ Θλεκτρολόγων Μθχανικϊν, του Αριςτοτελείου Ρανεπιςτθμίου Κεςςαλονίκθσ, κ.μθτράκο Δθμιτριο. Για τθν επιςτθμονικι κακοδιγθςθ, τθν υποςτιριξθ, τθν παροχι ιδεϊν και τθν πολφτιμθ βοικειά του, τον ευχαριςτϊ πολφ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 2

8 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Κεφάλαιο 1 Κεωρία Επικοινωνίασ Τπολογιςτών και Δικτυακών Εφαρμογών 1.1 Μοντζλα Αναφοράσ Θ ανταλλαγι πλθροφορίασ μεταξφ υπολογιςτϊν με ςκοπό τθ ςυνεργατικι δράςθ αναφζρεται γενικά ωσ επικοινωνία υπολογιςτϊν. Επιπλζον, το ςφνολο δφο ι περιςςότερων υπολογιςτϊν ςυνδεμζνων μζςω ενόσ δικτφου επικοινωνίασ, αναφζρεται ωσ δίκτυο υπολογιςτϊν. Σε αυτά τα πλαίςια, ςθμαντικισ ςθμαςίασ ζννοιεσ, είναι αυτζσ του πρωτοκόλλου και τθσ αρχιτεκτονικισ πρωτοκόλλου. Ζνα πρωτόκολλο χρθςιμοποιείται για τθν επικοινωνία μεταξφ οντοτιτων που βρίςκονται ςε διαφορετικά ςυςτιματα. Μία οντότθτα είναι οτιδιποτε μπορεί να ςτζλνει και να λαμβάνει πλθροφορίεσ, ενϊ ζνα ςφςτθμα είναι ζνα φυςικό ξεχωριςτό αντικείμενο που περιζχει μία ι περιςςότερεσ οντότθτεσ. Ραράδειγμα οντοτιτων είναι τα προγράμματα εφαρμογϊν του χριςτθ και τα προγράμματα μεταφοράσ αρχείων, ενϊ παράδειγμα ςυςτθμάτων είναι οι υπολογιςτζσ. Για να επικοινωνιςουν δφο οντότθτεσ με επιτυχία πρζπει να ςυμμορφϊνονται ςε κάποιουσ κοινά αποδεκτοφσ όρουσ οι οποίοι αναφζρονται ωσ πρωτόκολλα. Με λίγα λόγια, ζνα πρωτόκολλο ορίηεται ωσ το ςφνολο των κανόνων που διζπει τθν ανταλλαγι των δεδομζνων μεταξφ των οντοτιτων. Οι ςθμαντικότερεσ λειτουργίεσ που ςυνικωσ εκτελοφνται από ζνα πρωτόκολλο περιλαμβάνουν τθν ενκυλάκωςθ, τον τεμαχιςμό και τθν επαναςυναρμολόγθςθ, τον ζλεγχο ηεφξθσ, τθ διατεταγμζνθ παράδοςθ, τον ζλεχγο ροισ, τον ζλεγχο ςφαλμάτων, τθ διευκυνςιοδότθςθ και τθν πολυπλεξία. Θ αρχιτεκτονικι πρωτοκόλλου είναι θ δομι των υλικϊν και λογιςμικϊν επιπζδων που υλοποιεί τισ λειτουργίεσ τθσ επικοινωνίασ και υποςτθρίηει τθν ανταλλαγι δεδομζνων μεταξφ ςυςτθμάτων και κατανεμθμζνων εφαρμογϊν. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 3

9 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Σο Μοντζλο Αναφοράσ OSI Το Μοντζλο Διαςφνδεςθσ Ανοικτϊν Συςτθμάτων (Open Systems Interconnection model OSI model) αναπτφχκθκε από τον Ραγκόςμιο Οργανιςμό Ρροτφπων (International Organization for Standardization ISO) ωσ ζνα μοντζλο αρχιτεκτονικισ υπολογιςτϊν και αςχολείται με τθ διαςφνδεςθ ανοικτϊν ςυςτθμάτων, δθλαδι ςυςτθμάτων που είναι ανοικτά ςτθν επικοινωνία με άλλα ςυςτιματα. Ανακεωρθκικε το Αν και τα πρωτόκολλα που ςχετίηονται με το μοντζλο OSI χρθςιμοποιοφνται πλζον ςπάνια, το ίδιο το μοντζλο είναι γενικό και ζγκυρο. Το μοντζλο OSI αποτελείται από επτά επίπεδα και απεικονίηεται ςτο Σχιμα 1. Να ςθμειωκεί πωσ ωσ Μονάδα Δεδομζνων Ρρωτοκόλλου (Protocol Data Unit PDU), ορίηεται ο ςυνδυαςμόσ των δεδομζνων, από το επόμενο υψθλότερο ςτρϊμα, και τθσ πλθροφορίασ ελζγχου. Τα επίπεδα του μοντζλου OSI ζχουν ωσ εξισ: Εφαρμογισ Ραρουςίαςθσ Συνόδου Μεταφοράσ Δικτφου Ηεφξθσ Δεδομζνων Φυςικό Το φυςικό επίπεδο (physical layer) ςχετίηεται με τθ μετάδοςθ μθ δομθμζνθσ ςειράσ bit διά του φυςικοφ μζςου. Αςχολείται με τα μθχανικά, θλεκτρικά, λειτουργικά και διαδικαςτικά χαρακτθριςτικά που απαιτοφνται για τθν πρόςβαςθ ςτο φυςικό μζςο. Το επίπεδο ηεφξθσ δεδομζνων (data link layer) παρζχει αξιόπιςτθ μεταφορά τθσ πλθροφορίασ μζςω τθσ φυςικισ ηεφξθσ. Στζλνει πλαίςια (frames) με τον απαραίτθτο ςυγχρονιςμό, ζλεγχο ςφαλμάτων και ζλεγχο ροισ. Το επίπεδο δικτφου (network layer) παρζχει ανεξαρτθςία ςτα ανϊτερα ςτρϊματα από τθ μετάδοςθ των δεδομζνων και τισ τεχνολογίεσ μεταγωγισ που χρθςιμοποιοφνται για τθ ςφνδεςθ ςυςτθμάτων. Είναι υπεφκυνο για τθν αποκατάςταςθ, τθ ςυντιρθςθ και τον τερματιςμό ςυνδζςεων. Το επίπεδο μεταφοράσ (transport layer) παρζχει αξιόπιςτθ, διαφανι μεταφορά δεδομζνων μεταξφ τερματικϊν ςθμείων (end-to-end point). Ραρζχει από άκρο ςε άκρο ανάκτθςθ από ςφάλματα και ζλεγχο ροισ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 4

10 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Το επίπεδο ςυνόδου (session layer) παρζχει τθ δομι ελζγχου για επικοινωνία μεταξφ των εφαρμογϊν. Αποκακιςτά, διαχειρίηεται και τερματίηει ςυνδζςεισ μεταξφ εφαρμογϊν που ςυνεργάηονται. Το επίπεδο παρουςίαςθσ (presentation layer) παρζχει ανεξαρτθςία ςτισ διαδικαςίεσ τθσ εφαρμογισ από διαφορζσ ςτθν αναπαράςταςθ των δεδομζνων. Το επίπεδο εφαρμογισ (application layer) παρζχει μία ποικιλία πρωτοκόλλων που απαιτοφνται από τουσ χριςτεσ. Ραράδειγμα πρωτοκόλλου εφαρμογισ είναι το Ρρωτόκολλο Μεταφοράσ Υπερ-κειμζνου (Hypertext Transfer Protocol HTTP). Υπολογιςτισ Α Υπολογιςτισ Β Ρρωτόκολλο Εφαρμογισ 7 Εφαρμογισ Εφαρμογισ application protocol data unit-apdu Ρρωτόκολλο Ραρουςίαςθσ 6 Ραρουςίαςθσ Ραρουςίαςθσ presentation protocol data unit-ppdu Ρρωτόκολλο Συνδιάλεξθσ 5 Συνδιάλεξθσ Συνδιάλεξθσ session protocol data unit-spdu Ρρωτόκολλο Μεταφοράσ 4 Μεταφοράσ Μεταφοράσ transport protocol data unit-tpdu 3 Δικτφου Δικτφου πακζτο (packet) 2 Ηεφξθσ Δεδ. Internet Ηεφξθσ Δεδ. πλαίςιο (frame) 1 Φυςικό Φυςικό bit Σχιμα 1: Το μοντζλο αναφοράσ του OSI [1]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 5

11 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Σο Μοντζλο Αναφοράσ TCP/IP Το Μοντζλο Αναφοράσ TCP/IP (TCP/IP Reference Model) ι Μοντζλο Αναφοράσ Internet (Internet Reference Model), χρθςιμοποιϊντασ το όνομα των δφο βαςικϊν του πρωτοκόλλων, είναι το αποτζλεςμα τθσ ζρευνασ και τθσ ανάπτυξθσ πρωτοκόλλων που διεξιχκθ ςτο πειραματικό δίκτυο μεταγωγισ πακζτου, το ARPANET, που χρθματοδοτικθκε από το DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) και γενικά αναφζρεται ωσ ςτοίβα πρωτοκόλλων TCP/IP. Το μοντζλο αυτό ορίςτθκε αρχικά ςτο ζγγραφο των Cerf και Kahn το 1974, τροποποιικθκε ςτο ζγγραφο των Leiner και ςυνεργατϊν το 1985, ενϊ θ ςχεδιαςτικι του φιλοςοφία πίςω από το μοντζλο παρουςιάηεται ςτο ζγγραφο του Clark το Το ίδιο το μοντζλο δεν είναι ιδιαίτερα χριςιμο, αλλά τα πρωτόκολλά του χρθςιμοποιοφνται ευρφτατα. Μποροφμε να οργανϊςουμε τθν επικοινωνιακι διεργαςία για το TCP/IP ςε πζντε ςχετικά ανεξάρτθτα επίπεδα: Εφαρμογισ Μεταφοράσ Διαδικτφου Διαςφνδεςθσ Φυςικό Το φυςικό επίπεδο (physical layer) καλφπτει τθ φυςικι διεπαφι μεταξφ μιασ ςυςκευισ μετάδοςθσ δεδομζνων και ενόσ μζςου μετάδοςθσ ι δικτφου. Το επίπεδο διαςφνδεςθσ (link layer) ςχετίηεται με τθν ανταλλαγι δεδομζνων μεταξφ ενόσ τερματικοφ ςυςτιματοσ και του δικτφου με το οποίο είναι ςυνδεδεμζνο. Σχετίηεται, επίςθσ, με τθν πρόςβαςθ και δρομολόγθςθ δεδομζνων μζςω ενόσ δικτφου για δφο τερματικά ςυςτιματα, που είναι ςυνδεδεμζνα ςτο ίδιο δίκτυο. Στο επίπεδο αυτό τα δεδομζνα οργανϊνονται ςε πλαίςια (frames). Το επίπεδο διαδικτφου (internet layer) είναι ο ακρογωνιαίοσ λίκοσ ολόκλθρθσ τθσ αρχιτεκτονικισ. Αρμοδιότθτα του επιπζδου αυτοφ είναι να επιτρζπει ςε ζνα τερματικό ςφςτθμα να ειςάγει τα πακζτα του ςε οποιοδιποτε δίκτυο και αυτά να ταξιδεφουν ανεξάρτθτα από τον προοριςμό τουσ, ο οποίοσ πικανόν να βρίςκεται και ςε ζνα διαφορετικό δίκτυο. Τα πακζτα μπορεί να φτάςουν ακόμα και με ςειρά διαφορετικι από αυτιν που ςτάλκθκαν. Ορίηεται μία επίςθμθ μορφι για τα πακζτα κακϊσ και ζνα επίςθμο πρωτόκολλο που ονομάηεται Ρρωτόκολλο Διαδικτφου (Internet Protocol IP). Κφριο μζλθμα του πρωτοκόλλου είναι θ παράδοςθ των πακζτων IP ςτον τελικό τουσ προοριςμό. Ρρωταρχικό ηιτθμα είναι θ δρομολόγθςθ των πακζτων κακϊσ και θ αποφυγι Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 6

12 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 ςυμφόρθςθσ. Το πρωτόκολλο αυτό είναι υλοποιθμζνο όχι μόνο ςτα τερματικά ςυςτιματα αλλά και ςτουσ δρομολογθτζσ (routers). Ζνασ δρομολογθτισ είναι ζνασ επεξεργαςτισ που ςυνδζει δφο δίκτυα και αναμεταδίδει δεδομζνα από το ζνα δίκτυο ςτο άλλο, από τθν πθγι ςτο τερματικό ςφςτθμα προοριςμοφ. Το επίπεδο μεταφοράσ (transport layer) είναι υπεφκυνο για τθν αξιόπιςτθ ανταλλαγι δεδομζνων, ανεξάρτθτα από τθ φφςθ των εφαρμογϊν. Σε αυτό το ςθμείο ζχουν οριςτεί δφο πρωτόκολλα μεταφοράσ απ άκρου εισ άκρο (end-to-end). Το πρϊτο, το Ρρωτόκολλο Ελζγχου Μετάδοςθσ (Transmission Control Protocol TCP), είναι ζνα αξιόπιςτο ςυνδεςμοςτρεφζσ πρωτόκολλο, ενϊ το δεφτερο, το Ρρωτόκολλο Αυτόνομων Ρακζτων (User Datagram protocol UDP), είναι ζνα αναξιόπιςτο αςυνδεςμικό πρωτόκολλο. Το επίπεδο εφαρμογισ (application layer) περιζχει τθ λογικι που απαιτείται για τθν υποςτιριξθ των διαφόρων εφαρμογϊν του χριςτθ. Για κάκε διαφορετικό τφπο εφαρμογισ χρειάηεται μία ξεχωριςτι μονάδα, που είναι ειδικι ςε αυτιν τθν εφαρμογι. Υπολογιςτισ Α Δρομολογθτισ Δρομολογθτισ Υπολογιςτισ Β Υπολογιςτισ Α Υπολογιςτισ Β Εφαρμογϊν Εφαρμογϊν Μεταφοράσ Peer-to-peer Μεταφοράσ Διαδικτφου Διαδικτφου Διαδικτφου Διαδικτφου Διαςφνδεςθσ Διαςφνδεςθσ Διαςφνδεςθσ Διαςφνδεςθσ Ethernet καλϊδιο,οπτικι ίνα κ.τ.λ. Ethernet Σχιμα 2: Το μοντζλο αναφοράσ του TCP/IP [2]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 7

13 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Το μοντζλο αναφοράσ του TCP/IP παρουςιάηεται ςτο Σχιμα 2. Στο πάνω μζροσ του ςχιματοσ φαίνεται θ επικοινωνία μεταξφ δφο υπολογιςτϊν, ςυνδεδεμζνων με δρομολογθτζσ, ενϊ ςτο κάτω μζροσ θ ςφνδεςθ μεταξφ των αντίςτοιχων επιπζδων. Τζλοσ, ςτο Σχιμα 3 απεικονίηεται θ ενκυλάκωςθ των δεδομζνων του επιπζδου εφαρμογισ, κατεβαίνοντασ ςτα επίπεδα του μοντζλου TCP/IP. Data Application TCP/UDP TCP/UDP header data Transport IP header IP data Internet Frame header Frame data Frame footer Link Σχιμα 3: Ενκυλάκωςθ δεδομζνων [2] φγκριςθ μεταξφ των Μοντζλων Αναφοράσ OSI και TCP/IP Μία προφανισ διαφορά ανάμεςα ςτα δφο μοντζλα είναι το πλικοσ των επιπζδων. Και τα δφο ζχουν επίπεδα (δια)δικτφου, μεταφοράσ και εφαρμογϊν, ενϊ διαφζρουν ςτα υπόλοιπα επίπεδα. Μία άλλθ διαφορά είναι ςτο κζμα τθσ αςυνδεςμικισ ζναντι τθσ ςυνδεςμοςτραφοφσ επικοινωνίασ. Το μοντζλο OSI υποςτθρίηει και τισ δφο μορφζσ επικοινωνίασ ςτο επίπεδο δικτφου, ενϊ υποςτθρίηει μόνο τθ ςυνδεςμοςτραφι επικοινωνία ςτο επίπεδο μεταφοράσ. Το μοντζλο TCP/IP ζχει μόνο ζναν τρόπο επικοινωνίασ ςτο επίπεδο δικτφου, αλλά υποςτθρίηει και τουσ δφο ςτο επίπεδο μεταφοράσ, αφινοντασ ζτςι τθν επιλογι ςτουσ χριςτεσ. Το μοντζλο OSI επινοικθκε πριν ςχεδιαςτοφν τα αντίςτοιχα πρωτόκολλα, γεγονόσ που κάνει το μοντζλο ιδιαίτερα γενικό. Το μειονζκτθμα αυτισ τθσ χρονικισ διαδοχισ είναι ότι οι ςχεδιαςτζσ δεν είχαν μεγάλθ πείρα με το αντικείμενο, επομζνωσ, οφτε καλι ιδζα με τισ λειτουργίεσ που πρζπει να βάλουν ςε κάκε επίπεδο. Το μοντζλο TCP/IP είναι μία περιγραφι πρωτοκόλλων που προχπιρχαν. Δεν υπιρχε πρόβλθμα ταιριάςματοσ των πρωτοκόλλων με το μοντζλο, αλλά το μοντζλο δεν ταίριαηε με οποιεςδιποτε άλλεσ ςτοίβεσ πρωτοκόλλων. Κατά ςυνζπεια, δεν είναι εντελϊσ χριςιμο για Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 8

14 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 τθν περιγραφι άλλων δικτφων που δε βαςίηονται ςτο TCP/IP. Ραρόλα αυτά, θ αρχιτεκτονικι TCP/IP είναι αυτι που ζχει κυριαρχιςει. Τζλοσ, ςτο Σχιμα 4 γίνεται θ ςφγκριςθ ςτα ςτρϊματα των αρχιτεκτονικϊν OSI και TCP/IP, δείχνοντασ ςε γενικζσ γραμμζσ τθν αντιςτοιχία των επιπζδων τουσ. OSI TCP/IP Εφαρμογισ Εφαρμογισ Ραρουςίαςθσ Συνόδου Μεταφοράσ Μεταφοράσ Δικτφου Ηευξθσ Δεδ. Διαδικτφου Διαςφνδεςθσ Φυςικό Φυςικό Σχιμα 4: Σφγκριςθ των αρχιτεκτονικϊν πρωτοκόλλων OSI και TCP/IP [3]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 9

15 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Πρωτόκολλα Μεταφοράσ Το πρωτόκολλο μεταφοράσ παρζχει μία από άκρθ ςε άκρθ υπθρεςία μεταφοράσ δεδομζνων που απομονϊνει τα πρωτόκολλα ανωτζρου επιπζδου από τα χαρακτθριςτικά των δικτφων. Ζνα πρωτόκολλο μπορεί να είναι είτε ςυνδεςμοςτρεφζσ, όπωσ το TCP, είτε αςυνδεςμικό, όπωσ το UDP. Σε μία αρχιτεκτονικι πρωτοκόλλου, το πρωτόκολλο μεταφοράσ μπαίνει πάνω από το επίπεδο (δια)δικτφου, το οποίο παρζχει τισ ςχετικζσ με το δίκτυο υπθρεςίεσ και κάτω από το επίπεδο εφαρμογισ. Το πρωτόκολλο μεταφοράσ παρζχει ςτουσ χριςτεσ υπθρεςίεσ μεταφοράσ. Θ τοπικι οντότθτα μεταφοράσ επικοινωνεί με κάποια απομακρυςμζνθ οντότθτα μεταφοράσ, χρθςιμοποιπϊντασ τισ υπθρεςίεσ κάποιου χαμθλότερου επιπζδου. Θ γενικι υπθρεςία που παρζχεται από ζνα πρωτόκολλο μεταφοράσ είναι θ μεταφορά δεδομζνων κατά τρόπο που να προφυλάςςει το χριςτθ από τισ λεπτομζρειεσ των υποκείμενων επιπζδων Πρωτόκολλο Μεταφοράσ TCP Το Ρρωτόκολλο Ελζγχου Μετάδοςθσ (Transmission Control Protocol TCP) είναι ςυνδεςμοςτρεφζσ πρωτόκολλο, το οποίο επιτρζπει ςε μία ροι byte, που προζρχεται από ζνα ςφςτθμα να παραδίδεται απαλλαγμζνθ από ςφάλματα ςε οποιοδιποτε άλλο ςφςτθμα ςτο διαδίκτυο. Τεμαχίηει τθν ειςερχόμενθ ροι byte ςε διακριτά μθνφματα και μεταβιβάηει το κακζνα από αυτά ςτο επίπεδο του διαδικτφου. Στον προοριςμό, θ διεργαςίαπαραλιπτθσ του TCP αναςυναρμολογεί τα μθνφματα που λαμβάνει ςε μία ροι byte εξόδου. Το TCP χειρίηεται και τον ζλεγχο ροισ (flow control), εξαςφαλίηοντασ ότι ζνασ αργόσ παραλιπτθσ δε κα δεχτεί καταιγιςμό μθνυμάτων από ζναν γριγορο αποςτολζα. Με λίγα λόγια το TCP χρθςιμοποιεί τθν αναξιόπιςτθ υπθρεςία των αυτοδφναμων πακζτων, που παρζχεται από το IP για τθν αποςτολι των δεδομζνων ςε ζναν άλλον υπολογιςτι, αλλά παρζχει μία αξιόπιςτθ υπθρεςία παράδοςθσ δεδομζνων ςτα προγράμματα-εφαρμογζσ. Χωρίσ να υπερφορτϊνει τα υποκείμενα δίκτυα και τουσ δρομολογθτζσ, το TCP παρζχει αποδοτικι μεταφορά δεδομζνων, αντιςτακμίηοντασ τισ απϊλειεσ ι τισ κακυςτεριςεισ ενόσ διαδικτφου. Το TCP παρζχει υπθρεςία ςτισ εφαρμογζσ θ οποία ζχει επτά κφρια χαρακτθριςτικά: Συνδεςμικότθτα: μία εφαρμογι κα πρζπει πρϊτα να ηθτιςει ςφνδεςθ με ζναν προοριςμό και ςτθ ςυνζχεια να χρθςιμοποιιςει τθ ςφνδεςθ αυτι για να μεταφζρει τα δεδομζνα. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 10

16 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Επικοινωνία από άκρο ςε άκρο (end-to-end): κάκε ςφνδεςθ ζχει ακριβϊσ δφο άκρα. Ρλιρθσ αξιοπιςτία: τα δεδομζνα που ςτζλνονται μζςω μιασ ςφνδεςθσ παραδίδονται ακιβϊσ όπωσ ζχουν αποςταλεί, χωρίσ απϊλειεσ και με τθ ςειρά κατά τθν οποία ςτάλκθκαν. Ρλιρωσ αμφίδρομθ επικοινωνία (full duplex): ροι δεδομζνων και προσ τισ δφο κατευκφνςεισ ανά πάςα ςτιγμι. Το TCP μπορεί να αποκθκεφει προςωρινά (buffer) τα δεδομζνα, επιτρζποντασ ςε μία εφαρμογι να ςτζλνει δεδομζνα και μετά να ςυνεχίηει τθν εκτζλεςι τθσ ενϊ τα δεδομζνα μεταφζρονται. Διαςφνδεςθ ροισ (steam interface): μία εφαρμογι ςτζλνει μία ςυνεχι ακολουκία από bytes μζςω μιασ ςφνδεςθσ, χωρίσ όμωσ να υπάρχει ταφτιςθ του μεγζκουσ των τμθμάτων που ςτζλνει ο αποςτολζασ με αυτά που λαμβάνει ο δζκτθσ. Αξιόπιςτθ ζναρξθ ςφνδεςθσ: ςτθ δθμιουργία μιασ από άκρο ςε άκρο ςφνδεςθσ, ςυμφωνοφν και τα δφο άκρα. Ομαλό κλείςιμο ςφνδεςθσ: μία εφαμογι μπορεί να ανοίγει μία ςφνδεςθ, να ςτζλνει δεδομζνα και μετά να ηθτά τον τερματιςμό τθσ ςφνδεςθσ. Το TCP εγγυάται ότι όλα τα δεδομζνα κα αποδοκοφν με αξιοπιςτία πρωτοφ να κλείςει θ ςφνδεςθ. Το TCP χρθςιμοποιεί ζνα μοναδικό τφπο μονάδασ δεδομζνων μεταφοράσ, ο οποίοσ ονομάηεται τμιμα TCP (segment). Ζνα τμιμα TCP αποτελείται από ζνα τμιμα επικεφαλίδασ (segment header) και από ζνα τμιμα δεδομζνων (data segment). Θ επικεφαλίδα περιγράφεται ςτο Σχιμα 5 και ζχει ζνα ελάχιςτο μζγεκοσ από 20 bytes. Τα πεδία ζχουν ωσ εξθσ: Κφρα πθγισ (Source port, 16 bit): χριςτθσ TCP πθγισ. Κφρα προοριςμοφ (Destination port, 16 bit): χριςτθσ TCP προοριςμοφ. Αρικμόσ ακολουκίασ (Sequence number, 32 bit): ζχει διπλό ρόλο. Αν ο δείκτθσ SYN (SYN flag) ζχει τεκεί ίςοσ με το ζνα (SYN = 1), αυτόσ είναι ο αρχικόσ αρικμόσ ακολουκίασ (Initial Sequence Number ISN). Τότε, ο αρικμόσ ακολουκίασ του πρϊτου byte δεδομζνων είναι ο αρχικόσ αρικμόσ ακολουκίασ ςυν ζνα (ISN + 1). Αν ο δείκτθσ SYN ζχει τεκεί ίςοσ με το μθδζν (SYN = 0), αυτόσ είναι ο αρικμόσ ακολουκίασ του πρϊτου byte δεδομζνων ςε αυτό το τμιμα. Αρικμόσ επιβεβαίωςθσ λιψθσ (Acknowledgement number, 32 bit): μία εμβόλιμθ επιβεβαίωςθ λιψθσ, θ οποία περιζχει τον αρικμό ακολουκίασ του επόμενου byte δεδομζνων, που ο αποςτολζασ περιμζνει να λάβει. Αρχικι κζςθ δεδομζνων (Data offset, 4 bit): ορίηει το μζγεκοσ τθσ TCP επικεφαλίδασ ςε λζξεισ των 32-bit. Το μικρότερο δυνατό μζγεκοσ τθσ επικεφαλίδασ μπορεί να Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 11

17 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 είναι πζντε (5) λζξεισ, ενϊ το μεγαλφτερο δεκαπζντε (15) λζξεισ. Γι αυτό το ελάχιςτο μζγεκοσ μιασ επικεφαλίδασ μπορεί να είναι 20 bytes και το μζγιςτο 60 bytes. Εφεδρικό (Reserved, 6 bit): κρατθμζνο για μελλοντικι χριςθ. Δείκτεσ (Flags, 8 bit): ACK (1 bit): πεδίο επιβεβαίωςθσ λιψθσ. URG (1bit): πεδίο δείκτθ επείγοντοσ. RST (1 bit): κάνει επαναφορά (reset) ςτθ ςφνδεςθ. SYN (1 bit): ςυγχρονίηει τουσ αρικμοφσ ακολουκίασ. FIN (1 bit): δεν υπάρχουν άλλα δεδομζνα από τον αποςτολζα. και άλλα bits. Ραράκυρο (Window, 16 bit): ορίηει το μζγεκοσ του λαμβανόμενου παρακφρου (received window). Ρεριζχει, δθλαδι, τον αρικμό των bytes δεδομζνων, ξεκινϊντασ από το byte το οποίο ορίηει το πεδίο επιβεβαίωςθσ λιψθσ (ACK), που ο αποςτολζασ επικυμεί να δεχτεί. Άκροιςμα ελζγχου (Checksum, 16 bit): χρθςιμοποιείται για ζλεγχο ςφαλμάτων. Δείκτθσ επείγοντοσ (Urgent pointer, 16 bit): δείχνει το τελευταίο byte ςε μία ακολουκία από επείγοντα δεδομζνα. Επιτρζπει ςτο δζκτθ να γνωρίηει πόςα επζιγοντα δεδομζνα ζρχονται. Επιλογζσ (Options, μεταβλθτό μζγεκοσ): ζνα παράδειγμα είναι θ επιλογι που κακορίηει το μζγιςτο μζγεκοσ τμιματοσ που κα γίνει αποδεκτό. Το TCP είναι λογικισ ςειράσ, αποδζχεται μία ροι από byte, τα ομαδοποιεί ςε τμιματα, όπωσ κεωρεί κατάλλθλα, και αρικμεί το κάκε byte ςτθ ροι. Το πεδίο ακροίςματοσ ελζγχου εφαρμόηεται ςε ολόκλθρο το τμιμα ςυν μία ψευδοεπικεφαλίδα, που μπαίνει ςτθν αρχι τθσ επικεφαλίδασ κατά τθ διάρκεια του υπολογιςμοφ, τόςο ςτθ μετάδοςθ όςο και ςτθ λιψθ. Θ ψευδοεπικεφαλίδα περιζχει τθν επικεφαλίδα IP τθ διεφκυνςθ διαδικτφου και το πρωτόκολλο πθγισ, κακϊσ και ζνα πεδίο μικοσ τμιματοσ. Ζτςι, το TCP προςτατεφει τον εαυτό του από λάκοσ παράδοςθ από το IP. Δθλαδι, εάν το IP παραδϊςει ζνα τμιμα ςε λάκοσ υπολογιςτι, ακόμα και αν το τμιμα δεν περιζχει ςφάλμα ςτα bit, θ λαμβάνουςα οντότθτα TCP κα ανιχνεφςει το ςφάλμα παράδοςθσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 12

18 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Bit: Κφρα πθγισ Κφρα προοριςμοφ Αρικμόσ ακολουκίασ Αρικμόσ επιβεβαίωςθσ Αρχικι κζςθ δεδομζνων Κρατθμζνο Δείκτεσ Ραράκυρο Άκροιςμα Ελζγχου Δείκτθσ επείγον Επιλογζσ Σχιμα 5: Επικεφαλίδα TCP [3]. Δφο από τουσ κυριότερουσ μθχανιςμοφσ του TCP είναι θ Μεταφορά Δεδομζνων και θ Ρολιτικι Επιβεβαίωςθσ Λιψθσ. Αν και τα δεδομζνα μεταφζρονται ςε τμιματα πάνω από τθ ςφνδεςθ μεταφοράσ, θ μεταφορά δεδομζνων εξετάηεται λογικά ωσ μία ροι από bytes. Για το λόγο αυτόν, κάκε byte αρικμείται. Κάκε τμιμα περιζχει τον αρικμό ακολουκίασ του πρϊτου byte του πεδίου δεδομζνων. Τα δεδομζνα αποκθκεφονται προςωρινά από τθν οντότθτα μεταφοράσ τόςο ςτθν αποςτολι όςο και ςτθ λιψθ. Το TCP εξαςκεί τθ δικι του κρίςθ ωσ προσ το πότε να καταςκευάςει ζνα τμιμα για μετάδοςθ και πότε να ανακοινϊςει τα λθφκζντα δεδομζνα ςτο χριςτθ. Ο χριςτθσ μπορεί να κακορίςει ζνα τμιμα δεδομζνων ωσ επείγον. Σε αυτιν τθν περίπτωςθ, το TCP κα χαρακτθρίςει το τζλοσ αυτοφ του τμιματοσ με ζνα δείκτθ επζιγον και κα το ςτείλει ζξω από τθ ςυνθκιςμζνθ ροι δεδομζνων. Ο χριςτθσ που κα το λάβει, ειδοποιείται πωσ λαμβάνονται επείγοντα δεδομζνα. Εάν, κατά τθ διάρκεια ανταλλαγισ δεδομζνων, φτάςει ζνα τμιμα, που προφανϊσ δεν προοριηόταν για τθν τρζχουςα ςφνδεςθ, τίκεται ο δείκτθσ RST ςε ζνα εξερχόμενο τμιμα. Σφμφωνα με τθν Ρολιτικι Επιβεβαίωςθσ Λιψθσ, όταν φτάςει ζνα τμιμα δεδομζνων, το οποίο είναι ςτθ ςωςτι ςειρά, θ λαμβάνουςα οντότθτα TCP ζχει δφο επιλογζσ: τθν άμεςθ πολιτικι και τθν ακροιςτικι πολιτικι. Στθν πρϊτθ περίπτωςθ, όταν γίνουν αποδεκτά τα δεδομζνα, μεταδίδεται άμεςα ζνα κενό τμιμα που περιζχει τον κατάλλθλο αρικμό επιβεβαίωςθσ λιψθσ (acknowledgement ack). Ρρόκειται για μία απλι Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 13

19 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 πολιτικι, που όμωσ ςυνεπάγεται επιπρόςκετεσ μεταδόςεισ τεμαχίων. Στθ δεφτερθ περίπτωςθ, όταν γίνουν αποδεκτά τα δεδομζνα, καταγράφεται θ ανάγκθ επιβεβαίωςθσ λιψθσ, αλλά αναμζνεται ζνα εξερχόμενο τμιμα με δεδομζνα πάνω ςτο οποίο κα καταγραφεί θ επιβεβαίωςθ λιψθσ. Θ χριςθ αυτισ τθσ πολιτικισ απαιτεί περιςςότερθ επεξεργαςία ςτο λαμβάνον άκρο. Πταν το TCP ςτζλνει δεδομζνα, ξεκινά ζνα χρονόμετρο. Αν ο χρόνοσ λιξει πριν ζρκει επιβεβαίωςθ, ο αποςτολζασ επαναμεταδίδει τα δεδομζνα. Θ κακυςτζρθςθ ζωσ ότου φτάςουν τα δεδομζνα ςε ζναν προοριςμό και επιςτραφεί επιβεβαίωςθ εξαρτάται από τθν κυκλοφορία ςτο διαδίκτυο κακϊσ και από τθν απόςταςθ μζχρι τον προοριςμό. Το TCP χειρίηεται μία ποικιλία κακυςτεριςεων, οι οποίεσ μπορεί να μεταβάλλονται γριγορα. Θ επαναμετάδοςθ παρουςιάηεται ςτο Σχιμα 6 που ακολουκεί. Αριςτερά ςτο ςχιμα βρίςκεται ο υπολογιςτισ που ςτζλνει δεδομζνα ενϊ δεξιά αυτόσ που λαμβάνει. Ο χρόνοσ εξελίςςεται προσ τα κάτω και ο αποςτολζασ επαναμεταδίδει τα χαμζνα δεδομζνα. Ο μθχανιςμόσ επαναμετάδοςθσ επιτρζπει ςτο TCP να χειρίηεται τθν επικοινωνία μζςω οποιουδιποτε διαδικτφου, κακϊσ και ςε πολλζσ εφαρμογζσ να επικοινωνοφν ταυτόχρονα. Υπολογιςτισ Α Υπολογιςτισ Β αποςτολι μθνφματοσ 1 λιψθ επιβεβαίωςθσ 1 αποςτολι μθνφματοσ 2 λιψθ επιβεβαίωςθσ 2 αποςτολι μθνφματοσ 3 λιξθ χρόνου επαναμετάδοςθσ επαναμετάδοςθ μθνφματοσ 3 λιψθ επιβεβαίωςθσ 3 λιψθ μθνφματοσ 1 αποςτολι επιβεβαίωςθσ 1 λιψθ μθνφματοσ 2 αποςτολι επιβεβαίωςθσ 2 Το πακζτο χάνεται λιψθ μθνφματοσ 3 αποςτολι επιβεβαίωςθσ 3 Σχιμα 6: Ραράδειγμα επαναμετάδοςθσ [4] Πρωτόκολλο Μεταφοράσ UDP Το Ρρωτόκολλο Αυτόνομων Ρακζτων (User Datagram Protocol UDP), είναι ζνα αςυνδεςμικό πρωτόκολλο, το οποίο προορίηεται για εφαρμογζσ που δε χρειάηονται τθν Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 14

20 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 παράδοςθ πακζτων με τθ ςωςτι ςειρά ι τον ζλεγχο ροισ, μιασ και παρζχουν τουσ δικοφσ τουσ μθχανιςμοφσ. Θ παράδοςθ και θ προςταςία από αντίγραφα δεν είναι εξαςφαλιςμζνεσ. Ωςτόςο, αυτό μειϊνει τθν επιβάρυνςθ του πρωτοκόλλου και μπορεί να είναι επαρκζσ ςε αρκετζσ περιπτϊςεισ. Το UDP κάκεται πάνω από το IP και επειδι είναι χωρίσ ςφνδεςθ ζχει πολφ λίγα να κάνει. Ουςιαςτικά, προςκζτει μία δυνατότθτα διευκυνςιοδότθςθσ κυρϊν ςτο IP. Σε αυτό το πρωτόκολλο ορίηεται το αυτοδφναμο πακζτο IP (datagram) ωσ πακζτο διαδικτφου. Το αυτοδφναμο πακζτο αρχίηει με μία επικεφαλίδα και ακολουκεί μία περιοχι δεδομζνων. Θ ποςότθτα των δεδομζνων που μεταφζρεται δεν είναι ςτακερι, αλλά κακορίηεται από τθν εκάςτοτε εφαρμογι. Θ δυνατότθτα να ποικίλλει το μζγεκοσ των αυτοδφναμων πακζτων κάνει το πρωτόκολλο προςαρμόςιμο ςε διαφορετικζσ εφαρμογζσ. Τα αυτοδφναμα πακζτα διατρζχουν ζνα διαδίκτυο ακολουκϊντασ μία διαδρομι από τον αποςτολζα μζχρι τον παραλιπτθ μζςω δρομολογθτϊν (routers). Κάκε ενδιάμεςοσ δρομολογθτισ, λαμβάνει το αυτοδφναμο πακζτο, εξάγει τθ διεφκυνςθ προοριςμοφ και τθ χρθςιμοποιεί για να προςδιορίςει το επόμενο άλμα του πακζτου. Στθ ςυνζχεια, ο δρομολογθτισ προωκεί το αυτοδφναμο πακζτο ςτο επόμενο άλμα, το οποίο είναι είτε άλλοσ δρομολογθτισ, είτε ο τελικόσ προοριςμόσ. Θ επικεφαλίδα του UDP περιγράφεται ςτο Σχιμα 7. Ππωσ φαίνεται, περιλαμβάνει μία κφρα πθγισ και μία κφρα προοριςμοφ. Το πεδίο μικουσ περιζχει το μικοσ ολόκλθρου του τμιματοσ UDP, περιλαμβάνοντασ τθν επικεφαλίδα και τα δεδομζνα. Το πεδίο ακροίςματοσ ελζγχου είναι προαιρετικό και αν δεν χρθςιμοποιείται τίκεται ςτο μθδζν. Εάν ανιχνευκεί ςφάλμα, το τμιμα απορρίπτεται χωρίσ να λαμβάνεται καμία επιπλζον ενζργεια. Bit: Κφρα πθγισ Κφρα προοριςμοφ Μικοσ Άκροιςμα ελζγχου Σχιμα 7: Επικεφαλίδα UDP [3]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 15

21 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Μετάδοςθ Δεδομζνων Τα δεδομζνα μεταφζρουν πλθροφορία. Θ θλεκτρικι ι θλεκτρομαγνθτικι αναπαράςταςθ των δεδομζνων ονομάηεται ςιμα. Το ςιμα διακρίνεται ςε αναλογικό και ψθφιακό. Το αναλογικό ςιμα (π.χ. φωνι) παίρνει ςυνεχείσ τιμζσ ςε κάποιο διάςτθμα, ενϊ το ψθφιακό ςιμα παίρνει διακριτζσ τιμζσ (π.χ. κείμενο). Θ μετάδοςθ των δεδομζνων είναι θ διάδοςθ και θ επεξεργαςία των ςθμάτων. Μία μετάδοςθ μπορεί να είναι μονόδρομθ (simplex), θμιαμφίδρομθ (half duplex) ι αμφίδρομθ (duplex). Στθν πρϊτθ περίπτωςθ, τα ςιματα μεταδίδονται προσ μία μόνο κατεφκυνςθ, ςτθ δεφτερθ, μποροφν να εκπζμπουν και οι δφο ςτακμοί, αλλά μόνο ζνασ κάκε φορά, ενϊ ςτθν τρίτθ περίπτωςθ και οι δφο ςτακμοί μποροφν να εκπζμπουν ταυτόχρονα. Θ μετάδοςθ δεδομζνων μεταξφ ενόσ πομποφ και ενόσ δζκτθ επιτυγχάνεται πάνω από κάποιο μζςο μεταφοράσ, όπου θ επικοινωνία γίνεται με θλεκτρομαγνθτικά κφματα. Διακρίνονται τα κακοδθγοφμενα μζςα (guided media), ςτα οποία τα κφματα οδθγοφνται πάνω από ζνα φυςικό μονοπάτι (π.χ ομοαξονικό καλϊδιο, οπτικι ίνα) και τα μθ κακοδθγοφμενα μζςα (unguided media), που προςφζρουν ζνα μζςο για τθ μετάδοςθ των κυμάτων, χωρίσ όμωσ να τα οδθγοφν (π.χ. αζρασ, κενό). Ζνα κακοδθγοφμενο μζςο, το οποίο παρζχει απευκείασ ηεφξθ μεταξφ δφο ςυςτθμάτων, ονομάηεται ςθμείο προσ ςθμείο (point-to-point). Ζνα θλεκτρομαγνθτικό ςιμα, το οποίο κεωρείται ωσ ςυνάρτθςθ του χρόνου, μπορεί να είναι είτε ςυνεχζσ είτε διακριτό. Το ςυνεχζσ ςιμα, μεταβάλλει τθν ζνταςι του ομαλά με το χρόνο, ενϊ το διακριτό ςιμα, διατθρεί τθν ζνταςι του ςτακερι για μία χρονικι περίδο και μετά τθν αλλάηει ςε μία, αλλά ςτακερι τιμι για τθν επόμενθ χρονικι περίοδο. Ραράδειγμα ςυνεχοφσ και διακριτοφ ςιματοσ, αντίςτοιχα, φαίνεται ςτο Σχιμα 8. Ρεριοδικό είναι το ςιμα ςτο οποίο το ίδιο μοτίβο επαναλαμβάνεται ςτο χρόνο. Ο χρόνοσ που χρειάηεται για να κάνει μία επανάλθψθ, ονομάηεται περίοδοσ (Τ). Ο ρυκμόσ με τον οποίο το ςιμα επαναλαμβάνεται ονομάηεται ςυχνότθτα (f) και μετριζται ςε κφκλουσ ανά δευτερόλεπτο ι Hertz (Hz). Λςχφει θ ςχζςθ Τ = 1/f. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 16

22 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Ρλάτοσ (Volts) Ρλάτοσ (Volts) Συνεχζσ Χρόνοσ Διακριτό Χρόνοσ Σχιμα 8: Συνεχζσ και Διακριτό ςιμα [3]. Το φάςμα ενόσ ςιματοσ είναι το εφροσ των ςυχνοτιτων που περιζχει το ςιμα αυτό. Το απόλυτο εφροσ ηϊνθσ ενόσ ςιματοσ είναι το εφροσ φάςματοσ. Ρολλά ςιματα ζχουν άπειρο εφροσ ηϊνθσ, παρόλα αυτά, θ περιςςότερθ ενζργεια περικλείεται ςε ζνα ςχετικά ςτενό εφροσ ςυχνοτιτων, το οποίο ονομάηεται ενεργό εφροσ ηϊνθσ ι απλά εφροσ ηϊνθσ. Μία ςυνιςτϊςα μθδενικισ ςυχνότθτασ είναι ζνα ςυνεχζσ ρεφμα και ονομάηεται ςθνεχισ (dc) ςυνιςτϊςα χζςθ μεταξφ Ρυκμοφ Δεδομζνων και Εφρουσ Ηώνθσ Κάκε ςφςτθμα μετάδοςθσ (πομπόσ-μζςο-δζκτθσ) που χρθςιμοποιείται μπορεί να αξιοποιιςει μόνο ζνα περιοριςμζνο εφροσ ςυχνοτιτων του ςιματοσ, περιορίηοντασ το εφροσ ηϊνθσ. Ζτςι, περιορίηεται ο ρυκμόσ των δεδομζνων, που μπορεί να μεταφερκεί από το μζςο μετάδοςθσ. Για οποιοδιποτε μζςο, όςο μεγαλφτερο είναι το εφροσ ηϊνθσ τόςο μεγαλφτερο είναι το κόςτοσ. Άρα, οικονομικοί λόγοι υπαγορεφουν τθν αναπαράςταςθ τθσ πλθροφορίασ με ςιμα περιοριςμζνου εφρουσ ηϊνθσ. Από τθν άλλθ μεριά, ο περιοριςμόσ του εφρουσ ηϊνθσ οδθγεί ςε παραμορφϊςεισ με αποτζλεςμα να γίνεται δυςκολότερθ θ ερμθνεία του Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 17

23 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 ςιματοσ από το δζκτθ. Πςο περιςςότερο περιορίηεται το εφροσ ηϊνθσ, τόςο μεγαλφτερθ γίνεται θ παραμόρφωςθ και θ πικανότθτα να λθφκοφν λάκοσ δεδομζνα ςτον δζκτθ. Μία άμεςθ ςχζςθ που προκφπτει μεταξφ του ρυκμοφ των δεδομζνων και του εφρουσ ηϊνθσ είναι θ αφξθςθ του εφρουσ ηϊνθσ να οδθγεί ςε αφξθςθ του ρυκμοφ των δεδομζνων. Λςχφει και το αντίςτροφο, δθλαδι, όςο μεγαλφτεροσ είναι ο ρυκμόσ αφξθςθσ των δεδομζνων ενόσ ςιματοσ, τόςο μεγαλφτερο είναι το εφροσ ηϊνθσ του. Ραλμοί πριν τθ μετάδοςθ Ραλμοί μετά τθ μετάδοςθ Εφροσ ηϊνθσ 1300 Hz Εφροσ ηϊνθσ 1700 Hz Εφροσ ηϊνθσ 2500 Hz Εφροσ ηϊνθσ 4000 Hz Σχιμα 9: Επίδραςθ του Εφρουσ Ηϊνθσ ςε ζνα Ψθφιακό Σιμα [3]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 18

24 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Στο Σχιμα 9 παρουςιάηεται μία ψθφιακι ακολουκία bit με ρυκμό δεδομζνων 2000 bit ανά δευτερόλεπτο. Με ζυροσ ηϊνθσ 2500 Hz, ι ακόμα και 1700 Hz, θ αντιπροςϊπευςθ είναι αρκετά καλι φάλματα κατά τθ Μετάδοςθ Ζνα λαμβανόμενο ςιμα μπορεί να διαφζρει από το ςιμα που αρχικά εξεπζμφκθ. Το γεγονόσ αυτό οφείλεται ςε διάφορα ςφάλματα που μποροφν να ςυμβοφν κατά τθ μετάδοςθ. Αν πρόκειται για αναλογικό ςιμα, ζνα ςφάλμα ςθμαίνει υποβάκμιςθ τθσ ποιότθτάσ του, ενϊ αν το ςιμα είναι ψθφιακό και θ τιμι ενόσ bit είναι 1 τότε, λόγω του ςφάλματοσ, μπορεί να αλλάξει ςε 0. Μερικά από τα πιο ςθμαντικά ςφάλματα ςτθ μετάδοςθ είναι θ εξαςκζνιςθ, θ παραμόρφωςθ κακυςτζρθςθσ και ο κόρυβοσ. Θ ζνταςθ ενόσ ςιματοσ μειϊνεται ςε ςχζςθ με τθν απόςταςθ πάνω από οποιοδιποτε μζςο μετάδοςθσ, με λίγα λόγια, το ςιμα εξαςκενεί. Για μία ηεφξθ ςθμείο προσ ςθμείο, θ ζνταςθ του ςιματοσ του πομποφ πρζπει να είναι τόςθ ωςτζ να μπορζςει το ςιμα να παραλθφκεί από το δζκτθ κατά τρόπο κατανοθτό χωρίσ όμωσ να υπερφορτϊςει τα κυκλϊματα του πομποφ και του δζκτθ, γεγονόσ το οποίο κα προκαλζςει παραμόρφωςθ. Ρζρα από μία οριςμζνθ απόςταςθ, όπου θ εξαςκζνιςθ γίνεται εξαιρετικά μεγάλθ, χρθςιμοποιοφνται αναμεταδότεσ ι ενιςχυτζσ ςε τακτζσ αποςτάςεισ. Συνεχίηοντασ, θ εξαςκζνιςθ είναι μία αφξουςα ςυνάρτθςθ τθσ ςυχνότθτασ με αποτζλεςμα το ςιμα να λαμβάνεται παραμορφωμζνο. Ρροκειμζνου να υπάρξει εξομάλυνςθ των επιδράςεων τθσ εξαςκζνιςθσ, χρθςιμοποιοφνται πθνία επιμθκφνςεωσ ςτισ τθλεφωνικζσ γραμμζσ, τα οποία αλλάηουν τισ θλεκτρικζσ ιδιότθτεσ τθσ γραμμισ. Μία άλλθ προςζγγιςθ είναι να χρθςιμοποιθκοφν ενιςχυτζσ, που ενιςχφουν τισ υψθλζσ ςυχνότθτεσ περιςςότερο από τισ χαμθλζσ. Θ ςχετικι εξαςκζνιςθ ενόσ ςιματοσ μπορεί να μετρθκεί ςε decibels (db) ωσ εξισ: Ζςτω εφαρμόηεται ςτθν είςοδο ζνα ςιμα ςυχνότθτασ 1000Hz και θ ιςχφσ που μετριζται ςτθν ζξοδο είναι P Για οποιαδιποτε άλλθ ςυχνότθτα f επαναλαμβάνεται θ διαδικαςία PF και προκφπτει θ ςχετικι εξαςκζνιςθ N f, ο τφποσ τθσ οποίασ είναι: N f 10log [3] 10. P Στα ψθφιακά ςιματα θ παραμόρφωςθ εξαςκζνιςθσ είναι μικρότερθ αφοφ θ ιςχφσ τουσ μειϊνεται γριγορα με τθ ςυχνότθτα. Επομζνωσ, το μεγαλφτερο μζροσ τθσ ιςχφοσ ςυγκεντρϊνεται κοντά ςτθ κεμελιϊδθ ςυχνότθτα. Θ παραμόρφωςθ κακυςτζρθςθσ προκαλείται από το γεγονόσ ότι θ ταχφτθτα διάδοςθσ ενόσ ςιματοσ μζςω ενόσ μζςου διαφζρει ανάλογα με τθν ποιότθτα. Για ζνα ςιμα με δεδομζνο εφροσ ηϊνθσ, θ ταχφτθτα τείνει να είναι υψθλότερθ κοντά ςτθν κεντρικι ςυχνότθτα και να μειϊνεται ςτα άκρα τθσ ηϊνθσ. Επομζνωσ, οι διάφορεσ ςυνιςτϊςεσ ςυχνότθτασ κα φκάςουν ςτο δζκτθ ςε διαφορετικοφσ χρόνουσ. Ζτςι, ζνα ςιμα 1000 Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 19

25 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 παραμορφϊνεται λόγω των κακυςτεριςεων που δζχεται ςτισ ςυνιςτϊςεσ ςυχνότθτεσ. Θ παραμόρφωςθ κακυςτζρθςθσ είναι ιδιαίτερα κρίςιμθ ςτα ψθφιακά ςιματα. Σε κάκε περίπτωςθ μετάδοςθσ δεδομζνων, το ςιμα που λαμβάνει ο δζκτθσ είναι το ςιμα που εξζπεμψε ο πομπόσ ςυν κάποια ανεπικφμθτα ςιματα, τα οποία αποτελοφν το κόρυβο μεταξφ εκπομπισ και λιψθσ. Ο κόρυβοσ αποτελεί το μεγαλφτερο περιοριςτικό παράγοντα όςον αφορά ςτθν απόδοςθ των επικοινωνιακϊν ςυςτθμάτων και διακρίνεται ςε τζςςερισ κατθγορίεσ: το κερμικό κόρυβο, το κόρυβο ενδιαμόρφωςθσ, τθ ςυνακρόαςθ και τον κρουςτικό κόρυβο. Ο κερμικόσ κόρυβοσ οφείλεται ςτθ κερμικι αναταραχι των θλεκτρονίων, είναι ςυνάρτθςθ τθσ κερμοκραςίασ και απλϊνεται ομοιόμορφα κατά μικοσ του φάςματοσ ςυχνοτιτων. Δεν μπορεί να εξουδετερωκεί και επομζνωσ κζτει ζνα άνω όριο ςτθν απόδοςθ των ςυςτθμάτων. Ο κόρυβοσ ενδοδιαμόρφωςθσ προκφπτει όταν ςιματα ςε διαφορετικζσ ςυχνότθτεσ μοιράηονται το ίδιο μζςο μετάδοςθσ. Θ ςυνακρόαςθ μπορεί να ςυμβεί από θλεκτρικι επαγωγι μεταξφ κοντινϊν ςυνεςτραμμζνων ηευγϊν ι όταν ανεπικφμθτα ςιματα λαμβάνονται από κεραίεσ μικροκυμάτων. Τζλοσ, ο κρουςτικόσ κόρυβοσ αποτελείται από ανϊμαλουσ παλμοφσ ι ακίδεσ ςφντομθσ διάρκειασ και υψθλοφ πλάτουσ και παράγεται από εξωτερικζσ θλεκτρομαγνθτικζσ διαταραχζσ, όπωσ αςτραπζσ ι βλάβεσ ςτα επικοινωνιακά ςυςτιματα. Αποτελεί μικρι ενόχλθςθ για τα αναλογικά δεδομζνα, αλλά είναι θ βαςικι αιτία ςφαλμάτων ςτα ψθφιακά δεδομζνα. Το Σχιμα 10 είναι ζνα παράδειγμα τθσ επίδραςθσ του κορφβου ςε ζνα ψθφιακό ςιμα. Ο κόρυβοσ είναι ζνα ςχετικά μζτριο επίπεδο κερμικοφ κορφβου ςυν περιςταςιακζσ ακίδεσ κρουςτικοφ κορφβου. Τα ψθφιακά δεδομζνα μποροφν να ανακτθκοφν από το ςιμα με δειγματολθψία τθσ λαμβανόμενθσ κυματομορφισ. Ππωσ φαίνεται, ο κόρυβοσ είναι επαρκισ για να αλλάξει ζνα bit από 0 ςε 1. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 20

26 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Σιμα Κόρυβοσ ςυν το Σιμα Δειγματολθψία Ρομπόσ Σχιμα 10: Θ επίδραςθ του Κορφβου ςε ζνα Ψθφιακό Σιμα [3]. Δζκτθσ Εςφαλμζνο bit Χωρθτικότθτα Καναλιοφ Ο μζγιςτοσ ρυκμόσ με τον οποίον τα δεδομζνα μποροφν να μεταδοκοφν πάνω από ζνα ςυγκεκριμζνο κανάλι, υπό οριςμζνεσ ςυνκικεσ, ονομάηεται χωρθτικότθτα του καναλιοφ (channel capacity). Αρχικά, κεωρείται κανάλι το οποίο δεν ζχει κόρυβο. Επομζνωσ, ο περιοριςμόσ ςτο ρυκμό των δεδομζνων είναι απλά το εφροσ ηϊνθσ. Σφμφωνα με τον Nyquist, αν ο ρυκμόσ μετάδοςθσ των δεδομζνων είναι 2B, τότε ζνα εφροσ ηϊνθσ όχι μεγαλφτερο από B είναι επαρκζσ για τθ μετάδοςθ του ςιματοσ. Λςχφει και το αντίςτροφο, για ζνα εφροσ ηϊνθσ ίςο με B, ο μεγαλφτεροσ ρυκμόσ με τον οποίον τα δεδομζνα μποροφν να μεταδοκοφν είναι 2B. Για παράδειγμα, αν μεταδίδεται δυαδικό ςιμα, ο ρυκμόσ δεδομζνων που μπορεί να υποςτθριχτεί από B Hz είναι 2B bps. Αν C θ χωρθτικότθτα του καναλιοφ και M ο αρικμόσ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 21

27 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 των διακριτϊν επιπζδων του ςιματοσ ι τθσ τάςθσ, ιςχφει θ ςχζςθ: C 2Blog 2 M [3]. Με λίγα λόγια, διπλαςιάηοντασ το ζυροσ ηϊνθσ, διπλαςιάηεται και ο ρυκμόσ των δεδομζνων, αν δεν αλλάξει κάποιοσ άλλοσ παράγοντασ. Στθν περίπτωςθ καναλιοφ με κόρυβο, για ςυγκεκριμζνο επίπεδο κορφβου, όςο μεγαλφτεροσ είναι ο ρυκμόσ δεδομζνων, τόςο μεγαλφτεροσ είναι και ο ρυκμόσ ςφαλμάτων. Τότε, ςφμφωνα με το μακθματικό Claude Shannon, αν C θ χωρθτικότθτα του καναλιοφ ςε bit ανά δευτερόλεπτο και B το εφροσ του καναλιοφ ςε Hz, θ μζγιςτθ χωρθτικότθτα του καναλιοφ δίνεται από τθν εξίςωςθ: C B log 1 SNR [3]. Θ βαςικι παράμετροσ θ οποία περιλαμβάνεται ςτον παραπάνω τφπο είναι ο λόγοσ ςιματοσ προσ κόρυβο (Signal to Noise Ratio SNR). Ο SNR μετριζται ςτο δζκτθ, γιατί εκεί γίνεται προςπάκεια για επεξεργαςία του ςιματοσ και αποβολι του κορφβου, εκφράηεται ςε db ύ ή και δίνεται από τθ ςχζςθ: SNR 10log [3]. Ο SNR εφράηει το ποςό db 10 ύ ύ 2 που το ςιμα υπερβαίνει το επίπεδο κορφβου. Ζνασ υψθλόσ SNR ςθμαίνει ζνα υψθλισ ποιότθτασ ςιμα και ζνα χαμθλό αρικμό απαραίτθτων ενδιάμεςων αναμεταδοτϊν. Ο SNR είναι ςθμαντικόσ ςτθ μετάδοςθ ψθφιακϊν ςθμάτων, γιατί κζτει το άνω όριο ςτον επιτεφξιμο ρυκμό δεδομζνων. Ο τφποσ του Shannon ορίηει το κεωρθτικό μζγιςτο που μπορεί να επιτευχκεί. Στθν πράξθ, οι ρυκμοί που επιτυγχάνονται είναι χαμθλότεροι. Αυτό ςυμβαίνει, γιατί ςτον τφπο υποτίκεται λευκόσ κόρυβοσ, ενϊ δε λαμβάνονται υπόψθ ο κρουςτικόσ κόρυβοσ, θ παραμόρφωςθ κακυςτζρθςθσ και θ παραμόρφωςθ εξαςκζνιςθσ Τλικό για Διαμόρφωςθ και Αποδιαμόρφωςθ Θ μετάδοςθ δεδομζνων ςε μεγάλθ απόςταςθ απαιτεί ζναν διαμορφωτι (modulator) και ζναν αποδιαμορφωτι (demodulator). Ο διαμορφωτισ δζχεται μία ακολουκία bit δεδομζνων και διαμορφϊνει ζνα φζρον ςιμα ςφμφωνα με τα bit, ενϊ ο αποδιαμορφωτισ ακολουκεί τθν αντίςτροφθ διαδικαςία. Δζχεται ζνα διαμορφωμζνο φζρον ςιμα και επαναδθμιουργεί τθν ακολουκία των bit δεδομζνων. Για τθν υποςτιριξθ τθσ αμφίδρομθσ επικοινωνίασ, κάκε κζςθ δικτφου απαιτείται να ζχει τόςο ζνα διαμορφωτι για τθ μετάδοςθ των δεδομζνων, όςο και ζναν αποδιαμορφωτι για τθ λιψθ των δεδομζνων. Για να διατθρθκεί χαμθλό το κόςτοσ, αλλά και για εφκολθ εγκατάςταςθ, οι καταςκευαςτζσ ςυνδυάηουν τισ δφο λειτουργίεσ ςε μία ςυςκευι που ονομάηεται μόντεμ (modem modulator & demodulator). Το Σχιμα 11 δείχνει τον τρόπο με τον οποίο χρθςιμοποιοφνται δφο μοντεμ για τθν επικοινωνία δφο υπολογιςτϊν. Ο διαμορφωτισ (Δ) του ενόσ μόντεμ ςυνδζεται με τον αποδιαμορφωτι (Α) του άλλου. Για τθν κάκε ςφνδεςθ χρειάηεται ζνα ηεφγοσ ςυρμάτων. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 22

28 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Υπολογιςτισ Α Δ Δ Υπολογιςτισ Β Α Α μόντεμ μόντεμ Σχιμα 11: Χριςθ δφο μόντεμ για επικοινωνία ςε μεγάλθ απόςταςθ [4]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 23

29 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Μετάδοςθ Πακζτων Τα δίκτυα υπολογιςτϊν, προκειμζνου να επικοινωνιςουν, δε μεταφζρουν τα δεδομζνα με τθ μορφι μιασ ςυνεχοφσ ακολουκίασ από bit, αλλά τα διαιροφν ςε ομάδεσ, που ονομάηονται πακζτα (packets) και ςτζλνονται αυτοτελϊσ. Επειδι χρθςιμοποιοφν τεχνολογία πακζτων, τα δίκτυα υπολογιςτϊν ονομάηονται δίκτυα πακζτων (packet networks) ι δίκτυα μεταγωγισ πακζτων (packet switching networks). Ζνασ από τουσ κυριότερουσ λόγουσ για τον οποίο χρθςιμοποιοφνται τα πακζτα ςτθν επικοινωνία των υπολογιςτϊν, είναι θ ανίχνευςθ ςφαλμάτων. Ο παραλιπτθσ και ο αποςτολζασ είναι απαραίτθτο να εξαςφαλίηουν τθ ςωςτι μετάδοςθ των δεδομζνων. Επομζνωσ, θ υποδιαίρεςθ ςε μικρότερεσ ενότθτεσ διευκολφνει τον εντοπιςμό των αλλοιωμζνων δεδομζνων. Επιπροςκζτωσ, θ χριςθ μικρϊν πακζτων βοθκάει ςτθ δίκαιθ και ςφντομθ πρόςβαςθ των υπολογιςτϊν ςτουσ μεριηόμενουσ πόρουσ επικοινωνίασ. Επειδι τα κυκλϊματα επικοινωνίασ και το υλικό των μόντεμ ζχουν αρκετά μεγάλο κόςτοσ, ςυχνά, επιβάλλεται ςτουσ υπολογιςτζσ να μοιράηονται το ςχετικό υλικό. Θ μετάδοςθ πακζτων εξαςφαλίηει, πωσ κανζνασ υπολογιςτισ δεν μπορεί να κρατιςει το δίκτυο για απεριόριςτο χρόνο και κανζνασ δεν μπορεί να αρνθκεί τθν πρόςβαςθ ςε άλλον υπολογιςτι. Με λίγα λόγια, οι υπολογιςτζσ αξιοποιοφν με τον καλφτερο δυνατό τρόπο τα τθλεπικοινωνιακά αγακά. Το δίκτυο επιτρζπει ςε ζναν υπολογιςτι να ςτείλει ζνα πακζτο και ςτθ ςυνζχεια τον εμποδίηει να ςτείλει ξανά δεδομζνα. Στο διάςτθμα αυτό, ζνασ άλλοσ υπολογιςτισ ζχει δικαίωμα πρόςβαςθσ ςτο δίκτυο, ςτζλνοντασ το δικό του πακζτο και θ διαδικαςία ςυνεχίηεται με τον ίδιο τρόπο. Επειδι το κάκε πακζτο είναι μικρό, δεν υπάρχουν κακυςτεριςεισ προκειμζνου ο κάκε υπολογιςτισ να περιμζνει να αποκτιςει πρόςβαςθ ςτουσ μεριηόμενουσ πόρουσ Σεχνικζσ Πολυπλεξίασ Ζνα δίκτυο, το οποίο επιτρζπει ςε παραπάνω από μία πθγζσ να προςπελάηουν με τθ ςειρά ζναν μεριηόμενο πόρο επικοινωνίασ, υποςτθρίηει μία τεχνικι που ονομάηεται πολυπλεξία ςτο χρόνο (time division multiplexing TDM). Θ τεχνικι TDM που αναπτφχκθκε αποκλειςτικά για τθ μετάδοςθ ψθφιακϊν δεδομζνων, με βάςθ χρονιςμό κοινισ αναφοράσ, ονομάηεται ςφγχρονθ πολυπλεξία. Τα πακζτα μεταδίδονται κατά ομάδεσ οι οποίεσ ονομάηονται πλαίςια (frames), το μικοσ των οποίων (frame size) κακϊσ και ο ρυκμόσ μετάδοςθσ τουσ (frame rate) παραμζνει ςτακερόσ. Κάκε διαδοχικι κζςθ (frame slot) ςε κάκε ομάδα δίνεται μόνιμα για χριςθ από Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 24

30 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 ζναν ςυγκεκριμζνο υπολογιςτι, επομζνωσ κρίνεται επιτακτικι θ ανάγκθ ςυγχρονιςμοφ του υπολογιςτι με το ρυκμό μετάδοςθσ τθσ ομάδασ. Ο ρυκμόσ μετάδοςθσ τθσ ομάδασ προςδιορίηει τθ χωρθτικότθτα του καναλιοφ επικοινωνίασ και ςυμπίπτει με το ρυκμό μετάδοςθσ των πακζτων. Στθν παραπάνω περίπτωςθ τθσ τεχνικισ TDM, υπάρχει το μειονζκτθμα, πωσ αν ζνασ υπολογιςτισ, όταν ζρκει θ ςειρά του, δεν ζχει πακζτα προσ αποςτολι, τότε θ αντίςτοιχθ χωρθτικότθτα του καναλιοφ παραμζνει αναξιοποίθτθ εισ βάροσ τθσ οικονομίασ του δικτφου. Επομζνωσ, αναπτφχκθκε μία ακόμα τεχνικι, θ οποία επιτρζπει διαδοχικζσ κζςεισ ι ακόμα και ολόκλθρεσ ομάδεσ να διατίκενται ολοκλθρωτικά ςε υπολογιςτζσ που ζχουν να ςτείλουν περιςςότερα πακζτα (burst transmission). Θ τεχνικι αυτι ονομάηεται αςφγχρονθ ι ςτατιςτικι πολυπλεξία ςτο χρόνο (statistical time division multiplexing STDM). Απαραίτθτο για τθν STDM, είναι θ λειτουργία ενόσ μικροχπολογιςτι (ςυγκεντρωτισ concentrator) ο οποίοσ ελζγχει, με κατάλλθλο πρόγραμμα (communication software), τθν κατανομι τθσ διακζςιμθσ χωρθτικότθτασ του καναλιοφ. Χαρακτθριςτικό παράδειγμα τεχνικισ TDM είναι τα τθλεφωνικά δίκτυα. Σφμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα τθσ CCITT (International Telegraph and Telephone Consultative Committee) 30 τθλεφωνικά κανάλια, περιοριςμζνα ςτο φάςμα των 4 KHz, υφίςτανται δειγματολθψία 8000 φορζσ ανά δευτερόλεπτο. Κάκε αναλογικό δείγμα φωνισ διακεκριμενοποιείται ςε 256 επίπεδα τάςθσ, δθλαδι 8 bits ανά δείγμα. Τα 30 αυτά κανάλια, μαηί με ζνα κανάλι για τθ ςθματοδοςία (signaling) και ζνα για τον αυτοζλεγχο (maintenance), αντιςτοιχοφν ςε 32 κζςεισ που μεταφζρονται με κάναλι χωρθτικότθτασ 2048 Mbps. Διατίκενται, με αυτόν τον τρόπο, ςε κάκε κανάλι φωνισ 64Kbps τθσ ςυνολικισ χωρθτικότθτασ του καναλιοφ. Διαγράμματα των τεχνικϊν TDM και STDM απεικονίηονται, αντίςτοιχα, ςτο Σχιμα 12 που ακολουκεί. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 25

31 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Υπολογιςτισ Α Υπολογιςτισ Β Υπολογιςτισ Γ Μ U X A Β Γ A Β Γ κοινό κανάλι εκπομπισ TDM Υπολογιςτισ Α Υπολογιςτισ Β Υπολογιςτισ Γ Μ U X Β Β Γ Γ Γ Γ Α Β κοινό κανάλι εκπομπισ STDM Σχιμα 12: Ρολυπλεξία ςτο Χρόνο και Στατιςτικι Ρολυπλεξία ςτο Χρόνο [5] Σεχνολογίεσ LAN και WAN Μία από τισ πιο διαδεδομζνεσ τεχνολογίεσ δικτφων που αναπτφχκθκαν, είναι αυτι των τοπικϊν δικτφων (Local Area Network LAN). Ρρόκειται για μία οικονομικι τεχνολογία, θ οποία ςτθρίηεται ςτθ κεμελιϊδθ αρχι τθσ δικτφωςθσ υπολογιςτϊν, γνωςτι ωσ τοπικότθτα των αναφορϊν (locality of reference). Σφμφωνα με αυτιν τθν αρχι, ζνασ υπολογιςτισ είναι πιο πικανό να επικοινωνιςει με υπολογιςτζσ που βρίςκονται κοντά του από φυςικι άποψθ παρά με υπολογιςτζσ που είναι μακριά του. Επιπλζον, ζνασ υπολογιςτισ είναι πιο πικανό να επικοινωνιςει με το ίδιο ςφνολο υπολογιςτϊν επανειλθμμζνα. Ζνα τοπικό δίκτυο εκτείνεται ςε ζνα μόνο κτίριο ι ςε μία ομάδα κτιρίων που βρίςκονται ςε κοντινζσ αποςτάςεισ μεταξφ τουσ. Στθν περίπτωςθ που το δίκτυο εκτείνεται ςε τοποκεςίεσ που βρίςκονται ςε πολλζσ πόλεισ, χϊρεσ ι θπείρουσ, ονομάηεται δίκτυο ευρείασ περιοχισ (Wide Area Network WAN). Το βαςικό κριτιριο που διαχωρίηει τισ τεχνολογίεσ ευρείασ περιοχισ από τισ τεχνολογίεσ τοπικϊν δικτφων είναι θ προςαρμοςτικότθτα μεγζκουσ (scalability). Ζνα δίκτυο ευρείασ περιοχισ κα πρζπει να ζχει τθ δυνατότθτα να ςυνδζςει πολλζσ τοποκεςίεσ που Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 26

32 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 βρίςκονται ςε μεγάλεσ γεωγραφικζσ αποςτάςεισ, με κάκε τοποκεςια να ζχει πολλοφσ υπολογιςτζσ, ενϊ ταυτόχρονα κα πρζπει να παρζχει μεγάλθ χωρθτικότθτα για να μποροφν οι υπολογιςτζσ να επικοινωνοφν ταυτόχρονα. Ζνα δίκτυο ευρείασ περιοχισ δε ςυνδζει απευκείασ τον ζναν υπολογιςτι με τον άλλον. Αντίκετα, αποτελείται από πολλοφσ μεταγωγείσ (switches) ςτουσ οποίουσ ςυνδζονται οι υπολογιςτζσ. Ο βαςικόσ θλεκτρονικόσ μεταγωγζασ που χρθςιμοποιείται ονομάηεται μεταγωγζασ πακζτων (packet switch), επειδι μετακινεί ολόκλθρα πακζτα από μία ςφνδεςθ ςε μία άλλθ. Ουςιαςτικά, πρόκειται για ζναν υπολογιςτι που διακζτει επεξεργαςτι και μνιμθ, κακϊσ και ςυςκευζσ ειςόδου/εξόδου, που χρθςιμοποιοφνται για τθν αποςτολι και τθ λιψθ πακζτων. Το Σχιμα 13 δείχνει ζναν πικανό τρόπο για να δθμιουργθκεί ζνα δίκτυο ευρείασ περιοχισ, με τθν αλλθλοςφνδεςθ τεςςάρων μεταγωγζων πακζτων και οχτϊ υπολογιςτϊν. Μεταγωγζασ ςτθν τοποκεςία 1 Μεταγωγζασ ςτθν τοποκεςία 2 Μεταγωγζασ ςτθν τοποκεςία 3 Μεταγωγζασ ςτθν τοποκεςία 4 Σχιμα 13: Ζνα μικρό δίκτυο ευρείασ περιοχισ (WAN) [4]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 27

33 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Σεχνολογίεσ Αςφμμετρου DSL Μία εξαιρετικά ενδιαφζρουςα τεχνολογία για τθν παροχι ψθφιακϊν υπθρεςιϊν είναι θ ψθφιακι ςυνδρομθτικι γραμμι (Digital Subscriber Line DSL). Ρρόκειται για μία τεχνολογία τοπικοφ βρόχου. Με τον όρο τοπικόσ βρόχοσ οι εταιρίεσ παροχισ τθλεπικοινωνιακϊν υπθρεςιϊν ορίηουν τθ ςφνδεςθ του κεντρικοφ τουσ γραφείου (Central Office-CO) με τον τόπο κατοικίασ ι εργαςίασ ενόσ ςυνδρομθτι. Μία από τισ πιο ενδιαφζρουςεσ τεχνολογίεσ xdsl είναι το αςφμμετρο DSL (Asymmetric Digital Subscriber Line ADSL). Ρρόκειται για μία βελτιςτοποιθμζνθ τεχνολογία για ζναν τυπικό χριςτθ, ο οποίοσ λαμβάνει περιςςότερεσ πλθροφορίεσ από όςεσ ςτζλνει. Το ADSL παρζχει ςτουσ ςυνδρομθτζσ υψθλζσ ταχφτθτεσ. Θ αςυμμετρία αφορά ςτο ρυμό μεταφοράσ bit. Το διακζςιμο εφροσ ηϊνθσ διαιρείται με τζτοιο τρόπο, ϊςτε ο ρυκμόσ μεταφοράσ bit να είναι υψθλότεροσ προσ τθ μία κατεφκυνςθ τθσ επικοινωνίασ. Θ κατεφκυνςθ των δεδομζνων τα οποία ρζουν προσ το χριςτθ είναι κακοδικι (downstream), ενϊ αυτι των δεδομζνων που ρζουν από το χριςτθ ανοδικι (upstream). Θ περιςςότερθ κυκλοφορία δεδομζνων που δθμιουργείται είναι κακοδικι, επομζνωσ το εφροσ ηϊνθσ κατανζμεται ζτςι, ϊςτε να παρζχεται υψθλότεροσ ρυκμόσ bit προσ αυτιν τθν κατεφκυνςθ. Το ADSL ζχει τεράςτιο οικονομικό πλεονζκτθμα, μιασ και οι εταιρίεσ παροχισ τθλεπικοινωνιακϊν υπθρεςιϊν μποροφν να παρζχουν ψθφιακζσ υπθρεςίεσ χωρίσ καμία αλλαγι ςτθν καλωδίωςθ του τοπικοφ βρόχου. Είναι ςχεδιαςμζνο να λειτουργεί με τθν ίδια καλωδίωςθ που είχε εγκαταςτακεί εξαρχισ για τθν αναλογικι τθλεφωνικι υπθρεςία. Επίςθσ μπορεί να λειτουργεί ταυτόχρονα με τθν τθλεφωνικι υπθρεςία μζςω των ίδιων ςυρμάτων. Το πλεονζκτθμα τθσ ADSL γίνεται εφικτό με τθ βοικεια μιασ προςαρμοςτικισ τεχνολογίασ. Σφμφωνα με αυτι, δφο ADSL μόντεμ ςυνδζονται ςτθν υπάρχουςα τθλεφωνικι καλωδίωςθ παράλλθλα με τον τρζχοντα αναλογικό εξοπλιςμό. Τα μόντεμ ελζγχουν πολλζσ ςυχνότθτεσ ςτθ γραμμι που βρίςκεται μεταξφ τουσ και επιλζγουν τισ ςυχνότθτεσ και τισ τεχνικζσ διαμόρφωςθσ που δίνουν τα βζλτιςτα αποτελζςματα για τθ ςυγκεκριμζνθ γραμμι. Το αποτζλεςμα αυτισ τθσ προςαρμογισ είναι μία τεχνολογία που μπορεί να προςαρμόηεται ςτισ διαφορετικζσ ςυνκικεσ που επικρατοφν ςτθ γραμμι. Δεν υπάρχει εγγφθςθ ςυγκεκριμζνου ρυκμοφ μεταφοράσ δεδομζνων. Ραρόλα αυτά, το ADSL εγγυάται ότι κα λειτουργεί με τον καλφτερο δυνατό τρόπο, που οι ςυνκικεσ τθσ γραμμισ του επιτρζπουν να εφαρμόςει τισ τεχνικζσ που χρθςιμοποιεί. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 28

34 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Στο Σχιμα 14 που ακολουκεί παρουςιάηονται δφο μόντεμ ADSL ςυνδεδεμζνα ςε ιδθ υπάρχουςα καλωδίωςθ τοπικοφ βρόχου. Τα μόντεμ μποροφν να χρθςιμοποιοφν ζνα ηεφγοσ ςυρμάτων ταυτόχρονα με τθν αναλογικι τθλεφωνικι υπθρεςία κανονικό ηεφγοσ καλωδίων που ςυνδζει τθν κατοικία Μόντεμ ADSL Μόντεμ ADSL κεντρικοφ γραφείου ψθφιακι ςφνδεςθ με τοπικό δίκτυο ψθφιακι ςφνδεςθ με παροχζα υπθρεςιϊν προσ αναλογικό τθλζφωνο προσ τθλεφωνικό μεταγωγζα Σχιμα 14: Σφνδεςθ μόντεμ ADSL [4]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 29

35 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Πακετοποίθςθ Φωνισ Θ επικοινωνία μεταξφ δφο υπλογιςτϊν, όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί, ορίηεται ωσ θ ανταλλαγι δεδομζνων μζςω ενόσ δικτφου. Τα δεδομζνα μεταφζρονται με τθ μορφι πακζτων, ςτα οποία προςαρτάται θ επικεφαλίδα. Στθν περίπτωςθ που τα δεδομζνα είναι ψθφιοποιθμζνθ φωνι, τότε πρόκειται για πακζτα φωνισ Ενκυλάκωςθ Θ διαδικαςία κατά τθν οποία προςαρτάται θ επικεφαλίδα ςτα δεδομζνα καλείται ενκυλάκωςθ. Θ εφαρμογι του αποςτολζα παράγει ζνα μπλοκ δεδομζνων (data) και το περνάει ςτο επίπεδο μεταφοράσ. Το επίπεδο μεταφοράσ, ςτθ ςυνζχεια, προςκζτει μία επικεφαλίδα μεταφοράσ που περιζχει τθν πλθροφορία ελζγχου πρωτοκόλλου. Ο ςυνδυαςμόσ των δεδομζνων από το επόμενο υψθλότερο ςτρϊμα και τθσ πλθροφορίασ ελζγχου, όπωσ ζχει ιδθ οριςτεί, ονομάηεται Μονάδα Δεδομζνων Ρρωτοκόλλου (Protocol Data Unit PDU) και πιο ςυγκεκριμζνα για το επίπεδο μεταφοράσ, PDU μεταφοράσ. Θ επικεφαλίδα ςε κάκε PDU μεταφοράσ περιζχει πλθροφορία ελζγχου, που κα χρθςιμοποιθκεί από το ομότιμο επίπεδο μεταφοράσ (peer transport layer) του παραλιπτθ. Μία τζτοια πλθροφορία είναι και θ πόρτα προοριςμοφ (destination port), θ οποία επιτρζπει ςτο επίπεδο μεταφοράσ του παραλιπτθ που κα λάβει το PDU μεταφοράσ, να γνωρίηει ςε ποιον κα παραδϊςει τα δεδομζνα. Επιπλζον, υπάρχει και ο αρικμόσ ακολουκίασ, προκειμζνου το πρωτόκολλο μεταφοράσ να αρικμεί διαδοχικά μία ςειρά από PDU που ςτζλνει. Ζτςι, αν τα PDU φτάςουν με λανκαςμζνθ ςειρά ςτον προοριςμό τουσ, να μπορζςει θ οντότθτα μεταφοράσ του παραλιπτθ να τα επανατοποκετιςει ςτθ ςωςτι ςειρά. Τζλοσ, υπάρχει και κϊδικασ ανίχνευςθσ ςφαλμάτων. Θ οντότθτα μεταφοράσ του αποςτολζα μπορεί να περιλαμβάνει ζναν κϊδικα που είναι μία ςυνάρτθςθ των περιεχομζνων του υπόλοιπου PDU. Το πρωτόκολλο μεταφοράσ του παραλιπτθ εκτελεί τον ίδιο υπολογιςμό και ςυγκρίνει το αποτζλεςμα με τον κϊδικα που ζλαβε. Αν υπιρξε κάποιο ςφάλμα ςτθ μετάδοςθ κα προκφψει αςυμφωνία και ο παραλιπτθσ μπορεί να απορρίψει το PDU. Το επόμενο βιμα για το επίπεδο μεταφοράσ είναι να περάςει κάκε PDU ςτο επίπεδο δικτφου με οδθγίεσ για να το μεταδϊςει ςτον παραλιπτθ. Σε αυτιν τθν περίπτωςθ, το πρωτόκολλο δικτφου προςκζτει μία επικεφαλίδα δικτφου ςτα δεδομζνα που λαμβάνει από το επίπεδο μεταφοράσ, δθμιουργϊντασ ζνα PDU δικτφου (πακζτο packet). Το PDU δικτφου περιλαμβάνει τθ διεφκυνςθ δικτφου του υπολογιςτι προοριςμοφ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 30

36 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 (destination address) ϊςτε να είναι γνωςτό ςε ποιον υπολογιςτι ςτο δίκτυο κα παραδοκοφν τα δεδομζνα. Πλα τα παραπάνω περιγράφονται ςχθματικά ςτο Σχιμα 15 που ακολουκεί. Εφαρμογι Δεδομζνα Δεδομζνα Εφαρμογι Μεταφορά Port Port Μεταφορά TPDU Δίκτυο IP Address IP Address Δίκτυο Ρακζτο (Packet) Σχιμα 15: Σχθματικι Ρεριγραφι τθσ Ενκυλάκωςθσ *3]. Ρριν κλείςει αυτι θ ενότθτα κα πρζπει να γίνει αναφορά ςτθν υποδοχι (socket). Μία υποδοχι είναι ζνασ ςφνδεςμοσ αμφίδρομθσ επικοινωνίασ μεταξφ δφο προγραμμάτων που τρζχουν ςτο δίκτυο. Θ υποδοχι είναι οριςμζνθ ςε ζνα νοφμερο πόρτασ (port number) και ςε μία διεφκυνςθ δικτφου (IP Address), ζτςι ϊςτε το επίπεδο μεταφοράσ να αναγνωρίηει τθν εφαρμογι ςτθν οποία τα δεδομζνα είναι προοριςμζνα να αποςταλοφν. Μία υποδοχι απεικονίηεται ςτο Σχιμα 16 που ακολουκεί. IP Address Port Number Data Socket Σχιμα 16: Υποδοχι (Socket). Packet Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 31

37 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Πακζτα Φωνισ και Πρωτόκολλα Μεταφοράσ Τα πακζτα φωνισ μποροφν να υλοποιθκοφν τόςο με ςυνδεςμοςτρεφζσ πρωτόκολλο μεταφοράσ (TCP), όςο και με αςυνδεςμικό πρωτόκολλο (UDP). Σφμφωνα με το UDP, τα δεδομζνα ανταλλάςςονται χωρίσ τθν κακιζρωςθ ςυγκεκριμζνθσ διαδρομισ μεταξφ αποςτολζα και παραλιπτθ. Κατά ςυνζπεια, κάκε πακζτο είναι ανεξάρτθτο και πρζπει να περιζχει ςτθν επικεφαλίδα του, τόςο τθ διεφκυνςθ του αποςτολζα, όςο και αυτιν του παραλιπτθ. Ραρόλα αυτά, το μζγεκοσ τθσ επικεφαλίδασ είναι ςχετικά μικρό. Επιπλζον, πακζτα που προζρχονται από τον ίδιο αποςτολζα, μποροφν να δρομολογθκοφν μζςω διαφορετικϊν κόμβων και να φτάςουν ςτον τελικό τουσ προοριςμό ςε διαφορετικζσ χρονικζσ ςτιγμζσ και με διαφορετικι ςειρά. Τζλοσ, ςε περιπτϊςεισ όπου θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ παρουςιάηει μεγάλθ πτϊςθ, το UDP μπορεί να απορρίψει πακζτα. Θ απόρριψθ των πακζτων ζχει ωσ αποτζλεςμα να μθ δθμιουργοφνται κακυςτεριςεισ και χαςμωδίεσ ςτθν επικοινωνία, γίνεται όμωσ ςε βάροσ τθσ ποιότθτασ τθσ φωνισ (voice quality). Από τθν άλλθ, το TCP κακιερϊνει ςυγκεκριμζνθ διαδρομι μεταξφ των δφο υπολογιςτϊν που επικοινωνοφν και τα πακζτα μεταφζρονται, αποκλειςτικά, μζςω αυτισ. Στον παραλιπτθ τα δεδομζνα λαμβάνονται με τθ ςειρά που αποςτζλλονται και απαλλαγμζνα από ςφάλματα. Οι επικεφαλίδεσ των πακζτων είναι μεγαλφτερου μικουσ. Υποχρζωςθ του TCP είναι να μεταφζρει τα δεδομζνα ακριβϊσ όπωσ του μεταβιβάηονται από τθν εφαρμογι του αποςτολζα, μζχρι και το τελευταίο bit, χωρίσ να απορρίψει κανζνα, όςο μεγάλεσ κι αν είναι οι κακυςτεριςεισ που παρουςιάηονται ςτο υποκείμενο δίκτυο. Με το TCP επιτυγχάνεται αξιόπιςτθ μεταφορά και παράδοςθ των δεδομζνων ςτο δζκτθ (reliable packet delivery), αλλά από τθν άλλθ θ επικοινωνία γίνεται με διακοπζσ όταν παρουςιάηεται πτϊςθ τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ Κακυςτζρθςθ Δικτφου Θ ποιότθτα των υπθρεςιϊν (Quality of Service QoS) ενόσ δικτφου είναι μζγιςτθσ ςθμαςίασ ηιτθμα και εξαρτάται από αρκετοφσ παράγοντεσ, ζνασ από τουσ οποίουσ είναι οι κακυςτεριςεισ (delay) που ςυμβαίνουν. Σφμφωνα με το Διεκνι Οργανιςμό Τθλεπικοινωνιϊν (International Telecommunication Union ITU), κακυςτεριςεισ μζχρι 0.15 δευτερόλεπτα είναι αποδεκτζσ για τισ περιςςότερεσ εφαρμογζσ, ενϊ κακυςτεριςεισ άνω των 0.4 δευτερολζπτων κακιςτοφν τθν εφαρμογι αναποτελεςματικι [6]. Ραρόλα αυτά, ςε ειδικζσ περιπτϊςεισ προςωπικϊν δικτφων τα παραπάνω όρια μποροφν να τροποποιθκοφν. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 32

38 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Ζνασ βαςικόσ λόγοσ κακυςτζρθςθσ είναι θ κακυςτζρθςθ δικτφου (network delay). Ρροκαλείται από το φυςικό μζςο διάδοςθσ, από τα εκάςτοτε πρωτόκολλα που χρθςιμοποιοφνται για τθ μεταφορά των δεδομζνων, από τισ επαναμεταδόςεισ εςφαλμζνων πακζτων και από τισ μνιμεσ (buffers) που χρθςιμοποιοφνται για τθν απαλειφι του τρεμοπαίγματοσ (jitter) ςτθν επικοινωνία. Θ κακυςτζρθςθ του δικτφου επθρεάηει το χρόνο που χρειάηεται ζνα πακζτο φωνισ για να φτάςει ςτον τελικό του προοριςμό, ενϊ θ μεταβολι τθσ κακυςτζρθςθσ (delay jitter) ελζγχει το ρυκμό με τον οποίο γίνεται θ άφιξθ των πακζτων. Με τον όρο μεταβολι τθσ κακυςτζρθςθσ, εννοείται θ μζςθ παρζκκλιςθ από τθ μζςθ κακυςτζρθςθ του δικτφου. Θ εφαρμογι-αποςτολζασ ςτζλνει τα πακζτα φωνισ ανά τακτά χρονικά διαςτιματα, ωςτόςο τα διαδοχικά πακζτα παραλαμβάνονται ςε χρόνουσ που διαφζρουν μεταξφ τουσ. Στο Σχιμα 17 που ακολουκεί, παριςτάνονται τα ίςα χρονικά διαςτιματα μεταξφ των πακζτων ςτθν πλευρά του αποςτολζα και τα άνιςα ςτθν πλευρά του παραλιπτθ. Υπολογιςτισ Α TX Υπολογιςτισ Β RX Internet πακζτο φωνισ κακυςτζρθςθ πακζτων Σχιμα 17: Μεταβολι κακυςτζρθςθσ (delay jitter) [7] Ελαςτικι Μνιμθ Ρροκειμζνου να μειωκεί το τρεμόπαιγμα, είναι απαραίτθτο πακζτα φωνισ, τα οποία φτάνουν ςυντομότερα, να ςυλλζγονται και να περιμζνουν να φτάςουν και τα υπόλοιπα αργοπορθμζνα πακζτα, ϊςτε ςτθ ςυνζχεια να γίνεται θ αναπαραγωγι τουσ ςε ςτακερά χρονικά διαςτιματα και με τθ ςωςτι ςειρά. Θ παραπάνω πρόταςθ υλοποιείται με τθν εφαρμογι μιασ ελαςτικισ μνιμθσ (elastic buffer) που ςυγκρατεί τα πακζτα. Το μζγεκοσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ εξαρτάται τόςο από τθν ανάγκθ μείωςθσ των κακυςτεριςεων, όςο και από τθν ανάγκθ εξάλειψθσ τθσ μεταβολισ τθσ κακυςτζρθςθσ, ςτόχοι αντικρουόμενοι για ζνα δίκτυο. Θ μνιμθ δε κα πρζπει να αδειάηει εντελϊσ, αλλά οφτε και να βρίςκεται ςε κατάςταςθ υπερχείλιςθσ. Στθν περίπτωςθ τθσ άδειασ μνιμθσ διαπιςτϊνεται το φαινόμενο των διακοπϊν ςτθν επικοινωνία. Πςο μικρότερο μζγεκοσ ζχει θ μνιμθ, τόςο μικρότερθ κακυςτζρθςθ παρουςιάηεται ςτθν επικοινωνία, από τθν άλλθ, όςο μεγαλφτερο το μζγεκοσ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 33

39 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 τθσ μνιμθσ, τόςο μικρότερθ είναι θ πικανότθτα να δθμιουργθκοφν διακοπζσ. Στο Σχιμα 18 απεικονίηεται θ λειτουργία τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. ελαςτικι μνιμθ ςτατιςτικόσ ρυκμόσ ειςόδου άδεια μνιμθ γεμάτθ μνιμθ ςτακερόσ ρυκμόσ εξόδου Σχιμα 18: Λειτουργία ελαςτικισ μνιμθσ (elastic buffer) Απώλεια Πακζτων Ακόμα ζνασ ςθμαντικόσ λόγοσ που ςχετίηεται με τθν ποιότθτα τθσ φωνισ, άρα και με τθν ποιότθτα των υπθρεςιϊν που προςφζρει ζνα δίκτυο, είναι θ απϊλεια πακζτων (packet loss). Το φαινόμενο αυτό είναι εξαιρετικά ςυνθκιςμζνο ςτα δίκτυα πακζτων και κάποιοι από τουσ λόγουσ που το δθμιουργοφν μπορεί να είναι τα λάκθ του φυςικοφ μζςου, τα υπερφορτωμζνα δίκτυα κακϊσ και οι ςυγκροφςεισ. Ρακζτα τα οποία χάνονται λόγω ςυμφόρθςθσ ςτο κανάλι, το TCP αναλαμβάνει να τα επαναμεταδϊςει και να τα παραδϊςει ςτον παραλιπτθ χωρίσ ςφάλματα. Θ διαδικαςία ελζγχου ςφαλμάτων είναι απαραίτθτθ για τθν προςταςία απωλειϊν ι καταςτροφισ δεδομζνων και αποτελείται απο δφο ξεχωριςτζσ φάςεισ, τθν ανίχνευςθ ςφαλμάτων και τθν αναμετάδοςθ των δεδομζνων. Στθν πρϊτθ φάςθ ο αποςτολζασ ειςάγει κϊδικα ανίχνευςθσ ςφαλμάτων ςτα δεδομζνα που πρόκειται να μεταδϊςει και ο παραλιπτθσ ελζγχει τθν τιμι του κϊδικα των λαμβανόμενων δεδομζνων. Αν τα δεδομζνα λθφκοφν ςωςτά, ο παραλιπτθσ αποςτζλλει επιβεβαίωςθ (ACK), ενϊ αν ανιχνευκεί ςφάλμα ο παραλιπτθσ απορρίπτει τα δεδομζνα. Αν ο αποςτολζασ δε λάβει επιβεβαίωςθ μζςα ςε ζνα λογικό χρονικό διάςτθμα τότε αναμεταδίδει τα δεδομζνα. Αντίκετα ςτο UDP, χαμζνα πακζτα δεν μεταδίδονται εκ νζου, γεγονόσ το οποίο κάνει ζναν κϊδικα περιςςότερο πολφπλοκο μιασ και ο ςχεδιαςτισ τθσ εφαρμογισ οφείλει να δθμιουργιςει ο ίδιοσ τισ προχποκζςεισ που εξαςφαλίηουν ςυγκεκριμζνα επίπεδα ποιότθτασ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 34

40 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Μζγεκοσ Πακζτου Κλείνοντασ, το μζγεκοσ των πακζτων (packet size) είναι ζνα εξίςου ςθμαντικό ηιτθμα το οποίο πρζπει να μελετθκεί κατά το ςχεδιαςμό ενόσ δικτφου μετάδοςθσ πακζτων. Για κάκε πρωτόκολλο μεταφοράσ υπάρχει ζνα δεδομζνο, ςτακερό μζγεκοσ επικεφαλίδασ, ανεξάρτθτο από το εκάςτοτε μικοσ πακζτου, το οποίο επιςυνάπτεται ςτα δεδομζνα. Πταν για ςυγκεκριμζνο όγκο δεδομζνων οριςτεί ζνα μικρό μζγεκοσ πακζτου τότε, προκειμζνου να γίνει θ μετάδοςθ, κα πρζπει να δθμιουργθκοφν πολλά πακζτα. Μεγάλοσ αρικμόσ πακζτων ςυνεπάγεται μεγάλο αρικμό επικεφαλίδων, άρα μετάδοςθ πλεονάηουςασ πλθροφορίασ, γεγονόσ που οδθγεί ςε ειςαγωγι επιπλζον κακυςτεριςθσ. Από τθν άλλθ, με ζνα μεγάλο πακζτο μεταδίδεται μεγαλφτεροσ όγκοσ χριςιμων δεδομζνων χωρίσ να χρειάηονται επιπλζον επικεφαλίδεσ. Ωςτόςο, για ζνα μεγάλο πακζτο είναι μεγαλφτερθ θ πικανότθτα ςφάλματοσ ςτα δεδομζνα, άρα μεγαλφτερθ θ πικανότθτα επαναμετάδοςθσ του πακζτου, γεγονόσ το οποίο οδθγεί, επίςθσ, ςε κακυςτζρθςθ ςτο δίκτυο. Δεν είναι τυχαία θ χριςθ μεγάλων πακζτων ςτισ περιπτϊςεισ όπου το φυςικό μζςο είναι οπτικι ίνα, αφοφ θ οπτικι ίνα είναι ανκεκτικι ςτο κόρυβο. Αν τα ςφάλματα ςε ζνα κανάλι είναι πολλά, γίνεται επικυμθτι θ χριςθ πακζτων μικροφ μικουσ. Το μικρό μικοσ, μειϊνει τθν πικανότθτα ςφάλματοσ ςτθ μετάδοςθ των δεδομζνων, επομζνωσ, ελαχιςτοποιοφνται οι κακυςτεριςεισ που οφείλονται ςτθν επαναμετάδοςθ εςφαλμζνων πακζτων. Αντίκετα, αν το κανάλι δεν είναι ευάλωτο ςτο κόρυβο, προτιμότερθ είναι θ χριςθ πακζτων μεγάλου μικουσ. Με αυτόν τον τρόπο, ελαχιςτοποιοφνται οι κακυςτεριςεισ που οφείλονται ςτθ μετάδοςθ τθσ πλεονάηουςασ πλθροφορίασ. Ρροκείμενου να υπολογιςτεί το βζλτιςτο μικοσ πακζτου για ζνα δεδομζνο κανάλι L γίνεται χριςθ του τφπου R bps. Ππου: X ARQ R: ρυκμαπόδοςθ (throughput), το ποςοςτό των επιτυχϊσ μεταδιδόμενων δεδομζνων ςε ςυγκεκριμζνο χρόνο (bits per second bps). L: μικοσ πακζτου (bits). Χ ARQ : ςυνολικόσ αρικμόσ bits που μεταδίδονται μζχρι το πακζτο να παραλθφκεί ςωςτά, απαλλαγμζνο από ςφάλματα. Ακόμα, ιςχφει X mt ARQ. Ππου: MET T m: ο ςυνολικόσ αρικμόσ των εκπομπϊν ενόσ πακζτου. Σε κάκε περίπτωςθ γίνεται τουλάχιςτον μία εκπομπι. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 35

41 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Τ ΜΕΤ : ο χρόνοσ μετάδοςθσ (sec) για τον οποίο ιςχφει χωρθτικότθτα του καναλιοφ (bps). L, με C τθ C Τ Δ : ο χρόνοσ διάδοςθσ (sec). Επομζνωσ L L R. m( ) L m( ) C Για Τ Δ =0 θ ρυκμαπόδοςθ είναι ανεξάρτθτθ του μικουσ του πακζτου και ίςθ με C R. m Για Τ Δ 0, παραγωγίηω τθ ρυκμαπόδοςθ ωσ προσ το μικοσ του πακζτου και από τθ R ςχζςθ 0, βρίςκω το ηθτοφμενο βζλιςτο μικοσ του πακζτου. L Τα παραπάνω μεγζκθ παρουςιάηονται ςτο Σχιμα 19 που ακολουκεί. NACK NACK NACK ACK m=1 m=2 m=3 m=4 t T MET T Δ X ARQ Σχιμα 19: Απεικόνιςθ των μεγεκϊν του τφπου τθσ ρυκμαπόδοςθσ ςτον άξονα του χρόνου [5]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 36

42 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Ψθφιακι Κωδικοποίθςθ Θ ψθφιακι επεξεργαςία ςιματοσ είναι μία τεχνικι κατά τθν οποία μία αναλογικι κυματομορφι αναπαριςτάται με μία ακολουκία δυαδικϊν ψθφίων, δθλαδι με μία ακολουκία bits. Ζνα από τα βαςικά πλεονεκτιματα αυτισ τθσ διαδικαςίασ είναι θ μεγαλφτερθ ανοχι ςτο κόρυβο των ψθφιακϊν ςθμάτων, ζναντι των αναλογικϊν. Συνεχίηοντασ, τα ψθφιακά ςιματα μποροφν ευκολότερα να αναγεννθκοφν (restore) και να αποκθκευτοφν (store), να πολυπλεχκοφν (multiplex) και να πακετοποιθκοφν (packetize). Ζνα από τα ςθμαντικότερα προβλιματα που προκφπτουν κατά τθ διαδικαςία κωδικοποίθςθσ των αναλογικϊν ςθμάτων είναι θ παραμόρφωςθ του ςιματοσ. Επομζνωσ, για τθν παροχι υψθλισ ποιότθτασ υπθρεςιϊν επικοινωνίασ κρίνεται επιτακτικι θ αναγκι περιοριςμοφ τθσ παραμόρφωςθσ ςε όςο το δυνατό μικρότερα ποςοςτά. αναλογικι πθγι φίλτρο δειγματολθψία κωδικοποιθτισ ψθφιακό κανάλι αναλογικόσ προοριςμόσ φίλτρο ανακαταςκευισ αποκωδικοποιθτισ αναλογικό ςιμα ψθφιακό ςιμα Σχιμα 20: Ψθφιακι Επικοινωνία *8]. Στο Σχιμα 20, απεικονίηεται θ διαδικαςία ψθφιακισ επικοινωνίασ μεταξφ ενόσ πομποφ και ενόσ δζκτθ. Ο κωδικοποιθτισ κυματομορφισ (waveform encoder), ο οποίοσ είναι το κφκλωμα που υλοποιεί τθ διαδικαςία τθσ κωδικοποίθςθσ, κακϊσ και ο αποκωδικοποιθτισ κυματομορφισ (waveform decoder) αποτελοφν το κυριότερο κομμάτι του ςχιματοσ (coder + decoder = codec). Δφο από τισ ςθμαντικότερεσ τεχνικζσ κωδικοποίθςθσ είναι θ Ραλμοκωδικι Διαμόρφωςθ (Pulse Code Modulation PCM) κακϊσ και θ Διαφορικι Ραλμοκωδικι Διαμόρφωςθ (Differential Pulse Code Modulation DPCM). Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 37

43 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Κβάντιςθ Κβάντιςθ (quantization) είναι μία μθ αναςτρζψιμθ διαδικαςία μζςω τθσ οποίασ οι ακριβείσ τιμζσ των δειγμάτων ενόσ φαςματικά περιοριςμζνου ςιματοσ προςεγγίηονται με ςυγκεκριμζνεσ τιμζσ πεπεραςμζνου πλικουσ. Μζςω τθσ κβάντιςθσ επιλζγεται ζνα ςφνολο διακριτϊν τιμϊν, που ονομάηονται διαςτιματα (segments) κβάντιςθσ και κάκε δείγμα που εμπίπτει μεταξφ δφο διαςτθμάτων αναπαριςτάται με τθν κεντρικι τιμι του διαςτιματοσ. Θ απόςταςθ μεταξφ δφο διαδοχικϊν διαςτθμάτων ονομάηεται βιμα κβάντιςθσ. Αν θ κβάντιςθ γίνεται με Q bits, τότε ο αρικμόσ των διαςτθμάτων ι, διαφορετικά, ο αρικμόσ των βθμάτων τθσ κβάντιςθσ κα είναι 2 Q. Το εφροσ των τιμϊν που μπορεί να πάρει το δείγμα ονομάηεται δυναμικι περιοχι (Dynamic Range - DR) τθσ κβάντιςθσ και ιςχφει DR100% 2 Q (μθ προςαρμοηόμενθ κβάντιςθ non adaptive quantization). Θ δυναμικι περιοχι, ανάλογα με τισ ανάγκεσ τθσ εφαρμογισ, μπορεί να περιοριςτεί ςε κάποιο ποςοςτό τθσ αρχικισ (προςαρμοηόμενθ κβάντιςθ adaptive quantization). Ζνασ τρόποσ επιλογισ του ποςοςτοφ κατά το οποίο κα περιοριςτεί θ αρχικι δυναμικι περιοχι ορίηεται με βάςθ τθ μζςθ ιςχφ του ςιματοσ, που αποτελεί είςοδο για τον κβαντιςτι. Στο Σχιμα 21 που ακολουκεί, φαίνεται ζνα παράδειγμα μθ προςαρμοηόμενθσ κβάντιςθσ με ακρίβεια Q=3 bits. Επομζνωσ, το πλικοσ των διαςτθμάτων τθσ κβάντιςθσ είναι 2 3 =8 και το βιμα τθσ κβάντιςθσ είναι Δ=1. Θ ςτρογγυλοποίθςθ που πραγματοποιείται κατά τθ διαδικαςία τθσ κβάντιςθσ οδθγεί ςε αναπόφευκτο ςφάλμα, με αποτζλεςμα να είναι αδφνατθ θ ανακαταςκευι του αρχικοφ ςιματοσ. Με όςο περιςςοτζρα bits γίνεται θ κβάντιςθ, τόςο λιγότερθ παραμόρφωςθ ειςάγεται και κατά ςυνζπεια είναι λιγότεροσ ο κόρυβοσ κβάντιςθσ. Επιπλζον, με ίδιασ ακρίβειασ κβαντιςτι, θ ποιότθτα του ιχου είναι καλφτερθ όταν θ αρχικι δυναμικι περιοχι περιορίηεται κατά ζνα ποςοςτό. Θ καμπφλθ τθσ παραμόρφωςθσ (D) ςε ςχζςθ με των αρικμό των bits (Q) παρουςιάηεται ςτο Σχιμα 22 και βαςίηεται ςτισ αρχζσ τθσ Κεωρίασ «υκμοφ - Ραραμόρφωςθσ» (Rate Distortion Theory). Θ Κεωρία «υκμοφ Ραρομόρφωςθσ» αποτελεί τμιμα τθσ Κεωρίασ Ρλθροφοριϊν και αναπτφχκθκε από το μακθματικό Claude Shannon. Σφμφωνα με τισ αρχζσ, δίνονται τα κεωρθτικά όρια του πλικουσ των bits ανά δείγμα, τα οποία μποροφν να μεταδοκοφν πάνω από ζνα κανάλι επικοινωνίασ ζτςι ϊςτε το ςιμα ειςόδου να ανακαταςκευαςτεί ςτθν πλευρά του δζκτθ με τθ μικρότερθ δυνατι παραμόρφωςθ. Για τθν παραμόρφωςθ ι αλλιϊσ το ςφάλμα κβάντιςθσ ιςχφει ο τφποσ Επίςθσ, ιςχφει ο τφποσ SNR B 2 d 10log x [8]. Ππου: 2 q 2 D q. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 38

44 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 SNR (db): λόγοσ ιςχφοσ του ςιματοσ προσ τθν ιςχφ του κορφβου κβάντιςθσ (Signal to quantization Noise Ratio SNR). Πςο καλφτερθ είναι θ ποιότθτα του ιχου που αναπαράγεται, τόςο μεγαλφτεροσ είναι ο δείκτθσ SNR. ς x 2 : θ διακφμανςθ του δείγματοσ. ς q 2 : θ διακφμανςθ του κορφβου κβάντιςθσ. V τιμζσ δειγμάτων t V κβαντιςμζνεσ τιμζσ Σχιμα 21: Κβάντιςθ. t D D (Q) Σχιμα 22: Ραραμόρφωςθ κβάντιςθσ. Q Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 39

45 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Να ςθμειωκεί, επίςθσ, πωσ ςφμφωνα με κεωρθτικζσ εκτιμιςεισ, οι τιμζσ του πλάτουσ των δειγμάτων ακολουκοφν κανονικι κατανομι. Στο ακόλουκο Σχιμα 23, ο άξονασ των x απεικονίηει τισ τιμζσ που λαμβάνει το πλάτοσ του ςιματοσ, ενϊ ο άξονασ των y παρουςιάηει τθ ςυχνότθτα ι τθν πικανότθτα εμφάνιςθσ των τιμϊν αυτϊν, κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ τθσ πθγισ πλθροφορίασ. Επιπλζον, το 99.7% των δειγμάτων βρίςκεται ςε απόςταςθ το πολφ ζωσ 3ς από τθ μζςθ τιμι. Το 95% των δειγμάτων βρίςκεται ςε απόςταςθ το πολφ ζωσ 2ς από τθ μζςθ τιμι. Θ μεταβλθτι ς, ορίηει τθν τυπικι απόκλιςθ και εκφράηει τθ μζςθ ιςχφ του ςιματοσ. P(x) μ-3ς μ-2ς μ μ+2ς μ+3ς x DR 95% = 4ς DR 99.7% = 6ς DR 100% = 2 Q Σχιμα 23: Ροςοςτό Δειγμάτων ςε Κάκε Διάςτθμα Κβάντιςθσ *9]. Ο λόγοσ ςιματοσ προσ κόρυβο μεγαλϊνει όςο μεγαλϊνει το πλάτοσ του ςιματοσ. Επομζνωσ, ζνασ ομοιόμορφοσ γραμμικόσ κβαντιςτισ, με μικοσ βιματοσ ίδιο για όλα τα πλάτθ του ςιματοσ, δίνει πολφ καλό λόγο για μεγάλα πλάτθ. Αντίκετα, δεν είναι αποδοτικόσ για μικρά πλάτθ. Σε χονδροειδι κβάντιςθ (course quantization) το βιμα κβάντιςθσ είναι μεγάλο και κατά ςυνζπεια, μικρζσ τιμζσ του δείγματοσ αποκτοφν τθν ίδια κβαντιςμζνθ τιμι, αφοφ εμπίπτουν ςτο ίδιο διάςτθμα κβάντιςθσ. Συνεπϊσ, μακρζσ περίοδοι χαμθλισ ςυχνότθτασ ςιματοσ κα εμφανίηουν ςυνεχϊσ τθν ίδια κβαντιςμζνθ τιμι. Ραρουςία ίδιασ τιμισ ςιματοσ για μεγάλεσ περιόδουσ του χρόνου, ςυνεπάγεται παρουςία μόνο DC ςυνιςτϊςασ, θ οποία αποκόπτεται λόγω τθσ AC ςφξευξθσ (AC coupling) που υπάρχει μεταξφ τελικισ βακμίδασ του ενιςχυτι και του μεγαφϊνου. Για αυτόν το λόγο, θ χονδροειδισ κβάντιςθ οδθγεί ςε μεγάλθ παραμόρφωςθ τα αςκενι ςιματα ενϊ αποδίδει καλφτερα τα ιςχυρά. Με τον περιοριςμό τθσ αρχικισ δυναμικισ περιοχισ υλοποιείται λεπτομερζςτερθ κβάντιςθ (fine quantization) των ςθμάτων μικροφ πλάτουσ, ωςτόςο, αποκόπτονται εντελϊσ τα ιςχυρά ςιματα. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 40

46 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Θ ανκρϊπινθ φωνι κατά κφριο λόγο κυμαίνεται πιο ςυχνά ςε χαμθλά πλάτθ και πιο ςπάνια ςε υψθλά πλάτθ. Για τουσ παραπάνω λόγουσ, θ κβάντιςθ βελτιςτοποιείται όταν γίνεται ςε τμιμα μικρότερο τθσ αρχικισ δυναμικισ περιοχισ, διότι το μικοσ του βιματοσ κβάντιςθσ γίνεται ςυγκρίςιμο με τισ αςκενείσ τιμζσ του ςιματοσ Παλμοκωδικι Διαμόρφωςθ Κατά τθν παλμοκωδικι διαμόρφωςθ ι διαμόρφωςθ PCM, τα προσ μετάδοςθ δείγματα ενόσ ςιματοσ υφίςτανται κβάντιςθ και κωδικοποίθςθ. Σφμφωνα με τθ διαδικαςία τθσ κωδικοποίθςθσ κάκε δείγμα αναπαριςτάται με ζνα δυαδικό αρικμό που ονομάηεται κωδικι λζξθ. Κάκε κωδικι λζξθ αποτελείται από Q δυαδικά ψθφία (bits) που λαμβάνουν τισ τιμζσ 0 ι 1. Θ ςυςκευι θ οποία αναλαμβάνει να δϊςει ςτθν ζξοδό τθσ, τθν ψθφιακι αναπαράςταςθ μιασ αναλογικισ κυματομορφισ ονομάηεται μετατροπζασ αναλογικό ςε ψθφιακό (Analog to Digital Converter ADC). Αν θ τιμι του δείγματοσ αναπαραςτακεί με ακρίβεια Q bits ανά δείγμα, τότε ςτο δεκαδικό ςφςτθμα το δείγμα κα είναι ζνασ αρικμόσ ςτο πεδίο *0,2 Q ), αν πρόκειται για μθ Q 2 προςθμαςμζνουσ αρικμοφσ, ι ζνασ αρικμόσ ςτο πεδίο *, 2 Q ), αν πρόκειται για 2 2 προςθμαςμζνουσ αρικμοφσ. Στθ ςυνζχεια, τα bits παριςτάνονται με παλμοφσ ςυγκεκριμζνθσ διάρκειασ. V τιμζσ δειγμάτων t δυαδικόσ κϊδικασ αναπαράςταςθ με παλμοφσ Σχιμα 24: PCM διαμόρφωςθ [10]. t Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 41

47 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Στο Σχιμα 24 απεικονίηονται τα ςτάδια τθσ PCM διαμόρφωςθσ. Αρχικά, γίνεται θ δειγματολθψία του αναλογικοφ ςιματοσ, ακολουκεί θ κωδικοποίθςθ των δειγμάτων και τζλοσ, γίνεται θ αναπαράςταςθ των κωδικϊν λζξεων με παλμοφσ. Στθ διαδικάςια του ςχιματοσ υπάρχει ακρίβεια των 3 bits ανά δείγμα. Για τθν αναπαραγωγι του αρχικοφ ςιματοσ θ διαδικαςία τθσ αποδιαμόρφωςθσ εφαρμόηεται με τθν αντίςτροφθ φορά. Οι ςυςκευζσ οι οποίεσ παράγουν αναλογικό ςιμα από ψθφιακά δεδομζνα ονομάηονται μεταρτοπείσ ψθφικό ςε αναλογικό (Digital to Analog Converter DAC). Ζνασ DAC παράγει ςτθν ζξοδό του μία τιμι τάςθσ, θ οποία αντιπροςωπεφει τθ διακριτι τιμι που παρουςιάςτθκε ςτθν είςοδό του. Το αναλογικό ςιμα ςτθν ζξοδο του αποκωδικοποιθτι ζχει ζνα ςθμαντικό ποςό ενζργειασ υψθλισ ςυχνότθτασ. Ρροκειμζνου να απομακρυνκοφν από το ςιμα που κα φτάςει ςτο δζκτθ οι ανεπικφμθτεσ ςυχνότθτεσ, το ςιμα περνάει από αναλογικά φίλτρα, τα οποία αποκόπτουν τισ ςυχνότθτεσ που βρίςκονται ζξω από τα επικυμθτά όρια Διαφορικι Παλμοκωδικι Διαμόρφωςθ Κατά τθ διαμόρφωςθ PCM τα δείγματα τθσ φωνισ είναι ανεξάρτθτα. Στθν πραγματικότθτα όμωσ, αυτι θ παραδοχι δεν ιςχφει. Αντίκετα, ζχει αποδειχκεί ότι διαδοχικά δείγματα φωνισ ζχουν μεγάλο ςυντελεςτι ςυςχζτιςθσ. Αυτό ςθμαίνει πωσ κωδικοποιϊντασ κάκε δείγμα ανεξάρτθτα από το προθγοφμενό του, τελικά μεταδίδεται πλεονάηουςα πλθροφορία. Ζτςι, για πιο αποτελεςματικι χριςθ τθσ χωρθτικότθτασ του καναλιοφ, ζχει υιοκετθκεί θ τεχνικι τθσ διαφορικισ παλμοκωδικισ διαμόρφωςθσ ι διαμόρφωςθ DPCM. Κατά τθν τεχνικι αυτι, κωδικοποιείται θ διαφορά δφο διαδοχικϊν δειγμάτων. Θ ςυχνότθτα δειγματολθψίασ είναι ίδια τόςο ςτθν περίπτωςθ του PCM, όςο και ςτθν περίπτωςθ του DPCM. Ωςτόςο, για τθν αναπαράςταςθ τθσ ίδιασ πλθροφορίασ και τθν αναπαραγωγι τθσ με τθν ίδια ποιότθτα, απαιτοφνται λιγότερα bits ςτθν DPCM διαμόρφωςθ. Επίςθσ, κωδικοποιϊντασ με τον ίδιο αρικμό bits επιτυγχάνεται καλφτερθ ποιότθτα του αναπαραγόμενου ιχου ςτθ DPCM διαμόρφωςθ. Για τθν κωδικοποίθςθ ιςχφει di xi xi 1, ενϊ για τθν αποκωδικοποίθςθ ιςχφει xi di xi 1. Ππου: d i : θ διαφορά δφο διαδοχικϊν δειγμάτων x i : θ τιμι του δείγματοσ τθ χρονικι ςτιγμι i x i-1 : θ τιμι του δείγματοσ τθ χρονικι ςτιγμι i-1 Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 42

48 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Θ διαφορά των δφο διαδοχικϊν δειγμάτων υλοποιείται με τθ βοικεια ενόσ κυκλϊματοσ δειγματολθψίασ και ςυγκράτθςθσ (sample and hold). Το προθγοφμενο δείγμα ςυγκρατείται και μετράται θ διαφορά του με το παρόν δείγμα. Στθ ςυνζχεια θ διαφορά κωδικοποιείται όπωσ και ςτθν περίπτωςθ του PCM. Αξίηει ςε αυτό το ςθμείο να ςθμειωκεί, πωσ οι διαφορικζσ τεχνικζσ είναι ευαίςκθτεσ ςτο κόρυβο. Με το παράδειγμα που ακολουκεί, γίνεται κατανοθτι αυτι θ διαπίςτωςθ. TX x i D i RX D i x i Μεηάδοζη με Θόρυβο RX D i x i Ρίνακασ 1: Ραράδειγμα Ραρουςίασ Κορφβου ςε DPCM. Στον παραπάνω πίνακα πραγματοποιείται θ μετάδοςθ μιασ ακολουκίασ 8 τυχαίων δειγμάτων με διαφορικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ. Για τισ αρχικζσ ςυνκικεσ κεωρείται x 0 =0. Αρχικά, θ μετάδοςθ γίνεται χωρίσ κόρυβο και ςτθ ςυνζχεια παρουςιάηεται κόρυβοσ. Λόγω κορφβου προκφπτει ςφάλμα ςτο τζταρτο δείγμα και θ τιμι του αυξάνεται κατά 1. Το ςφάλμα, όπωσ γίνεται αντιλθπτό, προςτίκεται και ςε όλα τα επόμενα δείγματα. Ραρόλα αυτά, οι διαδοχικζσ μεταβολζσ δε διαφζρουν. Με λίγα λόγια, το ςφάλμα ςε ςτιγμιαία τιμι του διαφορικοφ ςιματοσ ζχει ςαν αποτζλεςμα από εκείνθ τθ ςτιγμι και μετά να Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 43

49 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 μεταβάλλεται θ μζςθ τιμι του ςιματοσ κατά το ςφάλμα. Μεταβολι ςτθ μζςθ τιμι του ςιματοσ ςθμαίνει, κατά Fourier, μεταβολι ςτθ DC ςυνιςτϊςα, ενϊ οι AC ςυνιςτϊςεσ παραμζνουν ανζπαφεσ. Μεταξφ τελικισ βακμίδασ του ενιςχυτι και του μεγαφϊνου υπάρχει ςφηευξθ τφπου AC (AC coupling). Κατά ςυνζπεια, ο πυκνωτισ κόβει τθ DC ςυνιςτϊςα, αφινει μόνο τθν AC ςυνιςτϊςα και ζτςι θ μεταβολι ςτισ τιμζσ του δείγματοσ δε γίνεται αντιλθπτι από το ανκρϊπινο αυτί. 1.7 Δικτυακζσ Εφαρμογζσ Το λογιςμικό των εφαρμογϊν παρζχει υπθρεςίεσ υψθλοφ επιπζδου, οι οποίεσ κακορίηουν τον τρόπο που οι χριςτεσ αντιλαμβάνονται τισ δυνατότθτεσ των χαμθλότερων επιπζδων. Οι εφαρμογζσ κακορίηουν τθ μορφι με τθν οποία εμφανίηονται οι διάφορεσ πλθροφορίεσ, κακϊσ και τουσ μθχανιςμοφσ που ζχουν ςτθ διάκεςι τουσ οι χριςτεσ για να τισ προςπελάςουν. Επιπλζον, οι εφαρμογζσ ορίηουν ςυμβολικά ονόματα, τα οποία χρθςιμοποιοφνται για τθν αναγνϊριςθ των πόρων, όπωσ ονόματα υπολογιςτϊν, ςυςκευϊν ειςόδου/εξόδου, αρχείων, που είναι διακζςιμοι ςε ζνα διαδίκτυο. Με αυτόν τον τρόπο, οι χριςτεσ προςδιορίηουν και εντοπίηουν πλθροφορίεσ χωρίσ να γνωρίηουν τισ διευκφνςεισ χαμθλοφ επιπζδου και τουσ εςωτερικοφσ αρικμοφσ των υπθρεςιϊν που χρθςιμοποιοφνται από τα υποκείμενα επίπεδα Τπόδειγμα Πελάτθ-Διακομιςτι Ζνα δίκτυο παρζχει τθ δυνατότθτα επικοινωνιάσ, χωρίσ όμωσ να κακορίηει ποιοι υπολογιςτζσ επικοινωνοφν και τον τρόπο με τον οποίο αλλθλεπιδροφν. Θ επικοινωνία δφο υπολογιςτϊν μζςω ενόσ δικτφου, απαιτεί τθ ςυνεργαςία δφο προγραμμάτων-εφαρμογϊν. Μία εφαρμογι ςε ζναν υπολογιςτι επιχειρεί να επικοινωνιςει με μία εφαρμογι ςε κάποιον απομακρυςμζνο υπολογιςτι, ενϊ θ μακρινι εφαρμογι απαντά ςτθν ειςερχόμενθ αίτθςθ. Δφο εφαρμογζσ που ςυμμετζχουν ςε μία επικοινωνία δεν μποροφν να περιμζνουν και οι δφο για τθν πραγματοποίθςθ τθσ επικοινωνίασ. Θ μία πρζπει να ξεκινά ενεργθτικά το αίτθμα και θ άλλθ να περιμζνει πακθτικά. Το υπόδειγμα ςτο οποίο μία εφαρμογι περιμζνει πακθτικά να ξεκινιςει τθν επικοινωνία μία άλλθ εφαρμογι, ονομάηεται υπόδειγμα αλλθλεπίδραςθσ πελάτθ-διακομιςτι (client-server paradigm of interaction). Οι όροι πελάτθσ (client) και διακομιςτισ (server) αναφζρονται ςτισ δφο εφαρμογζσ που Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 44

50 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 ςυμμετζχουν ςε μία επικοινωνία. Θ εφαρμογι-διακομιςτισ περιμζνει για τθν επικοινωνία, ενϊ θ εφαρμογι-πελάτθσ είναι υπεφκυνθ για τθν ζναρξθ αυτισ. Γενικά, το λογιςμικό πελάτθ είναι μία οποιαδιποτε εφαρμογι, που γίνεται προςωρινά πελάτθσ όταν χρειάηεται πρόςβαςθ ςε κάποια μακρινι εφαρμογι, αλλά πραγματοποιεί και άλλεσ εργαςίεσ τοπικά. Ακόμα, καλείται άμεςα από ζνα χριςτθ και εκτελείται μόνο για μία ςφνοδο, τοπικά ςτον προςωπικό του υπολογιςτι. Ξεκινάει τθν επικοινωνία με ζναν μόνο απομακρυςμζνο διακομιςτι κάκε φορά, κακϊσ επίςθσ δε χρειάηεται ειδικό υλικό και οφτε προθγμζνο λειτουργικό ςφςτθμα. Από τθν άλλθ πλευρά, το λογιςμικό του διακομιςτι είναι ειδικό, αφιερωμζνο απολειςτικά ςτθν παροχι μιασ μόνο υπθρεςίασ, αλλά μπορεί να εξυπθρετιςει ταυτόχρονα πολλοφσ μακρινοφσ πελάτεσ. Καλείται αυτόματα όταν ξεκινάει ζνα ςφςτθμα και ςυνεχίηει να εκτελείται για πολλζσ ςυνόδουσ. Τζλοσ, εκτελείται ςε ζνα μεριηόμενο υπολογιςτι και απαιτεί ιςχυρό υλικό και προθγμζνο λειτουργικό ςφςτθμα. Μεταξφ ενόσ πελάτθ και ενόσ διακομιςτι, μετά τθν ζναρξθ και τθν αποδοχι μιασ επικοινωνίασ, μποροφν να μεταβιβάηονται πλθροφορίεσ προσ οποιαδιποτε από τισ δφο κατευκφνςεισ, ι και προσ τισ δφο. Συνικωσ, ζνασ πελάτθσ ςτζλνει μία αίτθςθ και ο διακομιςτισ επιςτρζφει μία απόκριςθ. Υπάρχουν όμωσ περιπτϊςεισ όπου ο πελάτθσ ςτζλνει μία ςειρά αιτιςεων και ο διακομιςτισ μία ςειρά αποκρίςεων (π.χ. ζνασ πελάτθσ βάςθσ δεδομζνων μπορεί να επιτρζπει ςτο χριςτθ να αναηθτεί περιςςότερα από ζνα ςτοιχεία κάκε φορά). Επίςθσ, περιπτϊςεισ ςτισ οποίεσ ο διακομιςτισ παρζχει ςυνεχι ζξοδο δεδομζνων χωρίσ να του υποβλθκεί αίτθςθ, απλά με τθν εδραίωςθ τθσ επικοινωνίασ (π.χ. ζνασ τοπικόσ μετεωρολογικόσ διακομιςτισ μπορεί να ςτζλνει ςυνεχϊσ αναφορζσ με τθν τρζχουςα κερμοκραςία). Στο Σχιμα 25 που ακολουκεί, φαίνεται πϊσ ζνασ πελάτθσ και ζνασ διακομιςτισ χρθςιμοποιοφν τα πρωτόκολλα TCP/IP για να επικοινωνιςουν μζςω του Διαδικτφου. Θ εφαρμογι του πελάτθ και του διακομιςτι αλλθλεπιδροφν απευκείασ με το επίπεδο μεταφοράσ για τθν επικοινωνία και τθν αποςτολι ι τθ λιψθ πλθροφοριϊν. Στθ ςυνζχεια, το επίπεδο μεταφοράσ χρθςιμοποιεί τα χαμθλότερα επίπεδα για να ςτείλει ι να λάβει μεμονωμζνα μθνφματα. Σφμφωνα με το πρωτόκολλο TCP, παρζχεται ζνασ μθχανιςμόσ με τον οποίον ζνασ πελάτθσ μπορεί να κακορίςει μονοςιμαντα ποια υπθρεςία κζλει. Ο μθχανιςμόσ αυτόσ αποδίδει ςτθν κάκε υπθρεςία ζνα μοναδικό αναγνωριςτικό και απαιτεί από τον πελάτθ και το διακομιςτι να το χρθςιμοποιοφν κατά τθ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ τουσ. Το μοναδικό αυτό αναγνωριςτικό είναι μία ακζραια τιμι, θ οποία ονομάηεται αρικμόσ κφρασ πρωτοκόλλου (protocol port number). Ζτςι, ζνασ διακομιςτισ κακορίηει τον αρικμό τθσ κφρασ για τθν υπθρεςία που παρζχει και μετά περιμζνει πακθτικά για τθν επικοινωνία. Με τθ ςειρά του ο πελάτθσ, όταν ςτζλνει μία αίτθςθ κακορίηει και τον αρικμό τθσ κφρασ τθσ υπθρεςίασ που κζλει. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 45

51 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Συνεχίηοντασ, ο πελάτθσ καλείται να επιλζξει ζναν τοπικό αρικμό κφρασ, ο οποίοσ δεν ζχει αποδοκεί ςε κάποια άλλθ υπθρεςία. Πταν ο πελάτθσ ςτζλνει ζνα τμιμα TCP πρζπει να τοποκετεί αυτόν τον αρικμό κφρασ ςτο πεδίο κφρα αφετθρίασ (source port) και τον αρικμό κφρασ του διακομιςτι ςτο πεδίο κφρα προοριςμοφ (destination port). Στον υπολογιςτι του διακομιςτι, το TCP χρθςιμοποιεί το ςυνδυαςμό των αρικμϊν κυρϊν αφετθρίασ και προοριςμοφ, κακϊσ και τισ διευκφνςεισ IP του πελάτθ και του διακομιςτι, ωσ αναγνωριςτικό μιασ ςυγκεκριμζνθσ επικοινωνίασ. Ζτςι, μποροφν να μεταβιβάηονται μθνφματα χωρίσ να προκαλείται ςφγχυςθ ωσ προσ τθν προζλευςι τουσ. πελάτθσ διακομιςτισ μεταφορά μεταφορά διαδίκτυο διαδίκτυο διαςφνδεςθσ διαςφνδεςθσ Internet Σχιμα 25: Ρρωτόκολλα μεταφοράσ και αλλθλεπίδραςθ πελάτθ-διακομιςτι *4]. Τζλοσ, οι πελάτεσ και οι διακομιςτζσ μποροφν να χρθςιμοποιοφν είτε ςυνδεςμικά (TCP), είτε αςυνδεςμικά (UDP) πρωτόκολλα μεταφοράσ για να επικοινωνιςουν. Πταν χρθςιμοποιείται ςυνδεςμικι μεταφορά, ο πελάτθσ δθμιουργεί πρϊτα μία ςφνδεςθ προσ ζνα ςυγκεκριμζνο διακομιςτι και ςτθ ςυνζχεια θ ςφνδεςθ παραμζνει ανοιχτι όςο ο πελάτθσ ςτζλνει αιτιςεισ και δζχεται αποκρίςεισ. Πταν ο πελάτθσ κελιςει, κλείνει τθ ςφνδεςθ. Στθν περίπτωςθ τθσ αςυνδεςμικισ μεταφοράσ, διακομιςτισ και π ελάτθσ ανταλλάςςουν μεμονωμζνα μθνφματα. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 46

52 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Διαδικαςία Διαςφνδεςθσ Μία εφαρμογι θ οποία κζλει να επικοινωνιςει με μία άλλθ, πριν ξεκινιςει οποιαδιποτε διαδικάςια κα πρζπει να κακορίςει το αν κα είναι πελάτθσ ι διακομιςτισ κακϊσ και επιπλζον λεπτομζρειεσ. Θ διαςφνδεςθ, τθν οποία χρθςιμοποιεί μία εφαρμογι όταν αλλθλεπιδρά με το πρωτόκολλο μεταφοράσ, ονομάηεται διαςφνδεςθ προγραμματιςμοφ εφαρμογϊν (Application Program Interface API). Ο οριςμόσ μιασ API περιλαμβάνει ζνα ςφνολο διαδικαςιϊν, οι οποίεσ είναι διακζςιμεσ ςτισ εφαρμογζσ, τα ορίςματα που αναμζνει κάκε διαδικαςία και τουσ τφπουσ των δεδομζνων. Αν και υπάρχουν διάφοροι τφποι διαςφνδεςθσ, ζχει κακιερωκεί θ API υποδοχϊν (socket API), ι για ςυντομία υποδοχζσ (sockets). Διαδικαςίεσ υποδοχϊν που καλοφνται από ζνα πρόγραμμα παρζχονται είτε από διαδικαςίεσ του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ, είτε από ρουτίνεσ βιβλιοκικθσ. Ζτςι, μία εφαρμογι που χρθςιμοποιεί υποδοχζσ μπορεί να αντιγραφεί ςε άλλον υπολογιςτι, να μεταγλωττιςτεί, να φορτωκεί μαηί με τθ βιβλιοκικθ υποδοχϊν και μετά να εκτελεςτεί, χωρίσ να αλλάξει ο πθγαίοσ κϊδικασ. Πταν μία εφαρμογι καλεί μία διαδικαςία από τθ βιβλιοκικθ υποδοχϊν, ο ζλεγχοσ περνά ςτθ ρουτίνα τθσ βιβλιοκικθσ, θ οποία πραγματοποιεί μία ι περιςςότερεσ κλιςεισ ςτο υποκείμενο λειτουργικό ςφςτθμα, προκειμζνου να επιτφχει το επικυμθτό αποτζλεςμα. Θ εφαρμογι επικοινωνεί μζςω μιασ υποδοχισ με παρόμοιο τρόπο με εκείνον που μεταφζρει δεδομζνα προσ ι από ζνα αρχείο. Θ επικοινωνία με υποδοχζσ χρθςιμοποιεί τθ μζκοδο των καταςκευαςτϊν (constructor). Ρροκειμζνου να επικοινωνιςει μία εφαρμογι με μία άλλθ κα πρζπει, πρϊτα, να ηθτιςει από το λειτουργικό ςφςτθμα να δθμιουργιςει μία υποδοχι. Κατά τθ δθμιουργία, ορίηεται ο καταςκευαςτισ (constructor), ο οποίοσ προςδιορίηει τθ ςυγκεκριμζνθ υποδοχι. Ζπειτα, καλοφνται ςυναρτιςεισ για να κακοριςτεί, με λεπτομζρειεσ, πϊσ κα χρθςιμοποιθκεί θ υποδοχι. Τζλοσ, θ εφαρμογι χρθςιμοποιεί τον καταςκευαςτι ωσ όριςμα όταν καλεί διαδικαςίεσ για να μεταφζρει δεδομζνα. 1.8 Θ Γλώςςα Προγραμματιςμοφ Java Θ γλϊςςα προγραμματιςμοφ Java (Java Programming Language) ι για ςυντομία Java, είναι από τισ πιο ιςχυρζσ γλϊςςεσ προγραμματιςμοφ. Επινοικθκε από τον προγραμματιςτι James Gosling τθσ Sun Microsystems, ωσ ζνασ καλφτεροσ τρόποσ για τθ δθμιουργία προγραμμάτων υπολογιςτϊν. Ο όροσ Java δεν αποτελεί τα αρχικά λζξεων, είναι απλά το όνομα που επζλεξαν οι δθμιουργοί τθσ γλϊςςασ εμπνευςμζνο από μία ποικιλία καφζ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 47

53 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 Θ Java κατάγεται από τθ γλϊςςα προγραμματιςμοφ C++ και ζχει πολλζσ ςυντακτικζσ και εννοιολογικζσ ομοιότθτεσ με αυτιν. Οι βαςικζσ τουσ διαφορζσ οφείλονται ςτο ότι οι ςχεδιαςτζσ τθσ Java κζλθςαν να κάνουν τον προγραμματιςμό ευκολότερο και τα προγράμματα πιο αξιόπιςτα. Επίςθσ, θ Java χαρακτθρίηεται ωσ γλϊςςα υψθλοφ επιπζδου (high level), δθλαδι είναι ςχεδιαςμζνθ να αποκρφβει τισ λεπτομζρειεσ του υλικοφ. Γλϊςςα αντικειμενοςτραφισ (object oriented), γενικισ χριςθσ, απαιτεί τον οριςμό ενόσ ςυνόλου αντικειμζνων (objects). Οι κλάςεισ (classes) αποτελοφν το βαςικότερο δομικό ςυςτατικό όλων των αντικειμενοςτραφϊν γλωςςϊν προγραμματιςμοφ. Μία κλάςθ είναι μία ομάδα δεδομζνων με οριςμζνεσ λειτουργίεσ για το κακζνα από αυτά. Τα δεδομζνα ονομάηονται μεταβλθτζσ (variables) και οι λειτουργίεσ μζκοδοι (methods). Ζνα από τα προνόμια τθσ Java ζγγυται ςτθν ικανότθτα των κλάςεων να αποκρφπτουν λεπτομζρειεσ, απαλλάςςοντασ το ςχεδιαςτι μιασ εφαρμογισ από τισ λεπτομζρειεσ των χαμθλότερων επιπζδων. Ζνα πρόγραμμα Java μπορεί να γραφεί με τθ βοικεια ενόσ επεξεργαςτι κειμζνου (notepad) και ςτθ ςυνζχεια να μεταγλωττιςτεί (compile) και να εκτελεςτεί (run) με τθ βοικεια τθσ γραμμισ εντολϊν (command line). Ο μεταγλωττιςτισ (compiler) ονομάηεται javac και μεταγλωττίηει τον πθγαίο κϊδικα (source code) ςε γλϊςςα μθχανισ (δυαδικι αναπαράςταςθ - byte code). Ο πθγαίοσ κϊδικασ πρζπει να τελειϊνει με το επίκεμα.java. Ο μεταγλωττιςτισ javac επαλθκεφει αν το πθγαίο πρόγραμμα είναι ςυντακτικά ςωςτό, μεταφράηει το πρόγραμμα ςε αναπαράςταςθ byte code και ςτζλνει τθν ζξοδο ςε ζνα αρχείο με επίκεμα.class. Το αρχείο αυτό είναι το εκτελζςιμο αρχείο και εκτελείται με τθ βοικεια τθσ εντολισ java. Ζνα αρχείο πθγαίου κϊδικα πρζπει να περιζχει ακριβϊσ μία δθμόςια κλάςθ (public class), τθσ οποίασ το όνομα πρζπει να είναι ίδιο με το πρόκεμα του ονόματοσ του αρχείου του πθγαίου κϊδικα. Κάκε ανεξάρτθτο πρόγραμμα, το οποίο είναι γραμμζνο ςε Java, κα πρζπει να ζχει μία κφρια μζκοδο (main() method), που περιζχει όλεσ τισ απαραίτθτεσ ενζργειεσ για να ξεκινιςει. Θ κφρια μζκοδοσ αποτελεί τθν είςοδο τθσ εφαρμογισ, είναι θ πρϊτθ μζκοδοσ θ οποία καλείται. Θ Java ζχει μία εκτεταμζνθ βιβλιοκικθ με δεκάδεσ οριςμοφσ κλάςεων και με περίπου 2000 ξεχωριςτζσ μεκόδουσ. Οι μζκοδοι καλφπτουν ζνα ευρφ φάςμα αναγκϊν, όπωσ είςοδο και ζξοδο αρχείων, χειριςμό εξαιρζςεων (exception) και ςφλλθψθ ςυμβάντων (event). Ανάμεςα ςτα υπόλοιπα χαρακτθριςτικά τθσ, θ Java περιλαμβάνει μία βιβλιοκικθ υποδοχϊν (socket library), τθν οποία χρθςιμοποιεί ζνα πρόγραμμα για να αποκτιςει πρόςβαςθ ςτο Διαδίκτυο. Συγκεκριμζνα, ζνα πρόγραμμα Java μπορεί να γίνει πελάτθσ (client), να χρθςιμοποιιςει το TCP ι το UDP για να ζρκει ςε επαφι με ζναν απομακρυςμζνο διακομιςτι (server). Επιπλζον, θ Java περιλαμβάνει βαςικοφσ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 48

54 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 1 μθχανιςμοφσ οι οποίοι επιτρζπουν ςε ζνα πρόγραμμα να δθμιουργεί ςτθν οκόνθ παράκυρα που περιζχουν κείμενο ι γραφικά. Θ γλϊςςα και το ςφςτθμα χρόνου εκτζλεςθσ (run time environment) τθσ Java ζχουν ςχεδιαςτεί για τθν υλοποίθςθ προγραμμάτων ανεξάρτθτων από το υλικό των υπολογιςτϊν. Πταν ζνα πρόγραμμα μεταγλωττιςτεί ςε αναπαράςταςθ byte code, παράγει ακριβϊσ τθν ίδια ζξοδο ςε οποιοδιποτε υπολογιςτι, όπωσ φαίνεται και ςτο Σχιμα 26. Θ χριςθ μιασ δυαδικισ αναπαράςταςθσ ανεξάρτθτθσ από τον υπολογιςτι και ενόσ μεταγλωττιςτι, κάνει τα προγράμματα Java φορθτά (portable) μεταξφ των διαφόρων αρχιτεκτονικϊν υπολογιςτϊν. Το να διατθροφνται τα προγράμματα ανεξάρτθτα από τον υπολογιςτι είναι απαραίτθτο για τρεισ λόγουσ. Ρρϊτον, οι χριςτεσ του Διαδικτφου ζχουν διαφορετικοφσ τφπουσ υπολογιςτϊν. Θ ανεξαρτθςία επιτρζπει ςε ζνα πρόγραμμα περιιγθςθσ (browser), που εκτελείται ςε οποιοδιποτε υπολογιςτι να κατεβάηει και να εκτελεί ζνα αντίγραφο προγράμματοσ Java. Δεφτερον, εξαςφαλίηεται ότι το πρόγραμμα Java κα παράγει τθ ςωςτι ζξοδο για όλα τα προγράμματα περιιγθςθσ. Τρίτον, είναι δυνατι θ δθμιουργία ενόσ προγράμματοσ για όλουσ τουσ τφπουσ υπολογιςτϊν και όχι διαφορετικϊν εκδόςεων του ίδιου προγραμματοσ, μειϊνοντασ με αυτόν τον τρόπο το κόςτοσ δθμιουργίασ. πθγαίοσ κϊδικασ δυαδικόσ κϊδικασ UNIX PC MAC other Σχιμα 26: Σφςτθμα Χρόνου Εκτζλεςθσ τθσ Java [4]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 49

55 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Κεφάλαιο 2 Ανάπτυξθ Εφαρμογισ 2.1 Δθμιουργία Περιβάλλοντοσ Εργαςίασ Για τθν εκπόνθςθ τθσ εργαςίασ απαραίτθτθ είναι πρϊτα θ δθμιουργία του κατάλλθλου περιβάλλοντοσ προγραμματιςμοφ. Θ διαμόρφωςθ του περιβάλλοντοσ, αρχικά, περιλαμβάνει τθν εγκατάςταςθ του Java Development Kit JDK [11]. Θ δθμιουργία του πθγαίου κϊδικα (source code) γίνεται με τθ βοικεια του επεξεργαςτι κειμζνου (ςθμειωματάριο - notepad) που είναι διακζςιμοσ ςε οποιδιποτε υπολογιςτι Win/98/Me/XP/Vista/7. Στθ ςυνζχεια, θ μεταγλϊττιςθ του πθγαίου κϊδικα ςε κϊδικα μθχανισ Java (Java Virtual Machine code JVM code) γίνεται χρθςιμοποιϊντασ το εργαλείο javac. Τζλοσ, θ εκτζλεςθ του κϊδικα με το διερμθνευτι Java (Java interpreter) πραγματοποιείται με τθ βοικεια του εργαλείου java. Οι εντολζσ javac και java δίνονται μζςω τθσ Γραμμισ Εντολϊν του Λειτουργικοφ Συςτιματοσ των Windows (Windows Command Line). Ρροκειμζνου να ανοίξει θ γραμμι εντολϊν από τθν επιφάνεια εργαςίασ (desktop) των Windows επιλζγεται Ζναρξθ (Start) Εκτζλεςθ (Run) και ςτθ ςυνζχεια πλθκτρολογείται cmd. Επίςθσ γίνεται ρφκμιςθ, ϊςτε το τρζχον μονοπάτι (path) τθσ γραμμισ εντολϊν να οδθγεί ςτον κατάλογο (directory) που είναι αποκθκευμζνα τα αρχεία τθσ Java. Επιπλζον, γίνονται οι απαραίτθτεσ ρυκμίςεισ ςτθ ςφνδεςθ ADSL. Ειδικότερα, ςτο δρομολογθτι (router) που εξυπθρετεί τον υπολογιςτι ςτον οποίον εκτελείται θ εφαρμογι του διακομιςτι (server), ρυκμίηεται κατάλλθλθ κφρα προϊκθςθσ πακζτων (port forwarding). Μζςω τθσ κφρασ δρομολογοφνται τα δεδομζνα που ζρχονται, μζςω Internet, από το μακρινό υπολογιςτι ςτο ςυγκεριμζνο υπολογιςτι του τοπικοφ δικτφου. Ζνα παράδειγμα δθμιουργίασ κφρασ φαίνεται ςτθν Εικόνα 1 που ακολουκεί. Αφοφ γίνει είςοδοσ (log in) ςτθ ςελίδα του δρομολογθτι, επιλζγεται από το μενοφ θ δυνατότθτα προϊκθςθ κυρϊν (port forwarding). Στον πίνακα που εμφανίηεται, ςθμειϊνεται το επικυμθτό όνομα του υπολογιςτι που λειτουργεί ωσ διακομιςτισ κακϊσ και το πλικοσ των κυρϊν που ανοίγονται για τθν εφαρμογι. Επίςθσ, καταγράφεται το πρωτόκολλο Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 50

56 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 μεταφοράσ που χρθςιμοποιείται (TCP/UDP) και θ τοπικι διεφκυνςθ ςτθν οποία ακοφει ο υπολογιςτισ ( xxx.xxx). Εικόνα 1: Ρροϊκθςθ κυρϊν (port forwarding). Λαμβάνοντασ υπ όψιν τα πλεονεκτιματα και τα μειονεκτιματα των δφο βαςικϊν πρωτοκόλλων μεταφοράσ (TCP/UDP), όπωσ αυτά αναλφκθκαν ςε προθγοφμενεσ ενότθτεσ, για τθν ανάπτυξθ τθσ ςυγκεκριμζνθσ εφαρμογισ χρθςιμοποιείται το TCP. Το γεγονόσ αυτό προςδίδει ςτθν εφαρμογι κφροσ ςίγουρθσ και αξιόπιςτθσ μεταφοράσ των δεδομζνων μζςω του Διαδικτφου. Ο λόγοσ για τον οποίο δεν γίνεται επιλογι UDP πρωτοκόλλου, παρόλο που ζχει εξαιρετικά απλι δομι και είναι γριγορο, είναι γιατί ο ζλεγχοσ τθσ άφιξθσ ενόσ πακζτου ςτον προοριςμό του και θ ζνταξι του ςε ςφνολο ομοειδϊν πακζτων που ανταλλάςςονται μεταξφ των υπολογιςτϊν που επικοινωνοφν, είναι ευκφνθ των εφαρμογϊν που τρζχουν ςτουσ υπολογιςτζσ. Με αυτό το δεδομζνο, ο κϊδικασ των αντίςτοιχων εφαρμογϊν γίνεται περιςςότερο πολφπλοκοσ. Ρροκειμζνου θ εφαρμογι να αντιμετωπίςει τισ μεταβολζσ που παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, όποτε αυτζσ προκφπτουν, πρωταρχικόσ ςτόχοσ είναι ο ζλεγχοσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ (elastic buffer control). 2.2 Διαχείριςθ Αρχείων Ειςόδου/Εξόδου Μία βιβλιοκικθ θ οποία περιλαμβάνει κλάςεισ διαχείριςθσ υπολογιςτικϊν πόρων (computer resources) είναι θ java.io. Στθ ςυνζχεια αυτισ τθσ ενότθτασ περιγράφονται οι κλάςεισ και οι μζκοδοι τθσ java.io που χρθςιμοποιοφνται ςτθν παροφςα εφαρμογι. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 51

57 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Θ κλάςθ FileInputStream παρζχει μεκόδουσ διαχείριςθσ αρχείων. Τα αντικείμενα τφπου FileInputStream είναι ειςερχόμενεσ ροζσ (byte streams) που διαβάηουν bytes από ζνα αρχείο. Για τον οριςμό και τθ δθμιουργία ενόσ τζτοιου αντικειμζνου απαιτοφνται οι εξισ εντολζσ: FileInputStream όνομα_αντικειμζνου; όνομα_αντικειμζνου = new FileInputStream (όνομα_αρχείου); Με τθν πρϊτθ εντολι, απλϊσ, ορίηεται το αντικείμενο ενϊ με τθ δεφτερθ δθμιουργείται. Συγκεκριμζνα, θ δεφτερθ εντολι είναι ο καταςκευαςτισ (constructor) του αντικειμζνου, για τον οποίο ιςχφει: public FileInputStream (File file) throws FileNotFoundException [12] Ζτςι δθμιουργείται μία ειςερχόμενθ ροι αρχείου (file input stream), θ οποία διαβάηει το αρχείο το οποίο αντιπροςωπεφεται από το οριςμζνο αντικζιμενο, τφπου αρχείο (file object). Αν ςυντρζχει κάποιοσ λόγοσ που είτε το αρχείο δεν μπορεί να δθμιουργθκεί, είτε δεν μπορεί να ανοίξει, είτε απαγορεφεται θ πρόςβαςθ ςε αυτό, τότε το πρόγραμμα δθλϊνει εξαίρεςθ (exception). Για τθν ανάγνωςθ των δεδομζνων από το αρχείο καλείται θ μζκοδοσ read(): public void read (byte [] b, int off, int len) throws IOException [12] Διαβάηεται ζνασ αρικμόσ δεδομζνων, όπωσ αυτόσ κακορίηεται από το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ len, από τθν ειςερχόμενθ ροι ςτον πίνακα των δεδομζνων. Αν το περιεχόμενο τθσ μεταβιτισ len δεν είναι ο αρικμόσ 0, θ μζκοδοσ ςταματάει τθν εκτζλεςθ των λειτουργιϊν που ακολουκοφν (blocking operation) μζχρισ ότου βρεκοφν διακζςιμα δεδομζνα προσ ανάγνωςθ. Αν το περιεχόμενο τθσ μεταβιτισ len είναι ο αρικμόσ 0, δε διαβάηεται κανζνα δεδομζνο και επιςτρζφεται ο αρικμόσ 0. Τζλοσ, με τθ μζκοδο close(): public void close () throws IOException [12] Κλείνει θ ειςερχόμενθ ροι και αποδεςμεφονται όλοι οι υπολογιςτικοί πόροι που ςυςχετίηονται με αυτιν. Σε περίπτωςθ οποιουδιποτε ςφάλματοσ ειςόδου/εξόδου, υπάρχει αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ κλιςθ τθσ μεκόδου αυτισ γίνεται με τθν εντολι: όνομα_αντικειμζνου.close (); Μία ακόμα κλάςθ διαχείριςθσ αρχείων είναι θ FileOutputStream. Ρρόκειται για αντικείμενα τφπου FileOutputStream, τα οποία είναι εξερχόμενεσ ροζσ (byte streams) που εγγράφουν bytes προσ ζνα αρχείο. Για τον οριςμό και τθ δθμιουργία ενόσ τζτοιου αντικειμζνου απαιτοφνται οι εξισ εντολζσ: Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 52

58 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 FileOutputStream όνομα_αντικειμζνου; όνομα_αντικειμζνου = new FileOutputStream (όνομα_αρχείου); Με τθν πρϊτθ εντολι, απλϊσ, ορίηεται το αντικείμενο ενϊ με τθ δεφτερθ δθμιουργείται. Συγκεκριμζνα, θ δεφτερθ εντολι είναι ο καταςκευαςτισ (constructor) του αντικειμζνου, για τον οποίο ιςχφει: public FileOutputStream (File file) throws FileNotFoundException [12] Ζτςι δθμιουργείται μία εξερχόμενθ ροι αρχείου (file output stream), θ οποία γράφει προσ το αρχείο το οποίο αντιπροςωπεφεται από το οριςμζνο αντικζιμενο, τφπου αρχείο (file object). Το πρόγραμμα δθλϊνει εξαίρεςθ (exception), ςε περιπτϊςεισ όπου είτε το αρχείο δεν μπορεί να δθμιουργθκεί, είτε δεν μπορεί να ανοίξει, είτε απαγορεφεται θ πρόςβαςθ ςε αυτό. Τζλοσ, με τθ μζκοδο close(): public void close () throws IOException [12] Κλείνει θ εξερχόμενθ ροι και αποδεςμεφονται όλοι οι υπολογιςτικοί πόροι που ςυςχετίηονται με αυτιν. Σε περίπτωςθ οποιουδιποτε ςφάλματοσ ειςόδου/εξόδου, υπάρχει αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ κλιςθ τθσ μεκόδου αυτισ γίνεται με τθν εντολι: όνομα_αντικειμζνου.close (); Συνεχίηοντασ, ςυναντάται θ κλάςθ PrintStream, θ οποία παρζχει μεκόδουσ για τθν εκτφπωςθ αντιπροςωπευτικϊν τιμϊν των δεδομζνων: PrintStream όνομα_αντικειμζνου; όνομα_αντικειμζνου = new PrintStream (όνομα_εξερχόμενησ_ροήσ); Οι παραπάνω δφο εντολζσ, χρειάηονται για τον οριςμό και τθ δθμιουργία του αντίςτοιχου αντικειμζνου. Σχετικά με τον καταςκευαςτι ιςχφει: public PrintStream (OutputStream out) [12] Με τον τρόπο αυτό, δθμιουργείται μία καινοφρια ροι εκτφπωςθσ (print stream). Θ μεταβλθτι out είναι τφπου OutputStream και προςδιορίηει τθ ροι μζςω τθσ οποίασ κα εκτυπωκοφν τα περιεχόμενα των μεταβλθτϊν και των αντικειμζνων. Δφο μζκοδοι που περιζχονται ςτθν PrintStream είναι θ printf() και θ close(): public PrintStream printf (String format, Object args) [12] Ρρόκειται για μία μζκοδο θ οποία επιςτρζφει μία ροι εκτφπωςθσ για να εκτυπωκοφν τα περιεχόμενα των μεταβλθτϊν με μία ςυγκεκριμζνθ δομι, όπωσ αυτι ορίηεται με το format. Αν υπάρχουν περιςςότερα ορίςματα μεταβλθτϊν από ότι οι οριςμζνεσ δομζσ, τα ορίςματα αυτά αγνοοφνται. Σε περίπτωςθ που μία δομι δεν ςυνάδει με τα ορίςματα ςτα οποία Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 53

59 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 αντιςτοιχεί, τότε εμφανίηεται αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ (IllegalFormatException). Να ςθμειωκεί πωσ προτιμάται θ printf() ζναντι τθσ println(), ακριβϊσ γιατί θ πρϊτθ προςφζρει μία ςυγκεκριμζνθ δομι ςτθν εκτφπωςθ, γεγονόσ που κάνει πιο ευανάγνωςτο το αρχείο. public void close () [12] Με τθν παραπάνω μζκοδο, θ ροι εκτφπωςθσ κλείνει. Με τθν ενζργεια αυτιν, θ εςωτερικι μνιμθ τθσ ροισ αδειάηει (flush) και ςτθ ςυνζχεια κλείνει και θ αντίςτοιχθ ροι εξόδου. Θ κλιςθ των μεκόδων γίνεται, αντίςτοιχα, με τισ παρακάτω εντολζσ: όνομα_αντικειμζνου.printf ( %πλήθοσ_χαρακτήρωντφποσ_μεταβλητήσ, όνομα_μεταβλητήσ); όνομα_αντικειμζνου.close (); Δφο πολφ ςθμαντικζσ κλάςεισ για τθν παροφςα εφαρμογι είναι θ DataInputStream και θ DataOutputStream. Μία ειςερχόμενθ ροι δεδομζνων (data input stream) επιτρζπει ςε μία εφαρμογι να διαβάηει δεδομζνα φωνισ, που λαμβάνονται μζςω τθσ ροισ ςτον υπολογιςτι. Αντίςτοιχα, μία εξερχόμενθ ροι δεδομζνων (data output stream) επιτρζπει ςτθν εφαρμογι να εγγράψει τα δεδομζνα φωνισ, ϊςτε μζςω τθσ ροισ να αποςταλοφν από τον υπολογιςτι. Για τον οριςμό και τθ δθμιουργία απαιτοφνται οι παρακάτω εντολζσ: DataInputStream όνομα_ειςερχόμενου_αντικειμζνου = null; όνομα_ειςερχόμενου_αντικειμζνου = new DataInputStream (όνομα_ειςερχόμενησ_ροήσ); DataOutputStream όνομα_εξερχόμενου_αντικειμζνου = null; όνομα_εξερχόμενου_αντικειμζνου = new DataOutputStream (όνομα_εξερχόμενησ_ροήσ); Για τουσ αντίςτοιχουσ καταςκευαςτζσ ιςχφει: public DataInputStream (InputStream in) [12] public DataOutputStream (OutputStream out) [12] Στθν πρϊτθ περίπτωςθ δθμιουργείται ζνα νζο αντικείμενο τφπου DataInputStream, το οποίο χρθςιμοποιεί τθν ειςερχόμενθ ροι in με τθν οποία ορίηεται ο καταςκευαςτισ. Στθ δεφτερθ περίπτωςθ, αντίςτοιχα, δθμιουργείται ζνα αντικείμενο τφπου DataOutputStream, που χρθςιμοποιεί τθν εξερχόμενθ ροι out. Μία ιδιαιτζρωσ ςθμαντικι μζκοδοσ τθσ DataInputStream είναι θ available(): public int available () throws IOException [12] Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 54

60 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Θ παραπάνω μζκοδοσ επιςτρζφει ζναν ακζραιο αρικμό, ο οποίοσ δθλϊνει το πλικοσ των bytes, τα οποία μποροφν να διαβαςτοφν μζςω τθσ ςυγκεκριμζνθσ ροισ ειςόδου χωρίσ να αναςταλλεί θ λειτουργία των υπόλοιπων εντολϊν που ακολουκοφν ςτθν εφαρμογι. Σε περίπτωςθ κάποιου ςφάλματοσ ςτθν είςοδο/ζξοδο, υπάρχει μινυμα εξαίρεςθσ. Στθ ςυνζχεια, απαραίτθτο είναι να γίνει αναφορά ςτθ μζκοδο read(): public final int read (byte [] b, int off, int len) throws IOException [12] Διαβάηει ζναν αρικμό από bytes, τα οποία προζρχονται από τθ ροι ειςόδου και τα τοποκετεί ςε ζναν πίνακα από bytes. Γίνεται προςπάκεια να διαβαςτοφν όςο το δυνατόν περιςςότερα bytes, με άνω όριο τον αρικμό που δθλϊνεται μζςω τθσ μεταβλθτισ len. Είναι πικανό να μθ διαβαςτεί κανζνα byte. Ο αρικμόσ των bytes που, τελικά, διαβάηεται επιςτρζφεται με τθ μορφι ακεραίου αρικμοφ. Θ μζκοδοσ read() προκαλεί τθν αναςτολι τθσ εκτζλεςθσ των υπόλοιπων εντολϊν που ακολουκοφν ςτο πρόγραμμα, μζχρι να βρεκοφν ειςερχόμενα διακζςιμα δεδομζνα (blocking operation). Αν το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ len είναι ίςο με το 0, τότε δε διαβάηεται κανζνα δεδομζνο και επιςτρζφεται ο αρικμόσ 0. Αν ζχουν εξαντλθκεί τα διακζςιμα δεδομζνα που βρίςκονται ςτθ ροι ειςόδου, επιςτρζφεται ο αρικμόσ -1. Σε κάκε άλλθ περίπτωςθ, γίνεται προςπάκεια να διαβαςτεί τουλάχιςτον 1 byte. Τα byte που διαβάηονται, αποκθκεφονται ςτθ μεταβλθτι b. Το πρϊτο byte που διαβάηεται αποκθκεφεται ςτθ κζςθ b[off], το δεφτερο ςτθ κζςθ b[off+1] και θ διαδικαςία ςυνεχίηεται με τον ίδιο τρόπο. Θ μεταβλθτι b αντιπροςωπεφει τον πίνακα ςτον οποίο αποκθκεφονται τα δεδομζνα, θ μεταβλθτι off τθ κζςθ από τθν οποία ξεκινάει ο πίνακασ b και τζλοσ θ μεταβλθτι len δθλϊνει το μζγιςτο αρικμό από bytes, τα οποία είναι δυνατό να διαβαςτοφν. Μινυμα εξαίρεςθσ εμφανίηεται ςτθν περίπτωςθ που το μζγεκοσ του πίνακα είναι μθδενικό, όταν τα περιεχόμενα των μεταβλθτϊν len και off είναι αρνθτικά ι όταν ςυμβαίνει θ len να αντιπροςωπεφει ζναν αρικμό μεγαλφτερο από το μζγεκοσ του πίνακα b. Για οποιοδιποτε ςφάλμα ειςόδου/εξόδου ι όταν το πρϊτο διακζςιμο byte δεν μπορεί να διαβαςτεί, υπάρχει και τότε ανάλογθ προειδοποίθςθ εξαίρεςθσ. Επίςθσ, θ μζκοδοσ τθσ DataOutputStream ςτθν οποία κρίνεται απαραίτθτο να γίνει αναφορά είναι θ write(): public void write (byte [] b, int off, int len) throws IOException [12] Εγγράφει από τον πίνακα b δεδομζνα προσ τθ ροι εξόδου. Θ εγγραφι ξεκινάει από τθ κζςθ off του πίνακα και, αν δε ςυμβεί κάποιο ςφάλμα ςυνεχίηει μζχρι τθ κζςθ len, ζτςι ϊςτε όλα τα δεδομζνα του πίνακα να εγγραφοφν ςτθν εξερχόμενθ ροι. Ο πίνακασ b περιζχει τα προσ εγγραφι δεδομζνα, τα οποία ξεκινοφν από τθ κζςθ off. Ο ςυνολικόσ αρικμόσ των δεδομζνων είναι len. Σε κάκε περίπτωςθ ςφάλματοσ ειςόδου/εξόδου προκφπτει εξαίρεςθ. Θ κλιςθ των μεκόδων που αναφζρκθκαν γίνεται, αντίςτοιχα, με τον παρακάτω τρόπο: όνομα_ειςερχόμενου_αντικειμζνου.available (); Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 55

61 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 όνομα_ειςερχόμενου_αντικειμζνου.read (όνομα_πίνακα, αρχική_θζςη_πίνακα, επιθυμητή_τελική_θζςη_πίνακα); όνομα_εξερχόμενου_αντικειμζνου.write (όνομα_πίνακα, αρχική_θζςη_πίνακα, επιθυμητή_τελική_θζςη_πίνακα); Τζλοσ, ςτθν κλάςθ DataInputStream υπάρχει και θ μζκοδοσ close(): public void close () throws IOException [12] Κλείνει θ ειςερχόμενθ/εξερχόμενθ ροι και αποδεςμεφονται όλοι οι πόροι του ςυςτιματοσ που ςχετίηονται με τθ ροι. Για οποιοδιποτε ςφάλμα ειςόδου/εξόδου εμφανίηεται μινυμα εξαίρεςθσ. Μδια δομι ζχει θ μζκοδοσ και ςτθν κλάςθ DataOutputStream [12]. Θ κλιςθ των μεκόδων γίνεται ωσ εξισ: όνομα_ειςερχόμενου_αντικειμζνου.close (); όνομα_εξερχόμενου_αντικειμζνου.close (); 2.3 Διαχείριςθ Δικτφου Θ java.net είναι μία βαςικι βιβλιοκικθ, ςτθν οποία περιλαμβάνονται κλάςεισ και μζκοδοι διαχείριςθσ δικτυακϊν πόρων (network resources). Στθν ενότθτα αυτιν, αναλφονται οι κλάςεισ και οι μζκοδοι που ςυμμετζχουν ςτθν παροφςα εφαρμογι. Σε προθγοφμενεσ ενότθτεσ ζχει γίνει αναφορά ςτθν υποδοχι (socket) που αποτελεί δομικό ςυςτατικό του πρωτοκόλλου TCP. Θ υποδοχι είναι μία ςφνδεςθ μεταξφ δφο τερματικϊν ςθμείων (end-to-end point). Ζνα τερματικό ςθμείο είναι ο ςυνδυαςμόσ μιασ διεφκυνςθσ και ενόσ αρικμοφ κφρασ. Κάκε ςφνδεςθ TCP μπορεί να αναγωριςτεί μοναδικά από τα δφο τθσ τερματικά ςθμεία. Σθμαντικζσ λειτουργίεσ μιασ υποδοχισ είναι οι ακόλουκεσ: Σφνδεςθ ςε απομακρυςμζνο υπολογιςτι. Αποςτολι δεδομζνων. Λιψθ δεδομζνων. Τερματιςμόσ ςφνδεςθσ. Δζςμευςθ κφρασ. Αναμονι για ειςερχόμενα δεδομζνα. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 56

62 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Αποδοχι ςυνδζςεων από απομακρυςμζνουσ υπολογιςτζσ. Συγκεκριμζνα όςον αφορά ςτισ τρεισ τελευταίεσ λειτουργίεσ, πρόκειται για λειτουργίεσ που λαμβάνουν χϊρα ςτθ μεριά του διακομιςτι (server). Συνικωσ θ εφαρμογι του διακομιςτι εκτελείται ςε κάποιο ςυγκεκριμζνο υπολογιςτι και ζχει μία υποδοχι δεςμευμζνθ ςε ςυγκεκριμζνθ κφρα. Ο διακομιςτισ απλά περιμζνει από ζναν πελάτθ (client) να ηθτιςει να ςυνδεκεί μαηί του. Ο πελάτθσ, από τθ μεριά του, γνωρίηει τθ διεφκυνςθ του υπολογιςτι, ςτον οποίο εκτελείται θ εφαρμογι του διακομιςτι, κακϊσ και τον αρικμό τθσ κφρασ, ςτθν οποία ακοφει ο διακομιςτισ. Αν όλα πάνε καλά, ο διακομιςτισ αποδζχεται τθ ςφνδεςθ. Ταυτόχρονα με τθν αποδοχι τθσ κλιςθσ ο διακομιςτισ δθμιουργεί μία νζα υποδοχι, δεςμευμζνθ ςτθν ίδια κφρα, θ οποία ζχει το απομακρυςμζνο τερματικό τθσ ςθμείο (remote endpoint) οριςμζνο ςτθ μεριά του πελάτθ. Τθν ίδια ςτιγμι, ο πελάτθσ δθμιουργεί τθν υποδοχι του και τθ χρθςιμοποιεί για να επικοινωνεί με το διακομιςτι. Τόςο ο διακομιςτισ όςο και ο πελάτθσ μποροφν να επικοινωνοφν μεταξφ τουσ γράφοντασ ςτισ ι διαβάηοντασ από τισ υποδοχζσ τουσ. Στο Σχιμα 27 οπτικοποιείται θ παραπάνω διαδικαςία. Με λίγα λόγια, θ εφαρμογι του πελάτθ είναι ζνα πρόγραμμα, το οποίο ανοίγει μία υποδοχι προσ κάποιον διακομιςτι. Θ εφαρμογι του διακομιςτι είναι ζνα πρόγραμμα που τίκεται ςε αναμονι και μόλισ αποδεχκεί μία ειςερχόμενθ αίτθςθ από πελάτθ, δθμιουργεί μία καινουρια υποδοχι και οι δφο υποδοχζσ επικοινωνοφν. Θ κάκε υποδοχι παρζχει μία ειςερχόμενθ και μία εξερχόμενθ ροι, με αποτζλεςμα θ εφαρμογι να διαβάηει και να γράφει δεδομζνα, όπωσ ςτθν περίπτωςθ των αρχείων. Το TCP, με τουσ μθχανιςμοφσ που διακζτει, αναλαμβάνει να οργανϊςει τθ ροι ςε πακζτα, τα οποία αποςτζλλονται και παραλαμβάνονται απαλλαγμζνα από ςφάλματα και ςε ςωςτι ςειρά. Επίςθσ, δθμιουργεί μία ςφνδεςθ μεταξφ των αντίςτοιχων επιπζδων μεταφοράσ, θ οποία υπάρχει ανεξάρτθτα από τθν ανάγνωςθ ι τθν εγγραφι μζςω των ροϊν. διακομιςτισ κ φ ρ α αίτθςθ ςφνδεςθσ κ φ ρ α πελάτθσ διακομιςτισ κ φ ρ ςφνδεςθ κ φ ρ πελάτθσ α α Σχιμα 27: Δθμιουργία υποδοχϊν *13]. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 57

63 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Αξίηει να ςθμειωκεί, πωσ ςτον υπολογιςτι που εκτελείται θ εφαρμογι του πελάτθ, ταυτόχρονα με τθ διαδικαςία τθσ αίτθςθσ για ςφνδεςθ με κάποιον απομακρυςμζνο διακομιςτι, δεςμεφεται κφρα τόςο για τθν εξερχόμενθ όςο και για τθν ειςερχόμενθ ροι. Θ κφρα αποδεςμεφεται με το πζρασ τθσ εφαρμογισ. Για το λόγο αυτόν, θ διαδικαςία ρφκμιςθσ κυρϊν δεν είναι απαραίτθτο να λάβει χϊρα ςτο δρομολογθτι, μζςω του οποίου ςυνδζεται ο υπολογιςτισ-πελάτθσ ςτο Διαδίκτυο. Θ κλάςθ που δθμιουργεί τθν υποδοχι ςτθ μεριά του διακομιςτι, θ οποία τίκεται ςε αναμονι προκειμζνου να αποδεχτεί κλιςθ από απομακρυςμζνο πελάτθ, είναι θ ServerSocket. Για τον οριςμό και τθ δθμιουργία ενόσ αντικειμζνου τφπου ServerSocket γράφονται οι παρακάτω εντολζσ: ServerSocket όνομα_αντικειμζνου_s = null; όνομα_αντικειμζνου_s = new ServerSocket (αριθμόσ_θφρασ); Πςον αφορά ςτθ δεφτερθ εντολι, τον καταςκευαςτι, ιςχφουν τα εξισ: public ServerSocket (int port) throws IOException [14] Δθμιουργείται μία υποδοχι διακομιςτι (server socket), θ οποία είναι δεςμευμζνθ ςτθν οριςμζνθ κφρα. Σε περίπτωςθ που ςυμβεί ςφάλμα ειςόδου/εξόδου, εμφανίηεται αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ. Μζκοδοσ θ οποία είναι μζλοσ τθσ ServerSocket είναι θ accept(): public Socket accept () throws IOException [14] Θ εφαρμογι του διακομιςτι τίκεται ςε αναμονι μζχρι τθ ςτιγμθ που δζχεται κλιςθ από απομακρυςμζνο πελάτθ και αποδζχεται τθ ςφνδεςθ. Ρρόκειται για μία λειτουργία, θ οποία αναςτζλλει τθν εκτζλεςθ των εντολϊν που τθν ακολουκοφν, ϊςπου να δθμιουργθκεί θ ςφνδεςθ μεταξφ διακομιςτι και πελάτθ. Θ μζκοδοσ επιςτρζφει ζνα νζο αντικείμενο τφπου Socket, μζςω του οποίου πραγματοποιείται θ επικοινωνία με τον πελάτθ. Αν ςυμβεί ςφάλμα ειςόδου/εξόδου κατά τθ διάρκεια τθσ αναμονισ, υπάρχει προειδοποιθτικό μινυμα εξαίρεςθσ. public void setsotimeout (int timeout) throws SocketException [14] Με τθν κλιςθ τθσ παραπάνω μεκόδου ο διακομιςτισ βρίςκεται ςε αναμονι για τόςο χρόνο, όςο ο χρόνοσ που δθλϊνεται μζςω τθσ μεταβλθτισ timeout. Ο χρόνοσ εκφράηεται ςε milliseconds. Αν λιξει ο χρόνοσ πρωτοφ κάποιοσ πελάτθσ ηθτιςει ςφνδεςθ, τότε εμφανίηεται εξαίρεςθ τφπου java.net.sockettimeoutexception, ωςτόςο εξακολουκεί να είναι ζγκυρο το αντικείμενο τφπου ServerSocket. Θ κλιςθ αυτι γίνεται πριν τθν κλιςθ τθσ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 58

64 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 μεκόδου accept() και το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ timeout είναι ζνασ ακζραιοσ αρικμόσ μεγαλφτεροσ του 0. Θ κλάςθ, θ οποία περιζχει μεκόδουσ για τθ διαχείριςθ των υποδοχϊν, είναι θ Socket. Για τον οριςμό και τθ δθμιουργία των αντίςτοιχων αντικειμζνων υπάρχουν οι κάτωκι εντολζσ: Socket όνομα_αντικειμζνου_c = null; όνομα_αντικειμζνου_c = new Socket (διεφθυνςη, αριθμόσ_θφρασ); Η δεφτερη εντολή αποτελεί τον καταςκευαςτή: public Socket (InetAddress address, int port) throws IOException [14] Δθμιουργείται μία υποδοχι με το τερματικό τθσ ςθμείο να βρίςκεται ςτθν οριςμζνθ διεφκυνςθ και ςτθν οριςμζνθ κφρα. Αν ςυμβεί ςφάλμα ειςόδου/εξόδου κατά τθ δθμιουργία τθσ υποδοχισ, τότε λαμβάνει χϊρα αντίςτοιχθ εξαίρεςθ. Σθμαντικι μζκοδοσ είναι θ getinputstream(): public InputStream getinputstream () throws IOException [14] Επιςτρζφει μία ειςερχόμενθ ροι μζςω τθσ οποίασ γίνεται θ ανάγνωςθ δεδομζνων από τθν υποδοχι. Μινυμα εξαίρεςθσ εμφανίηεται, όταν ςυμβεί ςφάλμα ειςόδου/εξόδου κατά τθ δθμιουργία τθσ ειςερχόμενθσ ροισ, όταν κλείςει θ υποδοχι ι όταν θ υποδοχι δεν είναι ςυνδεδεμζνθ. Αντίςτοιχα, υπάρχει και θ μζκοδοσ getoutputstream(): public OutputStream getoutputstream () throws IOException [14] Επιςτρζφει μία εξερχόμενθ ροι μζςω τθσ οποίασ γίνεται θ εγγραφι δεδομζνων ςτθν υποδοχι. Μινυμα εξαίρεςθσ εμφανίηεται, όταν ςυμβεί ςφάλμα ειςόδου/εξόδου κατά τθ δθμιουργία τθσ εξερχόμενθσ ροισ ι όταν θ υποδοχι δεν είναι ςυνδεδεμζνθ. Δφο πολφ ςθμαντικζσ μζκοδοι για τον ζλεγχο μνιμθσ, που γίνεται μζςω τθσ ςυγκεκριμζνθσ εφαρμογισ είναι θ setsendbuffersize() και θ setreceivebuffersize(). public void setsendbuffersize (int size) throws SocketException [14] public void setreceivebuffersize (int size) throws SocketException [14] Θ setsendbuffersize() ορίηει το μζγεκοσ τθσ μνιμθσ για τα προσ αποςτολι δεδομζνα. Αντίςτοιχα, θ setreceivebuffersize() ορίηει το μζγεκοσ τθσ μνιμθσ για τα δεδομζνα που λαμβάνονται. Το οριςμζνο μζγεκοσ και ςτισ δφο περιπτϊςεισ είναι διάφορο του μθδενόσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 59

65 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Σε περίπτωςθ ςφάλματοσ ςτο πρωτόκολλο μεταφοράσ, εμφανίηεται αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ κλιςθ των παραπάνω μεκόδων γίνεται ωσ εξισ: όνομα_αντικειμζνου_s.accept (); όνομα_αντικειμζνου_s.setsotimeout (χρονική_διάρκεια_αναμονήσ); όνομα_αντικειμζνου_c.getinputstream (); όνομα_αντικειμζνου_c.getoutputstream (); όνομα_αντικειμζνου_c.setsendbuffersize (μζγεθοσ_μνήμησ); όνομα_αντικειμζνου_c.setreceivebuffersize (μζγεθοσ_μνήμησ); Τζλοσ, είναι αλικεια ότι μία υποδοχι κλείνει αυτόματα με το τζλοσ του προγράμματοσ. Ωςτόςο, είναι κακι πρακτικι να γίνεται αυτό. Για αυτόν το λόγο, χρθςιμοποιείται θ μζκοδοσ close(), θ οποία υπάρχει τόςο ςτθν κλάςθ ServerSocket, όςο και ςτθν κλάςθ Socket. Στθν κλάςθ ServerSocket ιςχφει: public void close () throws IOException [14] Κλείνει τθν υποδοχι. Αν τφχει ςφάλμα ειςόδου/εξόδου, κατά το κλείςιμο εμφανίηεται μινυμα εξαίρεςθσ. Πποιεσ ροζσ ςχετίηονται με τισ υποδοχζσ κλείνουν, πρωτοφ κλείςουν οι αντίςτοιχεσ υποδοχζσ. Με τον ίδιον τρόπο εμφανίηεται θ παραπάνω μζκοδοσ και ςτθν κλαςθ Socket [14]. Ραρόλα αυτά υπάρχει μία ουςιϊδθσ διαφορά. Μόλισ κλείςει ζνα αντικείμενο τφπου Socket, θ διεφκυνςθ και θ κφρα, που ιταν δεςμευμζνθ ςε αυτό, είναι ακόμα προςβάςιμθ. Ωςτόςο, ςε περίπτωςθ προςπάκειασ πρόςβαςθσ, ςυντελείται εξαίρεςθ τφπου IOException. Πταν κλείςει ζνα αντικείμενο τφπου ServerSocket, ελευκερϊνονται οι δεςμευμζνεσ κφρεσ. Θ κλιςθ των παραπάνω μεκόδων γίνεται ωσ εξισ: όνομα_αντικειμζνου_s.close (); όνομα_αντικειμζνου_c.close (); 2.4 Διαχείριςθ Ψθφιακοφ Ιχου Μία ακόμα βιβλιοκικθ, θ οποία κατεξοχιν χρθςιμοποιείται ςε αυτιν τθν εφαρμογι, είναι θ javax.sound.sampled και παρζχει το ςφνολο των απαιτοφμενων αντικειμζνων Java για τθ ςφλλθψθ (capture) και τθν αναπαραγωγι (play) του ψθφιακοφ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 60

66 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 ιχου ςτον υπολογιςτι. Στθ ςυνζχεια τθσ ενότθτασ αναλφονται οι κλάςεισ και οι μζκοδοι τθσ javax.sound.sampled, που χρθςιμοποιοφνται κατά τθν ανάπτυξθ τθσ εφαρμογισ. Στθν εργαςία αναπτφςςεται κϊδικασ για κωδικοποίθςθ τόςο με μονοφωνικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ ιχου (Pulse Code Modulation PCM), όςο και με μονοφωνικι διαφορικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ ιχου (Differential Pulse Code Modulation DPCM). Θ τεχνικι των κωδικοποιιςεων ζχει αναλυκεί ςε προθγοφμενθ ενότθτα. Ζνασ ακόμα παράγοντασ που μελετάται, είναι θ ςυχνότθτα δειγματολθψίασ. Πςο ςυχνότερα γίνεται δειγματολθψία, τόςο καλφτερθ είναι θ ποιότθτα του λαμβανόμενου ιχου, απαιτείται όμωσ χριςθ μεγαλφτερου εφρουσ ηϊνθσ (bandwidth) για τθ μετάδοςι του. Επομζνωσ, απαιτείται μία λφςθ, που προςφζρει υπθρεςίεσ ικανοποιθτικισ ποιότθτασ ιχου, αλλά ταυτόχρονα εξοικονομεί εφροσ ηϊνθσ. Για αυτόν το λόγο, θ δειγματολθψία γίνεται με ςυχνότθτα 8000 δείγματα ανά δευτερόλεπτο (8000 samples/sec), όπωσ ακριβϊσ και ςε ζνα τυπικό τθλεφωνικό κανάλι [15]. Επιπλζον, αξίηει να ςθμειωκεί, πωσ χρθςιμοποιείται ομοιόμορφοσ προςθμαςμζνοσ γραμμικόσ κβαντιςτισ ακρίβειασ Q=16 bits ανά δείγμα (16 bits/sample) για τθ μετάδοςθ του ιχου. Ωςτόςο, γίνονται πειράματα με κβαντιςτι μικρότερθσ ακρίβειασ για να μελετθκεί θ ποιότθτα του ιχου ςε κάκε περίπτωςθ. Κβαντίηοντασ με ακρίβεια Q=16 bits/sample, εννοείται πωσ θ τιμι του κάκε δείγματοσ αναπαριςτάται με 16 bits, δθλαδι με 2 bytes. Το πρϊτο byte είναι τα 8 bits μικρότερθσ ςθμαςίασ (little Endian) και το δεφτερο byte αντιπροςωπεφει τα 8 bits μεγαλφτερθσ ςθμαςίασ (big Endian). Θ τιμι αυτι, ςτο δεκαδικό ςφςτθμα, είναι κάποιοσ αρικμόσ εντόσ του πεδίου [-32768,+32768) και αντιπροςωπεφει τθν θλεκτρικι τιμι τθσ ζνταςθσ του ιχου που μεταδίδεται ψθφιακά. Μεταδίδεται δε από τον μετατροπζα A/D ςτο χρονικό διάςτθμα που ακολουκεί μζχρι να ζρκει το επόμενο δείγμα. Θ κλάςθ AudioFormat παρζχει μεκόδουσ μορφοποίθςθσ του ψθφιακοφ ιχου που ςυλλαμβάνεται ι αναπαράγεται. Για τον οριςμό και τθ δθμιουργία του αντίςτοιχου αντικειμζνου γράφονται οι εντολζσ που ακολουκοφν: AudioFormat όνομα_αντικειμζνου; όνομα_αντικειμζνου = new AudioFormat (samples/sec, bits/sample, ch, si, E); Θ δεφτερθ εντολι αποτελεί τον καταςκευαςτι του αντικειμζνου και ιςχφει: public AudioFormat (float samplerate, int samplesizeinbits, int channels, boolean signed, boolean bigendian) [16] Δθμιουργείται ζνα αντικείμενο τφπου AudioFormat με γραμμικό PCM και τισ παραμζτρουσ που δίνονται μζςω του ορίςματοσ του καταςκευαςτι. Το πρϊτο όριςμα (samplerate) δθλϊνει τον αρικμό των δειγμάτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο, το δεφτερο (samplesizeinbits) τον αρικμό των bits που περιζχονται ςε κάκε δείγμα και το τρίτο (channels) τον αρικμό των καναλιϊν. Το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ channels είναι 1 για Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 61

67 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 μονοφωνικό ιχο, 2 για δφο κανάλια και οφτω κακεξισ. Αν χρθςιμοποιοφνται προςθμαςμζνοι αρικμοί (κετικοί και αρνθτικοί), το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ signed είναι true, ενϊ αν χρθςιμοποιοφνται μθ προςθμαςμζνοι αρικμοί (μόνο κετικοί), θ μεταβλθτι signed παίρνει τθν τιμι false. Τζλοσ, αν το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ bigendian είναι true, προθγείται το byte μεγαλφτερθσ ςθμαςίασ, ενϊ αν είναι false, προθγείται το byte μικρότερθσ ςθμαςίασ. Στθ ςυνζχεια, θ κλάςθ AudioSystem περιζχει τισ μεκόδουσ προςπζλαςθσ ςτισ διατάξεισ ςφλλθψθσ και αναπαραγωγισ του ιχου. Για τθ ςφλλθψθ του ιχου προςδιορίηεται αρχικά μία είςοδοσ με τθ βοικεια τθσ μεκόδου AudioSystem.getTargetDataLine(): public static TargetDataLine gettargetdataline (AudioFormat format,) throws LineUnavailableException [16] Επιςτρζφει ζνα αντικείμενο τφπου TargetDataLine, το οποίο μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για ςφλλθψθ και ανάγνωςθ δεδομζνων φωνισ με τζτοιο τρόπο, όπωσ αυτόσ περιγράφεται από το format. Αν το λειτουργικό ςφςτθμα δεν υποςτθρίηει τθν οριςμζνθ μορφοποίθςθ, εμφανίηεται ανάλογο μινυμα εξαίρεςθσ. Επίςθσ, προςδιορίηεται και μία ζξοδοσ για τον αναπαραγϊμενο ιχο με τθ βοικεια τθσ μεκόδου AudioSystem.getSourceDataLine(): public static SourceDataLine getsourcedataline (AudioFormat format,) throws LineUnavailableException [16] Επιςτρζφει ζνα αντικείμενο τφπου SourceDataLine, το οποίο μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για αναπαραγωγι δεδομζνων φωνισ με τζτοιο τρόπο, όπωσ αυτόσ περιγράφεται από το format. Αν το λειτουργικό ςφςτθμα δεν υποςτθρίηει τθν οριςμζνθ μορφοποίθςθ, εμφανίηεται ανάλογο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ διεπαφι (interface) TargetDataLine παρζχει αντικείμενα, από τα οποία μποροφν να διαβαςτοφν δεδομζνα φωνισ. Τα δεδομζνα λαμβάνονται από μία διάταξθ ςφλλθψθσ φωνισ. Ραράδειγμα ςυςκευισ ειςόδου ιχου αποτελεί το μικρόφωνο. Θ είςοδοσ ενεργοποιείται με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου open(): void open (AudioFormat format, int buffersize) throws LineUnavailableException [16] Το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ format ορίηει τθν επικυμθτι μορφοποίθςθ του ιχου και το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ buffersize τον επικυμθτό αρικμό bytes για το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ (buffer size) τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου. Το πραγματικό μζγεκοσ τθσ μνιμθσ, με το οποίο τελικά ενεργοποιείται θ είςοδοσ, υπάρχει πικανότθτα να διαφζρει από το επικυμθτό. Αν το λειτουργικό ςφςτθμα δεν υποςτθρίηει τθν οριςμζνθ μορφοποίθςθ, εμφανίηεται ανάλογο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ κλιςθ τθσ μεκόδου γίνεται με τθν εντολι: όνομα_αντικειμζνου_τφπου_targetdataline.open (μορφοποίηςη, μζγεθοσ_μνήμησ); Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 62

68 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Θ λειτουργία ενόσ ενεργοποιθμζνου αντικειμζνου ειςόδου ξεκινάει με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου όνομα_αντικειμζνου_τφπου_targetdataline.start(): void start () [16] Το πραγματικό μζγεκοσ μνιμθσ, με το οποίο ενεργοποιείται θ είςοδοσ, δίνεται με τθ βοικεια τθσ μεκόδου όνομα_αντικειμζνου_τφπου_targetdataline.getbuffersize(): int getbuffersize () [16] Επιςτρζφει το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου, από τθν οποία μπορεί να διαβαςτοφν τα δεδομζνα φωνισ, εκφραςμζνο ςε αρικμό από bytes. Θ παροφςα εφαρμογι διαβάηει τα δεδομζνα που ςυλλαμβάνονται ςε χρονικό διάςτθμα, μζςα ςτο οποίο δεν πραγματοποιείται υπερχείλιςθ (overflow) τθσ μνιμθσ. Θ υπερχείλιςθ προκαλεί αςυνζχειεσ ςτθν επικοινωνία, γεγονόσ που υποβακμίηει τθν ποιότθτα των υπθρεςιϊν. Με τθ βοικεια τθσ μεκόδου όνομα_αντικειμζνου_τφπου_targetdataline.available() γίνεται ζλεγχοσ τθσ υπερχείλιςθσ: int available () [16] Επιςτρζφει τον αρικμό των bytes, τα οποία ζχουν ςυλλθφκεί και είναι διακζςιμα για να διαβαςτοφν, χωρίσ να γίνει αναςτολι λειτουργιϊν. Με αυτιν τθ μζκοδο, θ εφαρμογι εγγυάται ότι θ ανάγνωςθ των διακζςιμων δεδομζνων φωνισ δε κα αναςτείλλει τθ λειτουργία των υπόλοιπων εντολϊν του προγράμματοσ. Στθ ςυνζχεια, θ ανάγνωςθ των διακζςιμων δεδομζνων φωνισ γίνεται με τθ μζκοδο read(): int read (byte [] b, int off, int len) [16] Επιςτρζφει τον πραγματικό αρικμό bytes των δεδομζνων φωνισ που ζχουν διαβαςτεί. Διαβάηει τα δεδομζνα μζςω τθσ εςωτερικισ μνιμθσ ειςόδου και τα τοποκετεί ςτον πίνακα b, ξεκινϊντασ από τθ κζςθ b[off] ζωσ και τθ κζςθ b[len]. Το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ len δθλϊνει το ςυνολικό επικυμθτό αρικμό των bytes που κα διαβαςτοφν. Θ λειτουργία των εντολϊν που ακολουκοφν ςταματάει (block) να εκτελείται, μζχρι τθ ςτιγμι που κα ολοκλθρωκεί θ ανάγνωςθ όλων των δεδομζνων που ζχουν ηθτθκεί. Σε περίπτωςθ κλειςίματοσ ι απενεργοποίθςθσ τθσ ειςόδου, κατά τθ διάρκεια τθσ ανάγνωςθσ, επιςτρζφεται ο αρικμόσ των bytes που διαβάςτθκαν μζχρι τθ δεδομζνθ χρονικι ςτιγμι. Αν τα περιεχόμενα των μεταβλθτϊν off και len είναι αρνθτικά ι αν το άκροιςμά τουσ είναι μεγαλφτερο από το δθλωμζνο μζγεκοσ του πίνακα b, τότε εμφανίηεται αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ κλιςθ τθσ μεκόδου γίνεται ωσ εξισ: όνομα_αντικειμζνου_τφπου_targetdataline.read (όνομα_πίνακα, αρχή, τζλοσ); Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 63

69 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Τζλοσ, θ λειτουργία ενόσ ενεργοποιθμζνου αντικειμζνου ειςόδου ιχου ςταματά προςωρινά ι το ίδιο το αντικείμενο απενεργοποιείται πλιρωσ με τισ μεκόδουσ stop() και close(): void stop () [16] void close () [16] Θ κλιςθ των παραπάνω μεκόδων γίνεται, αντίςτοιχα, με τισ εντολζσ: όνομα_αντικειμζνου_τφπου_targetdataline.stop (); όνομα_αντικειμζνου_τφπου_targetdataline.close (); Θ διεπαφι (interface) SourceDataLine παρζχει αντικείμενα, ςτα οποία μποροφν να εγγραφοφν δεδομζνα φωνισ. Τα δεδομζνα, ςτθ ςυνζχεια, αναπαράγονται από μία διάταξθ αναπαραγωγισ ιχου. Ραράδειγμα ςυςκευισ εξόδου ιχου αποτελεί το μεγάφωνο. Θ ζξοδοσ ενεργοποιείται με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου open(): void open (AudioFormat format, int buffersize) throws LineUnavailableException [16] Το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ format ορίηει τθν επικυμθτι μορφοποίθςθ του ιχου και το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ buffersize τον επικυμθτό αρικμό bytes για το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ (buffer size) τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ ιχου. Το πραγματικό μζγεκοσ τθσ μνιμθσ, με το οποίο τελικά ενεργοποιείται θ ζξοδοσ, υπάρχει πικανότθτα να διαφζρει από το επικυμθτό. Αν το λειτουργικό ςφςτθμα δεν υποςτθρίηει τθν οριςμζνθ μορφοποίθςθ, εμφανίηεται ανάλογο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ μζκοδοσ καλείται με τθν εντολι: όνομα_αντικειμζνου_τφπου_sourcedataline.open (μορφοποίηςη, μζγεθοσ_μνήμησ); Θ λειτουργία ενόσ ενεργοποιθμζνου αντικειμζνου εξόδου ξεκινάει με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου όνομα_αντικειμζνου_τφπου_sourcedataline.start(): void start () [16] Το πραγματικό μζγεκοσ μνιμθσ, με το οποίο ενεργοποιείται θ ζξοδοσ, δίνεται με τθ βοικεια τθσ μεκόδου όνομα_αντικειμζνου_τφπου_sourcedataline.getbuffersize(): int getbuffersize () [16] Επιςτρζφει το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου, ςτθν οποία μπορεί να εγγραφοφν τα δεδομζνα φωνισ, εκφραςμζνο ςε αρικμό άπό bytes. Θ παροφςα εφαρμογι αναπαράγει τον ιχο με τζτοιο ρυκμό, ϊςτε να μθν πραγματοποιείται υποχείλιςθ (underflow) τθσ μνιμθσ. Θ υποχείλιςθ προκαλεί αςυνζχειεσ ςτθν επικοινωνία, Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 64

70 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 γεγονόσ που υποβακμίηει τθν ποιότθτα των υπθρεςιϊν. Με τθ βοικεια τθσ μεκόδου όνομα_αντικειμζνου_τφπου_sourcedataline.available() γίνεται ζλεγχοσ τθσ υποχείλιςθσ: int available () [16] Επιςτρζφει τον αρικμό των bytes, για τα οποία υπάρχει περικϊριο να εγγραφοφν χωρίσ να γίνει αναςτολι λειτουργιϊν. Αυτόσ ο αρικμόσ διαφζρει από το ςυνολικό μζγεκοσ, με το οποίο ενεργοποιείται θ μνιμθ εξόδου, αλλά και από τον αρικμό των bytes που ιδθ βρίςκονται ςτθ μνιμθ και περιμζνουν ςτθν ουρά για να αναπαραχκοφν. Με αυτιν τθ μζκοδο, θ εφαρμογι εγγυάται ότι θ εγγραφι των δεδομζνων φωνισ δε κα αναςτείλλει τθ λειτουργία των υπόλοιπων εντολϊν του προγράμματοσ. Στθ ςυνζχεια, θ αναπαραγωγι του ιχου γίνεται με τθ μζκοδο write(): int write (byte [] b, int off, int len) [16] Εγγράφονται δεδομζνα ιχου προσ τθ διάταξθ αναπαραγωγισ. Ο ηθτοφμενοσ αρικμόσ bytes, διαβάηεται από τον πίνακα b, ξεκινϊντασ από τθ κζςθ b[off], και εγγράφεται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου. Το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ len δθλϊνει το επικυμθτό ςφνολο δεδομζνων για εγγραφι. Αν το ςφνολο αυτό, ξεπερνάει το μζγεκοσ του διακζςιμου ελεφκερου χϊρου τθσ μνιμθσ, θ μζκοδοσ write() αναςτζλλει τθν εκτζλεςθ του υπόλοιπου προγράμματοσ, μζχρι να ελευκερωκεί χϊροσ για εγγραφι νζων δεδομζνων. Σε περίπτωςθ κλειςίματοσ ι απενεργοποίθςθσ τθσ εξόδου, κατά τθ διάρκεια τθσ αναπαραγωγισ, επιςτρζφεται ο αρικμόσ των bytes που ζχουν αναπαραχκεί μζχρι τθ δεδομζνθ χρονικι ςτιγμι. Αν τα περιεχόμενα των μεταβλθτϊν off και len είναι αρνθτικά ι αν το άκροιςμά τουσ είναι μεγαλφτερο από το δθλωμζνο μζγεκοσ του πίνακα b, τότε εμφανίηεται αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ. Θ κλιςθ τθσ μεκόδου γίνεται ωσ εξισ: όνομα_αντικειμζνου_τφπου_sourcedataline.write (όνομα_πίνακα, αρχή, τζλοσ); Τζλοσ, θ λειτουργία ενόσ ενεργοποιθμζνου αντικειμζνου εξόδου ιχου ςταματά προςωρινά ι το ίδιο το αντικείμενο απενεργοποιείται πλιρωσ με τισ μεκόδουσ stop() και close(): void stop () [16] void close () [16] Θ κλιςθ των παραπάνω μεκόδων γίνεται, αντίςτοιχα, με τισ εντολζσ: όνομα_αντικειμζνου_τφπου_sourcedataline.stop (); όνομα_αντικειμζνου_τφπου_sourcedataline.close (); Κλείνοντασ τθν ενότθτα, να ςθμειωκεί πωσ ςτον υπολογιςτι, που εκτελείται θ εφαρμογι, το μζγιςτο μζγεκοσ τόςο τθσ μνιμθσ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ, όςο και τθσ αναπαραγωγισ του ιχου, είναι bytes. Το εξ οριςμοφ μζγεκοσ είναι 8000 bytes. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 65

71 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Θ Βιβλιοκικθ java.lang Κατά τθν ανάπτυξθ του κϊδικα εμφανίηεται θ ανάγκθ να χρθςιμοποιθκοφν οριςμζνοι μακθματικοί τφποι. Θ κλάςθ Math παρζχει διάφορεσ μεκόδουσ για τον υπολογιςμό μακθματικϊν πράξεων: public static long abs (long a) [17] Επιςτρζφει τθν απόλυτθ τιμι τθσ μεταβλθτισ a. public static double log10 (double a) [17] Επιςτρζφει το λογάρικμο με βάςθ το 10 τθσ μεταβλθτισ a. public static int max (int a, int b) [17] Επιςτρζφει το μεγαλφτερο ακζραιο, ανάμεςα ςτουσ ακεραίουσ a και b. public static int min (int a, int b) [17] Επιςτρζφει το μικρότερο ακζραιο, ανάμεςα ςτουσ ακεραίουσ a και b. public static int round (float a) [17] Επιςτρζφει τον πλθςιζςτερο ακζραιο αρικμό τθσ μεταβλθτισ a. Αν το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ a είναι κετικό, θ ςτογγυλοποίθςθ γίνεται προσ τα κάτω. Αν το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ a είναι αρνθτικό, θ ςτογγυλοποίθςθ γίνεται προσ τα πάνω. public static double signum (float f) [17] Επιςτρζφει τον αρικμό 1.0 αν το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ f είναι κετικό και τον αρικμό -1.0 αν το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ f είναι αρνθτικό. public static double sqrt (double a) [17] Επιςτρζφει τθ κετικι τετραγωνικι ρίηα τθσ κετικισ μεταβλθτισ a. Θ κλάςθ System περιζχει αρκετζσ χριςιμεσ μεκόδουσ, μερικζσ από τισ οποίεσ είναι οι ακόλουκεσ: public static long currenttimemillis () [17] Επιςτρζφει τθ διαφορά, εκφραςμζνθ ςε milliseconds, τθσ τρζχουςασ ϊρασ του υπολογιςτι από τα μεςάνυχτα τθσ 1 θσ Λανουαρίου Καλοφμενθ ςε διαφορετικά ςθμεία τθσ εφαρμογισ, κατά τθν εκτζλεςι τθσ, θ μζκοδοσ παρζχει τθ δυνατότθτα χρονομζτρθςθσ γεγονότων. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 66

72 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 System.out.println (data) [17] Ρρόκειται για ζναν τυπικό τρόπο εκτφπωςθσ εξερχόμενων δεδομζνων ςτθν οκόνθ. Θ κλάςθ Thread παρζχει μεκόδουσ εκτζλεςθσ νθμάτων. Θ Java δίνει τθ δυνατότθτα ςε μία εφαρμογι να εκτελεί ταυτόχρονα νιματα. public static void sleep (long millis) throws InterruptedException [17] Ρροκαλεί παφςθ τθσ εκτζλεςθσ του προγράμματοσ για χρονικό διάςτθμα ίςο με το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ millis. Αν κάποιο άλλο νιμα διακόψει τθ λειτουργία τθσ παφςθσ, εμφανίηεται αντίςτοιχο μινυμα εξαίρεςθσ. Ωςτόςο, λόγω τθσ εςωτερικισ δομισ και του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ του υπολογιςτι, ενδζχεται, θ παφςθ να μθν κρατιςει ακριβϊσ millis milliseconds, αλλά ελάχιςτα λιγότερο ι ελάχιςτα περιςςότερο. 2.6 Θ Αρχιτεκτονικι τθσ Εφαρμογισ Σθμείο εκκίνθςθσ για τθν ανάπτυξθ τθσ εφαρμογισ είναι ο ςχεδιαςμόσ τθσ αρχιτεκτονικισ τθσ. Κατά το ςχεδιαςμό ορίηονται πζντε διακριτά επίπεδα με τισ αντίςτοιχεσ λειτουργίεσ τουσ. Το Σχιμα 28 απεικονίηει τα επίπεδα τθσ αρχιτεκτονικισ τθσ εφαρμογισ. Ππωσ γίνεται αντιλθπτό από το παραπάνω ςχιμα, θ εφαρμογι που αναπτφςςεται ςτθν παροφςα διπλωματικι εγραςία (επίπεδα 5, 4 και 3) χτίηεται πάνω ςτο λειτουργικό ςφςτθμα (operating system OS) του υπολογιςτι και μζςω τθσ εςωτερικισ ςτοίβασ πρωτοκόλλων, τα πακζτα δρομολογοφνται ςτο Διαδίκτυο (επίπεδα 2 και 1). Το επίπεδο 5 από τθ διάταξθ ςφλλθψθσ φωνισ (μικρόφωνο), ςυλλαμβάνει και μορφοποιεί τον ανκρϊπινο ιχο. Στο ςθμείο αυτό, το δομικό ςτοιχείο που παράγεται είναι ζνα αντικείμενο τφπου TargetDataLine και μζλθμα τθσ εφαρμογισ θ ςωςτι διαχείριςθ τθσ εςωτερικισ του μνιμθσ (buffer). Στθ ςυνζχεια, θ μορφοποιθμζνθ φωνι παραδίδεται ςτο επίπεδο 4, όπου δθμιουργείται μία εξερχόμενθ ροι δεδομζνων. Δομικό ςτοιχείο του επιπζδου είναι το αντικείμενο τφπου DataOutputStream, το οποίο δεν διακζτει εςωτερικι μνιμθ. Κατεβαίνοντασ επίπεδο, θ ροι των bytes παραδίδεται ςτο TCP προκειμζνου να αποςταλεί ςτον υπολογιςτι προοριςμοφ. Το δομικό ςτοιχείο που ςυναντάται ςτο επίπεδο 3 είναι ζνα αντικείμενο τφπου Socket. Θ εςωτερικι μνιμθ του αντικειμζνου ζχει δεδομζνο μζγεκοσ, όπωσ αυτό ορίηεται από τθν εφαρμογι (setsendbuffersize). Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 67

73 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Θ εφαρμογι είναι ανεξάρτθτθ του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ και των υποδομϊν του δικτφου και παραδίδεται ςτο επίπεδο 2. Ρρόκειται, ουςιαςτικά, για το επίπεδο 3 του μοντζλου του OSI και εκεί γίνεται θ δρομολόγθςθ (routing) των πακζτων. Το επίπεδο 1 αντιπροςωπεφει τα επίπεδα 2 και 1 του μοντζλου του OSI. Τα δεδομζνα μζςα από το φυςικό μζςο, το οποίο μπορεί να είναι είτε ενςφρματο, είτε αςφρματο, είτε οπτικι ίνα, ταξιδεφουν ςτο Διαδίκτυο προκειμζνου να φτάςουν ςτον προοριςμό τουσ. Σφςτθμα Ιχου - Εςωτερικι Μνιμθ 5 Java Audio System Buffering 4 οι Δεδομζνων - Χωρίσ Εςωτερικι Μνιμθ Java Data Stream No Buffering Εφαρμογι Ρακετοποίθςθσ Φωνισ Java-based Packet Voice Application AlkistisPacketVoice.java 3 Υποδοχζσ TCP - Εςωτερικι Μνιμθ Java TCP Socket Buffering 2 1 Δρομολόγθςθ Ρακζτων μζςω Διαδικτφου Internal Protocol Stack Δεδομζνα και Φυςικό Επίπεδο Internet Data and Physical Layer Λειτουργικό Σφςτθμα Operating System Υπθρεςίεσ Ραροχισ Διαδικτφου Internet Service Provider s Network Μζςο Μετάδοςθσ Transmission Medium Σχιμα 28: Τα Επίπεδα τθσ Αρχιτεκτονικισ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 68

74 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Θ εςωτερικι μνιμθ του επιπζδου 5, αφορά ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου και ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ ιχου. Απεικονίηονται δε, αντίςτοιχα, ςτο Σχιμα 29 και ςτο Σχιμα 30. ςτακερόσ ρυκμόσ ςφλλθψθσ πακζτων Σχιμα 29: Εςωτερικι Μνιμθ Διάταξθσ Σφλλθψθσ Ιχου (TX BUFFER). ςτατιςτικόσ ρυκμόσ εκπομπισ πακζτων ςτατιςτικόσ ρυκμόσ λιψθσ πακζτων ςτακερόσ ρυκμόσ αναπαραγωγισ πακζτων Σχιμα 30: Εςωτερικι Μνιμθ Διάταξθσ Αναπαραγωγισ Ιχου (RX BUFFER). 2.7 Διάγραμμα Λειτουργίασ τθσ Εφαρμογισ Θ ανάπτυξθ του κϊδικα, ο οποίοσ ςχεδιάηεται ςτα πλαίςια τθσ παροφςασ διπλωματικισ εργαςίασ, ςτθρίηεται ςε τζςςερισ διακριτζσ λειτουργίεσ. Σφλλθψθ Δεδομζνων Φωνισ (capture). Μετάδοςθ Δεδομζνων Φωνισ (transmit). Λιψθ Δεδομζνων Φωνισ (receive). Αναπαραγωγι Δεδομζνων Φωνισ (play). Στθ διάταξθ τθσ ςφλλθψθσ και τθσ αναπαραγωγισ, ςυμμετζχουν, αντίςτοιχα, οι διατάξεισ ειςόδου και εξόδου ιχου του υπολογιςτι. Επιπλζον, θ μετάδοςθ και θ λιψθ πραγματοποιείται μζςω των υποδοχϊν TCP (TCP sockets) και των ροϊν, που αυτζσ δθμιουργοφν. Επιπλζον των παραπάνω λειτουργιϊν, πρωταρχικό ρόλο ςτθ ςχεδίαςθ τθσ εφαρμογισ, διαδραματίηει ο μθχανιςμόσ ελζγχου ελαςτικισ μνιμθσ των δεδομζνων φωνισ (voice data buffering control mechanism). Στο Σχιμα 31 που ακολουκεί, παρουςιάηεται ζνα απλοποιθμζνο διάγραμμα λειτουργίασ του κϊδικα. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 69

75 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Στθν πλευρά του πομποφ, λαμβάνει χϊρα θ παραγωγι πακζτων φωνισ ςε τακτά χρονικά διαςτιματα. Τα πακζτα ζχουν ςτακερό μικοσ και ο χρόνοσ μεταξφ δφο διαδοχικϊν πακζτων κακορίηεται από το ρυκμό δειγματολθψίασ τθσ φωνισ. Ωςτόςο, προβλζπεται μθχανιςμόσ ελζγχου των δεδομζνων, που είναι διακζςιμα από τθ διάταξθ ςφλλθψθσ ιχου και είναι ζτοιμα προσ μετάδοςθ. Στθν πλευρά του δζκτθ, γίνεται λόγοσ για κραφςματα και όχι για πακζτα. Στουσ δρομολογθτζσ που μεςολαβοφν από τον αποςτολζα ωσ τον παραλιπτθ, ςυντελείται ο κατακερματιςμόσ των πακζτων (packet fragmentation), με αποτζλεςμα να λαμβάνονται, τελικά, τεμάχια μεταβλθτοφ μικουσ. Εξαιτίασ των ςτατιςτικϊν μεταβολϊν τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ επικοινωνίασ, τα πακζτα φτάνουν ςε άτακτα χρονικά διαςτιματα. Ρομπόσ - TX Δζκτθσ- RX Internet Στακερό Μικοσ Ρακζτων (Fixed Packet Length) Τακτά Χρονικά Διαςτιματα (Regular Time Intervals) Μθχανιςμόσ Ελζγχου Ελαςτικισ Μνιμθσ Μεταβλθτό Μικοσ Κραυςμάτων (Variable Fragment Length) Άτακτα Χρονικά Διαςτιματα (Random Time Intervals) (Java-based Elastic Buffer Control Mechanism) AlkistisPacketVoice.class Σχιμα 31: Διάγραμμα Λειτουργίασ. Για να υποβοθκθκεί θ επικοινωνία, ςχεδιάηεται ζνα πρϊτο ςτάδιο ελζγχου τθσ ελαςτικισ μνιμθσ, από τθ ςτιγμι που ςυλλαμβάνονται μζχρι και τθ ςτιγμι που αναπαράγονται τα πακζτα φωνισ. Σφμφωνα με τουσ μθχανιςμοφσ ελζγχου που υλοποιοφνται, προβλζπονται πακζτα με δεδομζνα φωνισ μεταβλθτοφ μικουσ, τόςο κατά τθ διαδικαςία εκπομπισ, όςο και κατά τθ διαδικαςία τθσ λιψθσ, ςφμφωνα με τισ εκάςτοτε ςυνκικεσ που επικρατοφν ςτο κανάλι επικοινωνίασ. Ακόμα, ορίηοντασ το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ τθσ υποδοχισ TCP, θ εφαρμογι διαχειρίηεται καλφτερα τον ζλεγχο τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 70

76 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Επιπλζον, ςε περιπτϊςεισ ζντονων και χρονικά μεγάλθσ διάρκειασ κακυςτεριςεων, ςυμβαίνει απόρριψθ πακζτων φωνισ. Στα πλαίςια τθσ διαδικαςίασ αυτισ, πακζτα που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ ςυςκευι ειςόδου του ιχου, διαβάηονται αλλά δεν δίνονται ποτζ προσ μετάδοςθ ςτθν υποδοχι TCP. Με τον τρόπο αυτόν, υποβακμίηεται μεν θ ποιότθτα τθσ φωνισ, επιτυγχάνεται δε ζνασ κακόλα ευχερισ διάλογοσ, ακόμα και ςε ςτιγμζσ που εμφανίηονται δυςμενείσ ςυνκικεσ ςτο κανάλι επικοινωνίασ. Με λίγα λόγια, θ υποβάκμιςθ, ςε αποδεκτά όρια, τθσ ποιότθτασ του μεταδιδόμενου ιχου, αποτελεί το τίμθμα τθσ διατιρθςθσ τθσ επικοινωνίασ των δφο άκρων, ςε ςτιγμζσ που θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ κυμαίνεται ςε οριακά χαμθλζσ τιμζσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 71

77 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Διάγραμμα Ροισ Στα πλαίςια τθσ εφαρμογισ αναπτφςςεται, τόςο ο κϊδικασ, ο οποίοσ εκτελείται ςτον υπολογιςτι, που ζχει το ρόλο του διακομιςτι, όςο και ο κϊδικασ ο οποίοσ εκτελείται ςτον υπολογιςτι, που ζχει το ρόλο του πελάτθ. Στο Σχιμα 32 απεικονίηεται το διάγραμμα ροισ του διακομιςτι και ςτο Σχιμα 33 παριςτάνεται, αντίςτοιχα, το διάγραμμα ροισ του πελάτθ. Start import διλωςθ αντικειμζνων διλωςθ αρχείων ss = new ServerSocket (p) ss.setsotimeout (ms) No Connection ΟΧΛ s = ss.accept () ΝΑΛ Connected δθμιουργία αρχείων Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 72

78 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 s.setsendbuffersize (size) s.setreceivebuffersize (size) in = new DataInputStream (s.getinputstream()) out = new DataOutputStream (s.getoutputstream()) FormatIn = new AudioFormat (8000,16,1,true,false) In = AudioSystem.getTargetDataLine (FormatIn) FormatOut = new AudioFormat (8000,16,1,true,false) Out = AudioSystem.getSourceDataLine (FormatOut) In.open (FormatIn,size) In.start () Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 73

79 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Out.open (FormatOut,size) Out.start () Thread.sleep (4) πυρινασ κϊδικα ΟΧΛ L = In.available () ΝΑΛ ΟΧΛ L>256 ΝΑΛ ΝΑΛ L>14000 In.read (array,0,8000) ΟΧΛ ΝΑΛ L>1024 L = 1024 ΟΧΛ M = In.read (array,0,l) κωδικοποίθςθ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 74

80 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 out.write (array,0,m) ΟΧΛ L = in.available () ΝΑΛ ΟΧΛ L>32 ΝΑΛ ΝΑΛ (L%2) = 1 L = L - 1 ΟΧΛ ΝΑΛ L>1024 L = 1024 ΟΧΛ M = in.read (array,0,l) αποκωδικοποίθςθ L = Out.available () ΝΑΛ M<L ΟΧΛ M = M M = L Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 75

81 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Out.write (array,0,m) τζλοσ πυρινα κϊδικα ΟΧΛ Τερματιςμόσ Επικοινωνίασ ΝΑΛ Απενεργοποίθςθ και κλείςιμο αρχείων, ροϊν και υποδοχϊν Σχιμα 32: Διάγραμμα οισ Διακομιςτι. Σφμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα ροισ, αρχικά, ειςάγονται οι απαραίτθτεσ βιβλιοκικεσ Java για τθν εκτζλεςθ του προγράμματοσ και ακολουκεί το τμιμα των δθλϊςεων. Στθ ςυνζχεια δθμιουργείται το αντικζιμενο τφπου ServerSocket και ο διακομιςτισ τίκεται ςε ςυνεχι λειτουργία προκειμζνου να δζχεται κλιςεισ από τουσ πελάτεσ, που κζλουν να ςυνδεκοφν μαηί του. Τθ ςτιγμι που κα αποδεχκεί ο διακομιςτισ κλιςθ από ζναν απομακρυςμζνο πελάτθ, επιςτζφει ζνα αντικείμενο τφπου Socket. Θ επικοινωνία μεταξφ διακομιςτι και πελάτθ είναι πλζον γεγονόσ. Δθμιουργοφνται τα απαραίτθτα αρχεία για τθν καταγραφι ςτατιςτικϊν ςτοιχείων τθσ κλιςθσ. Ακολουκεί ο οριςμόσ του μεγζκουσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ τθσ υποδοχισ τόςο για τα ειςερχόμενα δεδομζνα, όςο και για τα εξερχόμενα, κακϊσ και θ δθμιουργία των αντίςτοιχων ροϊν. Με τισ επόμενεσ εντολζσ, δθμιουργοφνται τα αντικείμενα μορφοποίθςθσ ειςερχόμενου και εξερχόμενου ιχου και κατόπιν ενεργοποιοφνται. Στθ ςυνζχεια, αναπτφςςεται ο πυρινασ του κϊδικα, ςτον οποίον υλοποιοφνται οι βαςικζσ λειτουργίεσ τθσ εφαρμογισ, που αναφζρκθκαν παραπάνω. Ρρόκειται για ζναν ατζρμονα βρόχο, ο οποίοσ ξεκινάει με μία εντολι παφςθσ του προγράμματοσ για 4 milliseconds. Ακολουκεί μία περίοδοσ αναμονισ μζχρι να παραχκοφν και να ςυλλθφκοφν τα διακζςιμα δεδομζνα φωνισ. Ραράγονται πακζτα ςτακεροφ μικουσ ςε τακτά χρονικά διαςτιματα, ςφμφωνα με το ρυκμό που γίνεται θ δειγματολθψία τθσ φωνισ. Δθμιουργϊντασ, όμωσ, μεταβλθτό μικοσ πακζτου, τόςο κατά τθν εκπομι, όςο και κατά τθ λιψθ, ο κϊδικασ προςαρμόηεται ςτθν ταχφτθτα τθσ γραμμισ αλλά και ςτθν ταχφτθτα του μθχανιματοσ, ςτο οποίο εκτελείται. Ππωσ ζχει ιδθ αναλυκεί, ςκόπιμο είναι να υπάρχουν περιοριςμοί ςτο μικοσ των μεταδιδόμενων πακζτων. Επομζνωσ, το ελάχιςτο μικοσ του προσ εκπομπι πακζτου ορίηεται ςτα 256 bytes, ικανό ϊςτε να παρακολουκεί τισ βυκίςεισ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 76

82 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 του δικτφου και να δθμιουργεί μία ομαλι ροι ςτθν επικοινωνία των δφο άκρων. Επίςθσ, εξαναγκάηεται ζνα μζγιςτο μικοσ ίςο με 1024 bytes, προκειμζνου να μθν εκπζμπονται τεράςτια πακζτα. Αν δεν ζχει ςυμπλθρωκεί ο απαιτοφμενοσ ελάχιςτοσ όγκοσ δεδομζνων για εκπομπι, παραλείπεται για τθν τρζχουςα επανάλθψθ του βρόχου θ διαδικαςία και τα δεδομζνα παραμζνουν αποκθκευμζνα ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου. Σε περίοδο όπου το δίκτυο παρουςιάηει βυκίςεισ, δθλαδι πτϊςθ τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ επικοινωνίασ, αναπτφςςονται κακυςτεριςεισ ςτθν ανάγνωςθ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου. Ραρόλα αυτά, κατά τθ διάρκεια των βυκίςεων θ εςωτερικι μνιμθ εξακολουκεί να γεμίηει, με ςτακερό ρυκμό, με πακζτα που ςυλλαμβάνονται. Επομζνωσ, ςυςςωρεφονται δεδομζνα φωνισ τα οποία δεν μεταδίδονται. Στθν αποκατάςταςθ των βυκίςεων, αν θ ςυςςωρευμζνθ φωνι είναι διάρκειασ αρκετϊν δευτερολζπτων (L>14000), δεν ζχει νοιμα θ μετάδοςι τθσ. Για αυτόν το λόγο, αποφαςίηεται θ απόρριψθ οριςμζνων bytes, απλϊσ με τθ διαδικαςία τθσ ανάγνωςθσ, χωρίσ αυτά να αποςταλοφν. Θ επιλογι των 8000 bytes για ανάγνωςθ, είναι απόρροια του οριςμζνου μεγζκουσ του πίνακα, ςτον οποίο εγγράφονται τα δεδομζνα φωνισ. Κατ αυτόν τον τρόπο εξαςφαλίηεται, ακόμα και ςε περιόδουσ μεγάλων βυκίςεων, ζνασ ευχερισ διάλογοσ χωρίσ μετάδοςθ κακυςτερθμζνθσ φωνισ. Αφοφ γίνει γνωςτό το μζγεκοσ πακζτου που πρόκειται να μεταδοκεί, πραγματοποιείται θ ανάγνωςι του. Ρρόκειται για μία διαδικαςία, θ οποία αναςτζλλει τθν λειτουργία των υπόλοιπων εντολϊν του προγράμματοσ και κακορίηει τον χρόνο εκτζλεςθσ του βρόχου. Τα δεδομζνα φωνισ είναι αδφνατο να διαβαςτοφν με μικρότερθ ςυχνότθτα από τθ ςυχνότθτα δειγματολθψίασ, επομζνωσ όλοσ ο βρόχοσ αποκτά χρονιςμό, ίδιο με το χρονιςμό τθσ εντολισ ανάγνωςθσ. Θ εκτζλεςθ των υπόλοιπων εντολϊν του βρόχου γίνεται ακαριαία, εκτόσ αν προκλθκεί αναςτολι από τθν εντολι write, όπωσ εξθγείται ςτθ ςυνζχεια. Το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ M αντιπροςωπεφει τον αρικμό των bytes που διαβάςτθκαν και πρόκειται να αποςταλοφν. Ο πίνακασ array είναι ζνασ πίνακασ από bytes, όπου ανά δφο οι κζςεισ του αντιπροςωπεφουν ζνα δείγμα φωνισ. Ρριν αποςταλοφν τα δεδομζνα φωνισ, υφίςτανται κωδικοποίθςθ. Στθν ανάπτυξθ του κϊδικα με τθν παλμοκωδικι διαμόρφωςθ, ςτον πίνακα των δεδομζνων φωνισ εγγράφονται οι τιμζσ των δειγμάτων, όπωσ προκφπτουν από τθ διαδικαςία τθσ δειγματολθψίασ. Στθν ανάπτυξθ του κϊδικα με τθ διαφορικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ, από τον πίνακα με τισ τιμζσ των δειγμάτων καταςκευάηεται ζνασ νζοσ πίνακασ, ο οποίοσ ςε κάκε κζςθ περιζχει τθ διαφορά δφο διαδοχικϊν δειγμάτων. Θ κάκε διαφορά, απαιτεί για να κωδικοποιθκεί, μικρότερο αρικμό bits, εξαςφαλίηοντασ με αυτόν τον τρόπο, καλφτερθ διαχείριςθ του εφρουσ ηϊνθσ του καναλιοφ επικοινωνίασ. Το περιεχόμενο του καινοφργιου πίνακα είναι τα δεδομζνα τα οποία, ςτθ ςυνζχεια, κα εγγραφοφν προσ τθν εξερχόμενθ ροι. Συνεχίηοντασ, με τθν εντολι write πραγματοποιείται θ αποςτολι των δεδομζνων φωνισ. Θ write επενεργεί απευκείασ ςτθν ζξοδο του πομποφ προσ το Διαδίκτυο, δίνοντασ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 77

83 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 τα M bytes προσ εκπομπι ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ. Θ διαδικαςία αυτι, άλλοτε προκαλεί αναςτολι ςτθν εκτζλεςθ των εντολϊν που ακολουκοφν και άλλοτε όχι. Μόλισ εμφανιςτοφν πακζτα ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ υποδοχισ, τίκεται ςε λειτουργία ο εςωτερικόσ μθχανιςμόσ τθσ Java και του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ και τα πακζτα αποςτζλλονται ςτο Διαδίκτυο. Αν τθ ςτιγμι αυτι παρουςιαςτεί βφκιςθ, δεν λειτουργοφν οι παραπάνω μθχανιςμοί με αποτζλεςμα να ςυςςωρεφονται bytes. Με τον τρόπο αυτό, ςυντελείται θ ανάδραςθ (feedback) από το δίκτυο προσ τθν εφαρμογι. Αν ο αρικμόσ των δεδομζνων κατά τθ διάρκεια μεγάλων βυκίςεων φτάςει να υπερχειλίςει τθ μνιμθ, αναςτζλλεται θ εκτζλεςθ των παρακάτω εντολϊν του προγράμματοσ. Αντίκετα, ςτισ μικρζσ βυκίςεισ ι όταν ςτθν καλφτερθ περίπτωςθ αυτζσ απουςιάηουν, θ εςωτερικι μνιμθ δε γεμίηει με αποτζλεςμα να εκτελοφνται ακαριαία οι ακόλουκεσ εντολζσ. Το πρόγραμμα ςυνεχίηει με τθ διαδικαςία λιψθσ δεδομζνων φωνισ. Υπάρχει μία αναμονι μζχρισ ότου φτάςουν, μζςω τθσ ειςερχόμενθσ ροισ, διακζςιμα δεδομζνα. Το ελάχιςτο μικοσ λαμβανόμενου πακζτου ορίηεται ςτα 32 bytes και το μζγιςτο ςτα 1024 bytes. Αν δεν ζχει λθφκεί ο απαιτοφμενοσ ελάχιςτοσ όγκοσ δεδομζνων, παραλείπεται για τθν τρζχουςα επανάλθψθ του βρόχου θ διαδικαςία και τα δεδομζνα παραμζνουν αποκθκευμζνα ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ υποδοχισ. Επιπλζον, υπάρχει απαίτθςθ να λαμβάνεται άρτιοσ αρικμόσ δεδομζνων, διότι το bigendianformat χειρίηεται μόνο άρτιο αρικμό. Επομζνωσ, διαβάηονται όλα τα δεδομζνα αν ο αρικμόσ τουσ είναι άρτιοσ, ενϊ διαβάηεται ζνα λιγότερο αν ο αρικμόσ τουσ είναι περιττόσ. Το byte που δεν διαβάηεται, παραμζνει ςτθν εςωτερικι μνιμθ και κα διαβαςτεί με τα επόμενα δεδομζνα που λαμβάνονται. Με τθν παραπάνω διαδικαςία εξαςφαλίηεται θ ανάγνωςθ των ειςερχόμενων δεδομζνων ςε πρακτικά μθδενικό χρόνο. Ο αρικμόσ των δεδομζνων που διαβάηεται αντιπροςωπεφεται από τθ μεταβλθτι M. Ακολουκεί θ αποκωδικοποίθςθ των λαμβανόμενων δεδομζνων, πριν τθ διαδικαςία τθσ τελικισ τουσ αναπαραγωγισ από το μεγάφωνο. Στθν ανάπτυξθ του κϊδικα με τθν παλμοκωδικι διαμόρφωςθ, ςτον πίνακα δεδομζνων φωνισ υπάρχουν οι πραγματικζσ τιμζσ των δειγμάτων που χρειάηεται να αναπαραχκοφν. Στθν ανάπτυξθ του κϊδικα με τθ διαφορικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ, είναι πρωταρχικι ανάγκθ από τισ διαφορζσ των δειγμάτων που λαμβάνονται, να ανακαταςκευαςτοφν τα αρχικά δείγματα. Στον κϊδικα που ακολουκεί, θ μεταβλθτι L αντιπροςωπεφει τον αρικμό δεδομζνων που υπάρχει περικϊριο να εγγραφοφν ςτθν εςωτερικι μνιμθ του μεγαφϊνου, προκειμζνου να μθν οδθγθκεί το πρόγραμμα ςε αναςτολι των λειτουργιϊν που ακολουκοφν. Το μζγεκοσ του τρζχοντοσ πακζτου (M) ςυγκρίνεται με τον ελεφκερο χϊρο τθσ εςωτερικισ μνιμθσ και θ μικρότερθ τιμι αποτελεί το νζο μζγεκοσ του πακζτου. Τελικά, ο βρόχοσ ολοκλθρϊνεται με τθν αναπαραγωγι από το μεγάφωνο του τρζχοντοσ πακζτου. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 78

84 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Πςο κάποιο από τα δφο άκρα τθσ επικοινωνίασ δεν απαιτεί διακοπι, οι λειτουργίεσ του βρόχου εκτελοφνται επ άπειρον. Μόλισ ο πελάτθσ διακόψει τθν επικοινωνία, κλείνουν όλα τα τρζχοντα αρχεία, ροζσ και υποδοχζσ. Τζλοσ, ο διακομιςτισ τίκεται εκ νζου ςε αναμονι προκειμζνου να δεχκεί νζα κλιςθ. Start import διλωςθ αντικειμζνων διλωςθ αρχείων s = new Socket (a,p) δθμιουργία αρχείων s. setsendbuffersize (size) s. setreceivebuffersize (size) in = new DataInputStream (s. getinputstream()) out = new DataOutputStream (s. getoutputstream()) FormatIn = new AudioFormat (8000,16,1,true,false) Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 79

85 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 In = AudioSystem. gettargetdataline (FormatIn) FormatOut = new AudioFormat (8000,16,1,true,false) Out = AudioSystem. getsourcedataline (FormatOut) In. open (FormatIn,size) In. start () Out. open (FormatOut,size) Out. start () Thread.sleep (4) πυρινασ κϊδικα ΟΧΛ L = In. available () ΝΑΛ ΟΧΛ L>256 ΝΑΛ ΝΑΛ L>14000 In. read (array,0,8000) ΟΧΛ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 80

86 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 L>1024 ΟΧΛ ΝΑΛ L = 1024 M = In. read (array,0,l) κωδικοποίθςθ out. write (array,0,m) ΟΧΛ L = in. available () ΝΑΛ ΟΧΛ L>32 ΝΑΛ (L%2) = 1 ΟΧΛ ΝΑΛ L = L - 1 L>1024 ΟΧΛ ΝΑΛ L = 1024 M = in. read (array,0,l) αποκωδικοποίθςθ Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 81

87 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 L = Out. available () ΝΑΛ M<L ΟΧΛ M = M M = L Out. write (array,0,m) τζλοσ πυρινα κϊδικα ΟΧΛ Τερματιςμόσ Επικοινωνίασ ΝΑΛ Απενεργοποίθςθ και κλείςιμο αρχείων, ροϊν και υποδοχϊν End Σχιμα 33: Διάγραμμα οισ Ρελάτθ. Σφμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα ροισ του πελάτθ, ειςάγονται αρχικά οι απαραίτθτεσ βιβλιοκικεσ και ακολουκοφν οι δθλϊςεισ των αντικειμζνων. Δθμιουργείται ζνα αντικείμενο τφπου Socket και ο πελάτθσ ηθτά να ςυνδεκεί με κάποιον απομακρυςμζνο διακομιςτι. Μόλισ δθμιουργθκεί θ ςφνδεςθ, δθμιουργοφνται και τα απαραίτθτα αρχεία για τθν καταγραφι ςτατιςτικϊν ςτοιχείων τθσ κλιςθσ. Ακολουκεί ο οριςμόσ του μεγζκουσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ τθσ υποδοχισ τόςο για τα ειςερχόμενα δεδομζνα, όςο και για τα εξερχόμενα, κακϊσ και θ δθμιουργία των αντίςτοιχων ροϊν. Στθ ςυνζχεια, δθμιουργοφνται τα αντικείμενα μορφοποίθςθσ ειςερχόμενου και εξερχόμενου ιχου και κατόπιν ενεργοποιοφνται. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 82

88 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Ακολουκεί ο πυρινασ του κϊδικα με τθν εκτζλεςθ του ατζρμονα βρόχου, όπωσ ακριβϊσ και ςτθν περίπτωςθ του διακομιςτι. Πςο κάποιο από τα δφο άκρα τθσ επικοινωνίασ δεν απαιτεί διακοπι, οι λειτουργίεσ του βρόχου εκτελοφνται επ άπειρον. Μόλισ κάποιο από τα ςυμβαλλόμενα μζλθ διακόψει τθν επικοινωνία, κλείνουν όλα τα τρζχοντα αρχεία, ροζσ και υποδοχζσ και τερματίηει το πρόγραμμα του πελάτθ. Τζλοσ, ςτο Σχιμα 34 που ακολουκεί απεικονίηεται θ αμφίδρομθ επικοινωνία του διακομιςτι με ζναν πελάτθ. εκπομπι Server μικρόφωνο In out λιψθ μεγάφωνο Out in Internet λιψθ Client in Out μεγάφωνο εκπομπι out In μικρόφωνο Σχιμα 34: Αμφίδρομθ Επικοινωνία Σφνδεςθσ TCP/IP. Από το μικρόφωνο του διακομιςτι, μζςω Διαδικτφου, ςτζλνεται θ φωνι ςτο μεγάφωνο του πελάτθ. Αντίςτοιχα, από το μικρόφωνο του πελάτθ, ςτζλνεται θ φωνι ςτο μεγάφωνο του διακομιςτι. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 83

89 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Γραφικό Περιβάλλον τθσ Εφαρμογισ Θ εφαρμογι που αναπτφςςεται ςτθν παροφςα διπλωματικι εργαςία ςυνοδεφεται από το αντίςτοιχο γραφικό περιβάλλον διεπικοινωνίασ τθσ εφαρμογισ με το χριςτθ (Graphical User Interface GUI), προκειμζνου να διευκολφνεται θ πρόςβαςθ ςτισ υπθρεςίεσ που προςφζρει. Δφο από τισ ςθμαντικότερεσ βιβλιοκικεσ που χρθςιμοποιοφνται για τθν καταςκευι του GUI, είναι θ java.awt και θ javax.swing. Στθν javax.swing ανικει θ κλάςθ JFrame, θ οποία παρζχει μεκόδουσ καταςκευισ ενόσ πλαιςίου. Το πλαίςιο είναι ζνα παράκυρο με γραμμι τίτλου και κουμπιά για ςμίκρυνςθ, μεγζκυνςθ και κλείςιμο. Ρροκειμζνου να καταςκευαςτεί το πλαίςιο απαιτοφνται οι παρακάτω εντολζσ: public class AlkistisPacketVoice extends JFrame { public AlkistisPacketVoice () { //δημιουργία πλαιςίου. } } Ρρϊτθ εντολι που γράφεται κατά τθ δθμιουργία του πλαιςίου είναι θ: super ( Alkistis Packet Voice ); Με αυτόν τον τρόπο καταςκευάηεται το κφριο παράκυρο τθσ εφαρμογισ, με το όριςμα τθσ διλωςθσ να αποτελεί τον τίτλο που κα εμφανίηεται κατά μικοσ, ςτο πάνω μζροσ του παρακφρου. Στθ ςυνζχεια ορίηεται το μζγεκοσ του παρακφρου με τθν εντολι: public void setsize (int width, int height) [18] Μζςα από τα ορίςματα δίνεται ο ακζραιοσ αρικμόσ των pixels για το μικοσ και το φψοσ του πλαιςίου. Επιπλζον, με τθν εντολι: setdefaultcloseoperation (JFrame.EXIT_ON_CLOSE); Το πλαίςιο εξαφανίηεται με πάτθμα ςτο κουμπί εξόδου που βρίςκεται πάνω δεξιά. Το παράκυρο γίνεται ορατό, κακϊσ εκτελείται θ εφαρμογι, με τθν εντολι: setvisible (true); Με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου public Container getcontentpane() [18] δθμιουργείται ζνασ υποδοχζασ, ζνα αντικείμενο p τφπου Container, που αντιπροςωπεφει το τμιμα περιεχομζνου του παρακφρου. Επιπλζον, για τθ δθμιουργία του παρακφρου ορίηεται ζνασ γενικόσ διαχειριςτισ διάταξθσ πλζγματοσ. Σφμφωνα με το διαχειριςτι, το παράκυρο Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 84

90 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 αποτελείται από ζξι γραμμζσ και μία ςτιλθ, με απόςταςθ μεταξφ των ςτοιχείων 10 pixel κατά πλάτοσ και 10 pixel κατά μικοσ: GridLayout layout = GridLayout (6,1,10,10); Ο διαχειριςτισ διάταξθσ ενςωματϊνεται ςτο παράκυρο με τθν εντολι: p.setlayout (layout); Για να ολοκλθρωκεί θ δθμιουργία του παρακφρου, καλείται θ εντολι setcontentpane() με όριςμα το αντικείμενο p. Το παράκυρο είναι διαιρεμζνο, ςφμφωνα με το διαχειριςτι, ςε ζξι γραμμζσ, προκειμζνου να χρθςιμοποιοφνται διαφορετικοί κανόνεσ για τθν οργάνωςθ κάκε τμιματοσ. Κάκε τμιμα είναι ζνα αντικείμενο τφπου JPanel. Για τον οριςμό και τθ δθμιουργία κάκε τμιματοσ χρθςιμοποιοφνται οι παρακάτω εντολζσ: JPanel row_i = new JPanel (); FlowLayout layout_i = new FlowLayout (FlowLayout.CENTER,10,10); row_i.setlayout (layout_i); row_i.add (ςτοιχείο_j); p.add (row_i); Ο διαχειριςτισ διάταξθσ για κάκε τμιμα είναι μία διάταξθ ροισ, κεντραριςμζνθ, με τα ςτοιχεία τθσ να απζχουν ςε μικοσ και ςε φψοσ 10 pixels. Ο διαχειριςτισ διάταξθσ προςτίκεται ςτο πάνελ και ςτθ ςυνζχεια προςτίκενται ςε κάκε ζνα από τα ζξι τμιματα, όλα τα ςτοιχεία που το αποτελοφν. Τζλοσ, το κάκε πάνελ προςτίκεται ςτον υποδοχζα p του κυρίωσ παρακφρου. Στοιχεία τα οποία αποτελοφν μζλθ των τμθμάτων του βαςικοφ παρακφρου, είναι τα παρακάτω: public JRadioButton (String text) [18] Δθμιουργείται ζνα κουμπί τφπου ραδιοφϊνου και αριςτερά του εμφανίηεται το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ text. Δφο ι τρία αντικείμενα τφπου JRadioButton αποτελοφν μία ομάδα, όπου μόνο ζνα κάκε φορά μπορεί να είναι πατθμζνο, με τθν εντολι: ButtonGroup group = new ButtonGroup (); public JLabel (String text, int horizontalalignment) [18] Δθμιουργείται μία ετικζτα με το κείμενό τθσ να ορίηεται από το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ text. Στθ κζςθ του δεφτερου ορίςματοσ χρθςιμοποιείται θ εντολι JLabel.LEFT, προκειμζνου το κείμενο να βρίςκεται ςτα αριςτερά. Αν κατά τθ διάρκεια εκτζλεςθσ του προγράμματοσ, κρικεί απαραίτθτο να αλλάξει το περιεχόμενο του αντικειμζνου JLabel, Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 85

91 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 καλείται θ μζκοδοσ settext (String text). Το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ text αποτελεί το νζο κείμενο που κα εμφανίηεται ςτθν ετικζτα. public JTextField (int columns) [18] Δθμιουργείται μία περιοχι, ςτθν οποία ο χριςτθσ τθσ εφαρμογισ μπορεί να ειςάγει κείμενο. Το πλικοσ των χαρακτιρων υπαγορεφεται από το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ columns. Το περιεχόμενο του κειμζνου που ειςάγει ο χριςτθσ, ανακτάται με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου gettext (). public JButton (String text) [18] Δθμιουργείται ζνα κουμπί με ετικζτα που αντιπροςωπεφεται από το κείμενο τθσ μεταβλθτισ text. public JProgressBar (int min, int max) [18] Δθμιουργείται μία οριηόντια μπάρα, θ οποία ξεκινάει από τον αρικμό που υποδεικνφει το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ min και τερματίηει ςτον αρικμό που αποτελεί το περιεχόμενο τθσ μεταβλθτισ max. Το ποςοςτό κατά το οποίο γεμίηει θ μπάρα, κακορίηεται από μία ακζραια τιμι. Με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου setvalue (int n) ορίηεται θ τρζχουςα τιμι, μζχρι τθν οποία είναι γεμάτθ θ μπάρα. Με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου getvalue () επιςτρζφεται ςτο πρόγραμμα θ τρζχουςα τιμι τθσ μπάρασ. Επιπλζον, για να μθν είναι ορατά τα πλαίςια τθσ μπάρασ, καλείται θ ςυνάρτθςθ setborderpainted (false). Θ γραμματοςειρά που χρθςιμοποιείται ςτο παράκυρο ορίηεται με τθν κλιςθ τθσ μεκόδου setfont (new Font ( Times New Roman, Font.BOLD + Font.ITALIC, 14) ). Ακόμα, με τθν κλιςθ των ςυναρτιςεων setbackground (Color.color) και setforeground (Color.color) κακορίηεται το χρϊμα του παρακφρου αλλά και των ςτοιχείων που το αποτελοφν. Τζλοσ, το πρόγραμμα ζχει τθ δυνατότθτα να ςυμπεριφζρεται με ανάλογο τρόπο ςτο πάτθμα, με το ποντίκι, ενόσ κουμπιοφ. Απαραίτθτθ βιβλιοκικθ, προκειμζνου το GUI να «ακοφει» τα ςυμβάντα του χριςτθ είναι θ java.awt.event. ActionListener al = new ActionListener () { public void actionperformed (ActionEvent e) { // } } Θ διεπαφι (interface) ActionListener κάνει το πρόγραμμα να ανταποκρίνεται, όταν ο χριςτθσ κάνει κλικ πάνω ςε κάποιο κουμπί. Θ ActionListener ςτζλνει ςυμβάντα ςτθν κλάςθ actionperformed(). Μζςα ςτθν κλάςθ γράφονται όλεσ οι ενζργειεσ που εκτελοφνται από το πρόγραμμα, με το πάτθμα του αντίςτοιχου κουμπιοφ. Ρροκειμζνου το κάκε κουμπί να ανταποκρίνεται ςτα ςυμβάντα του χριςτθ, αμζςωσ μετά τθ δθμιουργία του, προςτίκεται και ο αντίςτοιχοσ ακροατισ ωσ εξισ: Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 86

92 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 buttonname.addactionlistener (al); Στθν Εικόνα 2 που ακολουκεί παρουςιάηεται το παράκυρο που ανοίγει, όταν ηθτείται η εκτζλεςθ τθσ εφαρμογισ. Εικόνα 2: Γραφικό Ρεριβάλλον Εφαρμογισ. Μζςω του παραπάνω παρακφρου ο χριςτθσ ζχει τθ δυνατότθτα, αρχικά, να επιλζξει τον τρόπο με τον οποίο κα κωδικοποιείται ο ιχοσ, DPCM ι PCM, κατά τθ διάρκεια τθσ κλιςθσ του. Στθν ετικζτα που ακολουκεί εμφανίηονται ενθμερωτικά μθνφματα, ανάλογα με τθν πορεία τθσ κλιςθσ. Για να τεκεί θ εφαρμογι ςε αναμονι, περιμζνοντασ να δεχκεί κλιςθ από κάποιον απομακρυςμζνο υπολογιςτι, αρκεί ζνα πάτθμα πάνω ςτο κουμπί με τθν ετικζτα Wait (CALL ANSWER). Αν υπάρχει θ επικυμία για κλιςθ προσ κάποιον απομακρυςμζνο υπολογιςτι, γράφεται θ διεφκυνςθ IP του προςδοκϊμενου αποδζκτθ ςτα πεδία που βρίςκονται δεξιά τθσ ετικζτασ IP Address. Στθ ςυνζχεια γίνεται κλικ ςτο κουμπί με τθν ετικζτα Call (CALL ORIGINATE). Πταν κάποιο από τα δφο άκρα επικυμιςει τθν απόλυςθ τθσ κλιςθσ, αρκεί ζνα πάτθμα ςτο κουμπί με τθν ετικζτα Hang up. Επιπλζον, κατά τθ διάρκεια τθσ κλιςθσ εμφανίηεται ο ρυκμόσ με τον οποίο λαμβάνονται πακζτα φωνισ (packets per second pps) κακϊσ και θ ρυκμαπόδοςθ (throughput kilobits per second - kbps) τθ δεδομζνθ χρονικι ςτιγμι. Εμφανίηεται, επίςθσ, θ ζνταςθ τθσ λαμβανόμενθσ φωνισ αλλά και τθσ φωνισ που μεταδίδεται. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 87

93 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Κβάντιςθ Δεδομζνων Θ κβάντιςθ των δεδομζνων που πρόκειται να μεταδοκοφν, αποτελεί ακόμα ζναν μθχανιςμό ελζγχου ελαςτικισ μνιμθσ. Σε χρονικζσ ςτιγμζσ, κατά τισ οποίεσ θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ αγγίηει οριακά χαμθλζσ τιμζσ, γίνεται επιτακτικι θ ανάγκθ για ακόμα μεγαλφτερο περιοριςμό του μικουσ του πακζτου. Ο περιοριςμόσ επιτυγχάνεται υλοποιϊντασ προςαρμοηόμενο κβαντιςτι μικρότερθσ ακρίβειασ. Με αυτόν τον τρόπο, υποβακμίηεται θ ποιότθτα του μεταδιδόμενου ιχου, προκειμζνου να διατθρθκεί θ ςυνζχεια τθσ επικοινωνίασ. Θ υλοποίθςθ του προςαρμοηόμενου κβαντιςτι ςτθρίηεται ςτισ αρχζσ τθσ Κεωρίασ «υκμοφ Ραραμόρφωςθσ». Με τον κϊδικα που αναπτφςςεται, ςφμφωνα με το διάγραμμα ροισ που απεικονίηεται ςτο Σχιμα 35, μελετάται θ ποιότθτα φωνισ ςτισ διάφορεσ ςυνκικεσ κβάντιςθσ. Start import διλωςθ αντικειμζνων διλωςθ αρχείων για εγγραφι δθμιουργία αρχείων για εγγραφι FormatIn = new AudioFormat (8000,16,1,true,false) In = AudioSystem. gettargetdataline (FormatIn) FormatOut = new AudioFormat (8000,16,1,true,false) Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 88

94 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Out = AudioSystem. getsourcedataline (FormatOut) In. open (FormatIn,size) In. start () Out. open (FormatOut,size) Out. start () ανάγνωςθ αρχείου ιχου DR BITS διαδικαςία κβάντιςθσ δειγμάτων υπολογιςμόσ ςφάλματοσ κβάντιςθσ υπολογιςμόσ SNR Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 89

95 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 αναπαραγωγι κβαντιςμζνου ιχου Απενεργοποίθςθ και κλείςιμο αρχείων, ειςόδου και εξόδου ιχου. End Σχιμα 35: Διάγραμμα οισ Κϊδικα Κβάντιςθσ. Να ςθμειωκεί πωσ ο παραπάνω κϊδικασ, εκτελείται αυτόνομα ςε ζναν υπολογιςτι. Σφμφωνα με τον κϊδικα, υλοποιείται ζνασ ομοιόμορφοσ γραμμικόσ κβαντιςτισ (uniform linear quantization). Υπάρχει επιλογι ανάμεςα ςε μθ προςαρμοηόμενο (nonadaptive) ι προςαρμοηόμενο (adaptive) κβαντιςτι. Επίςθσ, υιοκετείται θ κεωρθτικι εκτίμθςθ, πωσ οι τιμζσ του πλάτουσ των δειγμάτων, που αποτελοφν είςοδο για τον κβαντιςτι, ακολουκοφν κανονικι κατανομι. Ππωσ ορίηεται από το AudioFormat, κάκε δείγμα αναπαριςτάται με 16 bits. Ξεκινϊντασ θ εκτζλεςθ του κϊδικα, διαβάηεται από ζνα αρχείο ιχου ανκρϊπινθ φωνι διάρκειασ περίπου 4 δευτερολζπτων. Ακολοφκωσ, γίνεται θ επιλογι μθ προςαρμοηόμενου ι προςαρμοηόμενου κβαντιςτι και ειςάγεται ο επικυμθτόσ αρικμόσ των bits με τον οποίον κα κβαντιςτοφν τα δείγματα. X out Στθ ςυνζχεια, υπολογίηονται οι κβαντιςμζνεσ τιμζσ εφαρμόηοντασ τον τφπο X in * sign( X in)*. Ππου: 2 X out : Θ κβαντιςμζνθ τιμι. X in : Θ αρχικι τιμι. DR Δ: Το βιμα κβάντιςθσ για το οποίο ιςχφει. Με DR ςυμβολίηεται θ 2 BITS δυναμικι περιοχι (Dynamic Range DR) τθσ κβάντιςθσ. Λςχφουν οι εξισ περιπτϊςεισ: Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 90

96 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 2 Για μθ προςαρμοηόμενο κβαντιςτι DR % 2 Για προςαρμοηόμενο κβαντιςτι DR99.7% 2*3*. Θ δυναμικι περιοχι περιορίηεται μεταξφ τιμϊν, ςτισ οποίεσ περιλαμβάνεται το 99.7% του ςυνόλου των δειγμάτων, όπωσ παρουςιάηεται και ςτο Σχήμα 23 τθσ παραγράφου Θ μεταβλθτι ς, ορίηει τθν τυπικι απόκλιςθ και εκφράηει τθ μζςθ ιςχφ του ςιματοσ. Για προςαρμοηόμενο κβαντιςτι DR95% 2*2*. Θ δυναμικι περιοχι περιορίηεται μεταξφ τιμϊν, ςτισ οποίεσ περιλαμβάνεται το 95% του ςυνόλου των δειγμάτων, όπωσ παρουςιάηεται και ςτο Σχήμα 23 τθσ παραγράφου x : Με αυτό το ςφμβολο δθλϊνεται θ ςτρογγυλοποίθςθ ενόσ αρικμοφ x. Αν x>0 θ ςτογγυλοποίθςθ γίνεται προσ τα κάτω και αν x<0 θ ςτρογγυλοποίθςθ γίνεται προσ τα πάνω. sign (X in ): Το πρόςθμο +1 ιςχφει όταν X in >0 και το πρόςθμο 1 ιςχφει όταν X in <0. Τα επόμενα βιματα περιλαμβάνουν τον υπολογιςμό του ςφάλματοσ κβάντιςθσ (D) και του λόγου ιςχφοσ του ςιματοσ προσ τθν ιςχφ του κορφβου κβάντιςθσ (SNR), με τθ βοικεια των τφπων που ζχουν αναλυκεί ςε προθγοφμενο κεφάλαιο. Τζλοσ, αναπαράγεται από το μεγάφωνο ο κβαντιςμζνοσ ιχοσ και το πρόγραμμα τερματίηει με το κλείςιμο των αρχείων και τθν απενεργοποίθςθ των ειςόδων και των εξόδων του ιχου. Εικόνα 3: Γραφικό Ρεριβάλλον Κϊδικα Κβάντιςθσ. Στθν Εικόνα 3 που εμφανίηεται παραπάνω, παρουςιάηεται το αντίςτοιχο GUI του κϊδικα κβάντιςθσ. Στο JTextField, ςθμειϊνονται τα επικυμθτά bits τθσ τρζχουςασ κβάντιςθσ. Μζςω των JRadioButton επιλζγεται μθ προςαρμοηόμενθ κβάντιςθ ι προςαρμοηόμενθ κβάντιςθ, θ οποία δθμιουργεί δυναμικι περιοχι, εντόσ τθσ οποίασ εμπίπτουν το 99.7% ι το 95%, αντίςτοιχα, του ςυνόλου των δειγμάτων. Με το πάτθμα του JButton που εμφανίηει τθν ετικζτα Quantize, ξεκινάει θ εκτζλεςθ τθσ κβάντιςθσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 91

97 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Κεφάλαιο 3 Πειραματικζσ Εφαρμογζσ - Ανάλυςθ Μετριςεων 3.1 Σοπολογία Πειραμάτων Κατά τθ διάρκεια εκπόνθςθσ τθσ παροφςασ διπλωματικισ εργαςίασ, εκτελοφνται τζςςερα διαφορετικά πειράματα, το κακζνα από τα οποία αναλφεται ςτισ ενότθτεσ που ακολουκοφν. Θ τοπολογία των αντίςτοιχων πειραμάτων παρουςιάηεται, ςυνοπτικά, ςτο Σχιμα 36. Το πρϊτο πείραμα πραγματοποιείται μεταξφ δφο υπολογιςτϊν, του Α και του Β, οι οποίοι βρίςκονται ςτον ίδιο εςωτερικό χϊρο, ςε μικρι απόςταςθ μεταξφ τουσ αλλά και από το δρομολογθτι αςφρματου τοπικοφ δικτφου (access point). Στον υπολογιςτι Α εκτελείται θ εφαρμογι του διακομιςτι και ςτον υπολογιςτι Β θ αντίςτοιχθ εφαρμογι του πελάτθ. Τόςο ο Α, όςο και ο Β, ςυνδζονται αςφρματα με το δρομολογθτι, μζςω του οποίου δθμιουργείται ζνα από άκρο ςε άκρο (end-to-end) κανάλι επικοινωνίασ για τθν ανταλλαγι των πακζτων φωνισ μεταξφ των δφο υπολογιςτϊν. Κατά τθ διάρκεια του δεφτερου πειράματοσ, ο υπολογιςτισ Β, μζςω του δρομολογθτι ADSL (ADSL router), ςυνδζεται ςτο Διαδίκτυο και επικοινωνεί με το διακομιςτι «ΛΚΑΚΘ» που βρίςκεται ςτο κτίριο του Τμιματοσ Θλεκτρολόγων Μθχανικϊν, τθσ Ρολυτεχνικισ Σχολισ, του Αριςτοτελείου Ρανεπιςτθμίου Κεςςαλονίκθσ. Θ γραμμι ADSL, μζςω τθσ οποίασ ο δρομολογθτισ ςυνδζεται ςτο Διαδίκτυο, είναι ταχφτθτασ 2 Mbps. Ο διακομιςτισ «ΛΚΑΚΘ» ςυνδζεται ςε τοπικό δίκτυο υπολογιςτϊν μζςω διεπαφισ Ethernet, ταχφτθτασ 100 Mbps, και δι αυτισ, ςτο Διαδίκτυο, μζςω μιασ γραμμισ τφπου Ethernet υπερυψθλισ ταχφτθτασ, 10 Gbps, πάνω από δίκτυο οπτικισ πολυπλεξίασ του ΟΤΕ (Οργανιςμόσ Τθλεπικοινωνιϊν Ελλάδασ) [19]. Το τρίτο πείραμα περιλαμβάνει τθν επικοινωνία, μζςω Διαδικτφου, ενόσ τρίτου υπολογιςτι Γ με το διακομιςτι «ΛΚΑΚΘ». Ο υπολογιςτισ Γ βρίςκεται ςε εξωτερικό, δθμόςιο, χϊρο παροχισ υπθρεςιϊν Διαδικτφου, αςφρματθσ επικοινωνίασ (hotspot) και ςε αυτόν εκτελείται θ εφαρμογι του πελάτθ. Στθ διάρκεια του τζταρτου πειράματοσ, ο υπολογιςτισ Α και ο υπολογιςτισ Γ επικοινωνοφν, ανταλλάςςοντασ δεδομζνα φωνισ, μζςω του Διαδικτφου. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 92

98 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Δθμόςιο Αςφρματο Internet Εξωτερικοφ Χϊρου Πανόραμα Θεςςαλονίκησ Υπολογιςτήσ Γ Διακομιςτισ ΛΚΑΚΘ Αριςτοτέλειο Πανεπιςτήμιο Θεςςαλονίκησ Δρομολογητήσ - Σημείο Πρόςβαςησ (Hotspot) Internet Αςφρματο Internet Εςωτερικοφ Χϊρου Θέρμη Θεςςαλονίκησ Ρείραμα 1 Ρείραμα 2 Ρείραμα 3 Ρείραμα 4 Δρομολογητήσ - Σημείο Πρόςβαςησ (ADSL router) Υπολογιςτήσ Α Υπολογιςτήσ Β Σχιμα 36: Συνοπτικό Διάγραμμα Τοπολογίασ Ρειραμάτων. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 93

99 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Τα πειράματα τθσ εν λόγω διπλωματικισ εργαςίασ, εκτελοφνται ςε ςυνκικεσ επικοινωνίασ κλιμακοφμενθσ δυςχζρειασ. Θ κλιμάκωςθ αυτι, ςτοχεφει ςτθν απόδειξθ τθσ ανκεκτικότθτασ των μθχανιςμϊν, με τουσ οποίουσ αντιμετωπίηονται ο ςυνωςτιςμόσ και οι κακυςτεριςεισ των πακζτων φωνισ, υπό οποιεςδιποτε ςυνκικεσ που επικρατοφν ςτο κανάλι επικοινωνίασ. Τζλοσ, αξίηει να ςθμειωκοφν τα χαρακτθριςτικά των υπολογιςτϊν που ςυμμετζχουν ςτα πειράματα. Ο υπολογιςτισ Α είναι ζνασ επιτραπζηιοσ (desktop) υπολογιςτισ με ταχφτθτα επεξεργαςίασ 2.93 GHz και μνιμθ 4.00 GB. Τόςο ο υπολογιςτισ Β, όςο και ο Γ, είναι netbook με ταχφτθτα επεξεργαςίασ 1.6 GHz και μνιμθ 1.00 GB. 3.2 Πείραμα 1 ο : Αςφρματο Σοπικό Δίκτυο Εςωτερικοφ Χώρου Κατά τθ διάρκεια εκτζλεςθσ του πρϊτου πειράματοσ, ο υπολογιςτισ του διακομιςτι και ο υπολογιςτισ του πελάτθ βρίςκονται φυςικά κοντά, ςτο ίδιο τοπικό δίκτυο. Επομζνωσ, τα 54 Mbps, που προςφζρει θ αςφρματθ ςφνδεςθ, διατίκενται πλιρωσ για τθν επικοινωνία των δφο υπολογιςτϊν. Υπάρχει αφκονία εφρουσ ηϊνθσ (bandwidth) και κατά ςυνζπεια δεν τίκεται πρόβλθμα κακυςτεριςεων ςτθν επικοινωνία. Εικόνα 4: Διάγραμμα Στιγμιαίασ υκμαπόδοςθσ Καναλιοφ Επικοινωνίασ ςτθν πλευρά του Διακομιςτι. Εικόνα 5: Διάγραμμα Στιγμιαίασ υκμαπόδοςθσ Καναλιοφ Επικοινωνίασ ςτθν πλευρά του Ρελάτθ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 94

100 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στθν Εικόνα 4 και Εικόνα 5, που εμφανίηονται παραπάνω, παρουςιάηεται θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ, κατά τθ διάρκεια τθσ από άκρο ςε άκρο (end to end) επικοινωνίασ, όπωσ αυτι δίνεται από τθ Διαχείριςθ Εργαςιϊν του Λειτουργικοφ Συςτιματοσ των Windows (Windows Task Manager) του διακομιςτι και του πελάτθ, αντίςτοιχα. Ππωσ γίνεται αντιλθπτό, το διάγραμμα τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ (throughput) δεν παρουςιάηει βυκίςεισ και εξάρςεισ, αλλά, αντίκετα, παραμζνει ςτακερό γφρω από μία μζςθ τιμι. Το γεγονόσ αυτό, υποδθλϊνει πωσ θ αντίςτοιχθ επικοινωνία δεν αντιμετωπίηει προβλιματα, δεν ςυμβαίνουν κακυςτεριςεισ, επομζνωσ, δε χρειάηεται να τεκοφν ςε λειτουργία οι μθχανιςμοί ελζγχου τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Αυτι θ διαπίςτωςθ τεκμθριϊνεται από τα διαγράμματα που ακολουκοφν. Οριςμζνεσ μικρζσ διαφοροποιιςεισ, που εμφανίηονται ςτισ δφο εικόνεσ, οφείλονται ςτθ διαφορετικι απόςταςθ των υπολογιςτϊν από το δρομολογθτι του τοπικοφ δικτφου. Επιπλζον, κρίνεται απαραίτθτο να γίνει αναφορά ςτθν κλίμακα που εμφανίηεται ςτον άξονα y του κάκε διαγράμματοσ. Θ κλίμακα εκφράηει το ανοιγμζνο ποςοςτό τθσ ταχφτθτασ, ςε κάκε χρονικι ςτιγμι, τθσ αςφρματθσ ςφνδεςθσ μεταξφ υπολογιςτι και ςθμείου πρόςβαςθσ. Ωςτόςο, ςτθν οκόνθ παρουςιάηεται τμιμα τθσ ςυνολικισ κλίμακασ τζτοιο, ϊςτε να επιτυγχάνεται καλφτερθ ευκρίνεια του διαγράμματοσ που προκφπτει ςτθν εκάςτοτε χρονικι ςτιγμι. Να ςθμειωκεί πωσ θ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ είναι 69 δευτερόλεπτα και θ εξαγωγι των αποτελεςμάτων γίνεται κάκε δευτερόλεπτο. Θ ταχφτθτα αςφρματθσ ςφνδεςθσ του διακομιςτι με το ςθμείο πρόςβαςθσ είναι 54 Mbps και θ αντίςτοιχθ ταχφτθτα ςτθν πλευρά του πελάτθ, 48 Mbps. Επίςθσ, για τθν κωδικοποίθςθ των δεδομζνων φωνισ χρθςιμοποιείται μονοφωνικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ ιχου (Pulse Code Modulation PCM). Διακομιςτισ (Desktop 2.93 GHz CPU 4.00 GB RAM): Διάγραμμα 1: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 95

101 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 1, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ππωσ είναι αναμενόμενο, λόγω του ςτακεροφ ρυκμοφ δειγματολθψίασ (8000 samples/sec), ςτακερόσ παραμζνει και ο ρυκμόσ παραγωγισ των πακζτων. Από τθ ςτιγμι που δε ςυναντϊνται μεταβολζσ ςτθ ρυκμαπόδοςθ του δικτφου, ο ρυκμόσ αποςτολισ των πακζτων ακολουκεί το ρυκμό παραγωγισ τουσ και παραμζνει, περίπου, ςτακερόσ κακόλθ τθ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ. Διάγραμμα 2: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 2, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό αποςτολισ των δεδομζνων. Το διάγραμμα του ρυκμοφ αποςτολισ, ακολουκϊντασ τον αρικμό των πακζτων που αποςτζλλονται, παραμζνει ςτακερό γφρω από μία μζςθ τιμι. Διάγραμμα 3: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 96

102 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 4: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 5: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 3, 4 και 5 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, αντίςτοιχα, των πακζτων που αποςτζλλονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Από τθν ανάγνωςθ των παραπάνω διαγραμμάτων, διαπιςτϊνεται θ αποςτολι πακζτων ςτακεροφ μικουσ ςε τακτά χρονικά διαςτιματα. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 97

103 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 6: Διακζςιμα Δεδομζνα προσ Εκπομπι. Στο Διάγραμμα 6, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό bytes, που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ διάταξθ ειςόδου του ιχου και είναι διακζςιμα προσ εκπομπι. Διάγραμμα 7: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 7, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ανά δευτερόλεπτο το j αναμζνεται να ζχει μεταβολζσ, ανάλογεσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ επικοινωνίασ. Λόγω τθσ υψθλισ ταχφτθτασ που προςφζρει θ αςφρματθ τοπικι ςφνδεςθ, κατά τθ διάρκεια του ςυγκεκριμζνου πειράματοσ, δεν παρατθροφνται ςθμαντικζσ μεταβολζσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ, επομζνωσ, το j παραμζνει ςτακερό ςτο μεγαλφτερο διάςτθμα τθσ επικοινωνίασ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 98

104 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 8: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 8, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό λιψθσ των δεδομζνων. Το διάγραμμα δεν μζνει ςτακερό, αλλά παρουςιάηει μικρζσ μεταβολζσ γφρω από μία μζςθ τιμι. Διάγραμμα 9: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 99

105 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 10: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 11: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 9, 10 και 11 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, αντίςτοιχα, των πακζτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Από τθν ανάγνωςθ των παραπάνω διαγραμμάτων, διαπιςτϊνεται θ λιψθ πακζτων μεταβλθτοφ μικουσ ςε άτακτα χρονικά διαςτιματα. Το γεγονόσ αυτό, επιβεβαιϊνει τθν ενεργοποίθςθ του αντίςτοιχου τμιματοσ του μθχανιςμοφ διαχείριςθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Πςο περιςςότερεσ μεταβολζσ παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ, τόςεσ μεταβολζσ παρουςιάηει το μικοσ των λαμβανόμενων πακζτων κακϊσ και τα χρονικά διαςτιματα μεταξφ δφο διαδοχικϊν λιψεων. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 100

106 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 12: : Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Αναπαραγωγι. Στο Διάγραμμα 12, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό λαμβανόμενων bytes που εγγράφονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου και είναι διακζςιμα προσ αναπαραγωγι. Το ηθτοφμενο είναι να μθ ςυμβαίνει οφτε υπερχείλιςθ τθσ μνιμθσ (φωνι που κα αναπαραχκεί με μεγάλθ κακυςτζρθςθ), οφτε υποχείλιςι τθσ (μεγάλθ κακυςτζρθςθ μζχρι να μαηευτοφν διακζςιμα προσ αναπαραγωγι δεδομζνα). Ραρατθρείται, μία αρχικι μεταβατικι περίοδοσ ςυνεχοφσ αφξθςθσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ και ςτθ ςυνζχεια ακολουκεί περίοδοσ ςτατιςτικισ ιςορροπίασ. Τα δεδομζνα γεμίηουν τθ μνιμθ με το ρυκμό που λαμβάνονται από τον απομακρυςμζνο υπολογιςτι, αλλά ο ρυκμόσ με τον οποίον αδειάηει θ μνιμθ και αναπαράγεται θ φωνι, εξαρτάται, κατά ζνα ποςοςτό, από το υλικό και το λειτουργικό ςφςτθμα του υπολογιςτι. Διάγραμμα 13: Διάγραμμα Μζςθσ Κακυςτζρθςθσ Αποςτολισ Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 13, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τθ μζςθ κακυςτζρθςθ αποςτολισ των πακζτων εκφραςμζνθ ςε milliseconds (msec). Κατά τθ διάρκεια του παρόντοσ πειράματοσ, Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 101

107 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 όπου θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ δεν παρουςιάηει μεταβολζσ, τα δεδομζνα αμζςωσ μετά τθν ανάγνωςι τουσ από τθ μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ του ιχου, δίνονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ και εκπζμπονται χωρίσ κακυςτζρθςθ. Διάγραμμα 14: Διάγραμμα Αρικμοφ Απορρίψεων των προσ Αποςτολι Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 14, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το πλικοσ των περιπτϊςεων, ςε κάκε δευτερόλεπτο, όπου χρειάηεται να απορριφκοφν οριςμζνα από τα δεδομζνα που διαβάηονται, χωρίσ να αποςταλοφν. Στο παραπάνω διάγραμμα δεν ςυναντϊνται κακόλου απορρίψεισ πακζτων, γεγονόσ αναμενόμενο, αφοφ θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ δεν παρουςιάηει μεταβολζσ και ο διάλογοσ εξελίςςεται χωρίσ να γίνεται υποβάκμιςθ τθσ ποιότθτάσ του. Πελάτθσ (Netbook 1.60 GHz CPU 1.00 GB RAM): Στα διαγράμματα που ακολουκοφν εμφανίηονται τα αντίςτοιχα μεγζκθ, όπωσ αυτά εξάγονται κατά τθ διάρκεια εκτζλεςθσ τθσ εφαρμογισ-πελάτθ. Διάγραμμα 15: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 102

108 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 15, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ππωσ είναι αναμενόμενο, λόγω του ςτακεροφ ρυκμοφ δειγματολθψίασ (8000 samples/sec), ςτακερόσ παραμζνει και ο ρυκμόσ παραγωγισ των πακζτων. Από τθ ςτιγμι που δε ςυναντϊνται ουςιαςτικζσ μεταβολζσ ςτθ ρυκμαπόδοςθ του δικτφου, ο ρυκμόσ αποςτολισ των πακζτων ακολουκεί το ρυκμό παραγωγισ τουσ και κινείται γφρω από μία μζςθ τιμι, με πολφ μικρζσ μεταβολζσ, κακόλθ τθ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ. Διάγραμμα 16: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 16, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό αποςτολισ των δεδομζνων. Το διάγραμμα του ρυκμοφ αποςτολισ, ακολουκϊντασ τον αρικμό των πακζτων που αποςτζλλονται, κινείται γφρω από μία μζςθ τιμι, με πολφ μικρζσ μεταβολζσ. Διάγραμμα 17: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 103

109 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 18: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 19: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 17, 18 και 19 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, αντίςτοιχα, των πακζτων που αποςτζλλονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Από τθν ανάγνωςθ του Διαγράμματοσ 18, διαπιςτϊνεται πωσ τα πακζτα που αποςτζλλονται δεν παρουςιάηουν πολφ ςθμαντικζσ αλλάγεσ του μζςου μικουσ τουσ, ωςτόςο το μικοσ τουσ δεν παραμζνει απόλυτα ςτακερό. Το φαινόμενο αυτό, δικαιολογείται από τισ μικρζσ εξάρςεισ που παρουςιάηονται ςτο διάγραμμα τθσ Εικόνασ 5. Επιπλζον, λόγω του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ και του υλικοφ του κάκε υπολογιςτι, ςυναντάται διαφορά ςτθν ελάχιςτθ μονάδα μεταφοράσ (block size) από το μετατροπζα A/D ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ, του κάκε υπολογιςτι. Επομζνωσ, είναι διαφορετικό το μικοσ των πακζτων που εκπζμπονται από τον κάκε υπολογιςτι, ακόμα και ςε κανάλι επικοινωνίασ ςτο οποίο επικρατοφν ιδανικζσ ςυνκικεσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 104

110 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 20: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Εκπομπι. Στο Διάγραμμα 20, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό bytes, που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ διάταξθ ειςόδου του ιχου και είναι διακζςιμα προσ εκπομπι. Διάγραμμα 21: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 21, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ανά δευτερόλεπτο το j αναμζνεται να ζχει μεταβολζσ, ανάλογεσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ επικοινωνίασ. Λόγω τθσ υψθλισ ταχφτθτασ που προςφζρει θ αςφρματθ τοπικι ςφνδεςθ, κατά τθ διάρκεια του ςυγκεκριμζνου πειράματοσ, δεν παρατθροφνται ςθμαντικζσ μεταβολζσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ, επομζνωσ, το j κινείται γφρω από μία μζςθ τιμι, χωρίσ ςθμαντικζσ μεταβολζσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 105

111 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 22: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 22, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό λιψθσ των δεδομζνων. Το διάγραμμα δεν μζνει ςτακερό, αλλά παρουςιάηει μικρζσ μεταβολζσ γφρω από μία μζςθ τιμι. Διάγραμμα 23: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 106

112 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 24: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 25: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 23, 24 και 25 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, αντίςτοιχα, των πακζτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Από τθν ανάγνωςθ των παραπάνω διαγραμμάτων, διαπιςτϊνεται θ λιψθ πακζτων μεταβλθτοφ μικουσ ςε άτακτα χρονικά διαςτιματα. Το γεγονόσ αυτό, επιβεβαιϊνει τθν ενεργοποίθςθ του αντίςτοιχου τμιματοσ του μθχανιςμοφ διαχείριςθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Πςο περιςςότερεσ μεταβολζσ παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ, τόςεσ μεταβολζσ παρουςιάηει το μικοσ των λαμβανόμενων πακζτων κακϊσ και τα χρονικά διαςτιματα μεταξφ δφο διαδοχικϊν λιψεων. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 107

113 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 26: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Αναπαραγωγι. Στο Διάγραμμα 26, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό λαμβανόμενων bytes που εγγράφονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου και είναι διακζςιμα προσ αναπαραγωγι. Το ηθτοφμενο είναι να μθ ςυμβαίνει οφτε υπερχείλιςθ τθσ μνιμθσ (φωνι που κα αναπαραχκεί με μεγάλθ κακυςτζρθςθ), οφτε υποχείλιςι τθσ (μεγάλθ κακυςτζρθςθ μζχρι να μαηευτοφν διακζςιμα προσ αναπαραγωγι δεδομζνα). Λόγω του υλικοφ και του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ του κάκε υπολογιςτι, το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ, ςε κάκε χρονικι ςτιγμι, διαφζρει ςτα δφο άκρα τθσ ςυνομιλίασ, ακόμα και ςε κανάλι επικοινωνίασ ςτο οποίο επικρατοφν ιδανικζσ ςυνκικεσ. Διάγραμμα 27: Διάγραμμα Μζςθσ Κακυςτζρθςθσ Αποςτολισ Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 27, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τθ μζςθ κακυςτζρθςθ αποςτολισ των πακζτων εκφραςμζνθ ςε milliseconds (msec). Κατά τθ διάρκεια του παρόντοσ πειράματοσ, όπου θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ δεν παρουςιάηει ουςιαςτικζσ μεταβολζσ, τα δεδομζνα Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 108

114 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 αμζςωσ μετά τθν ανάγνωςι τουσ από τθ μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ του ιχου, δίνονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ και εκπζμπονται χωρίσ κακυςτζρθςθ. Διάγραμμα 28: Διάγραμμα Αρικμοφ Απορρίψεων των προσ Αποςτολι Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 28, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το πλικοσ των περιπτϊςεων, ςε κάκε δευτερόλεπτο, όπου χρειάηεται να απορριφκοφν οριςμζνα από τα δεδομζνα που διαβάηονται, χωρίσ να αποςταλοφν. Στο παραπάνω διάγραμμα δεν ςυναντϊνται κακόλου απορρίψεισ πακζτων, γεγονόσ αναμενόμενο, αφοφ θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ δεν παρουςιάηει μεταβολζσ και ο διάλογοσ εξελίςςεται χωρίσ να γίνεται υποβάκμιςθ τθσ ποιότθτάσ του. 3.3 Πείραμα 2 ο : Πρόςβαςθ ςτο Διαδίκτυο μζςω φνδεςθσ ADSL Σφμφωνα με το δεφτερο πείραμα, λαμβάνει χϊρα θ ανταλλαγι δεδομζνων φωνισ μεταξφ δφο υπολογιςτϊν, οι οποίοι βρίςκονται ςυνδεμζνοι ςτο Διαδίκτυο. Στθν Εικόνα 6, που ακολουκεί, παρουςιάηεται θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, όπωσ αυτι δίνεται από τθ Διαχείριςθ Εργαςιϊν (Windows Task Manager) του πελάτθ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 109

115 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Εικόνα 6: Διάγραμμα Στιγμιαίασ υκμαπόδοςθσ Καναλιοφ Επικοινωνίασ ςτθν πλευρά του Ρελάτθ. Ππωσ γίνεται αντιλθπτό, το διάγραμμα τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ (throughput) παρουςιάηει μικρζσ βυκίςεισ και εξάρςεισ, με οριςμζνεσ αποκλίςεισ γφρω από μία μζςθ τιμι. Το γεγονόσ αυτό, υποδθλϊνει πωσ αρχίηουν να τίκενται ςε λειτουργία οι μθχανιςμοί ελζγχου τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Αυτι θ διαπίςτωςθ τεκμθριϊνεται από τα διαγράμματα που ακολουκοφν. Να ςθμειωκεί πωσ θ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ είναι 172 δευτερόλεπτα και θ εξαγωγι των αποτελεςμάτων γίνεται κάκε δευτερόλεπτο. Θ ταχφτθτα αςφρματθσ ςφνδεςθσ του πελάτθ με το ςθμείο πρόςβαςθσ είναι 48 Mbps. Επίςθσ, για τθν κωδικοποίθςθ των δεδομζνων φωνισ χρθςιμοποιείται μονοφωνικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ ιχου (Pulse Code Modulation PCM). Διάγραμμα 29: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 29, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ππωσ είναι αναμενόμενο, λόγω Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 110

116 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 του ςτακεροφ ρυκμοφ δειγματολθψίασ (8000 samples/sec), ςτακερόσ παραμζνει και ο ρυκμόσ παραγωγισ των πακζτων. Πςο θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ μεταβάλλεται, ακολουκεί παρόμοια ςυμπεριφορά και ο ρυκμόσ αποςτολισ πακζτων. Επομζνωσ, λόγω των εξάρςεων του διαγράμματοσ ςτθν Εικόνα 6, αποςτζλλεται διαφορετικόσ αρικμόσ πακζτων φωνισ ςε κάκε δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 30: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 30, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό αποςτολισ των δεδομζνων. Ο ςυνδυαςμόσ διαφορετικοφ αρικμοφ πακζτων μεταβλθτοφ μικουσ ςε κάκε δευτερόλεπτο κακορίηει, κατά τθ λειτουργία τθσ αποςτολισ, ζνα ρυκμό, ο οποίοσ κινείται γφρω από μία μζςθ τιμι, με πολφ μικρζσ μεταβολζσ. Διάγραμμα 31: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 111

117 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 32: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 33: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 31, 32 και 33 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, αντίςτοιχα, των πακζτων που αποςτζλλονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Το ελάχιςτο μικοσ πακζτου παραμζνει ςτακερό και κακορίηεται από το μζγεκοσ τθσ ελάχιςτθσ μονάδασ μεταφοράσ (block size) από το μετατροπζα A/D ςτθν ελαςτικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ, του υπολογιςτι-πελάτθ, ο οποίοσ ςυμμετζχει ςτο παρόν πείραμα. Το μζςο μικοσ των πακζτων που αποςτζλλονται αυξάνει με τθν μείωςθ του αρικμοφ των πακζτων, προκειμζνου να παραμζνει, όςο το δυνατό, ςτακερότεροσ ο ρυκμόσ μετάδοςθσ. Το γεγονόσ αυτό, αντικατοπτρίηει τθν ενεργοποίθςθ του αντίςτοιχου μθχανιςμοφ διαχείριςθσ ελαςτικισ μνιμθσ, που αναπτφςςεται ςτθν παροφςα εφαρμογι. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 112

118 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 34: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Εκπομπι. Στο Διάγραμμα 34, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό bytes, που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ διάταξθ ειςόδου του ιχου και είναι διακζςιμα προσ εκπομπι. Διάγραμμα 35: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 35, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ανά δευτερόλεπτο το j ζχει μεταβολζσ, που ακολουκοφν τθ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 113

119 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 36: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 36, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό λιψθσ των δεδομζνων. Το διάγραμμα δεν μζνει ςτακερό, αλλά παρουςιάηει αρκετζσ μεταβολζσ. Διάγραμμα 37: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 114

120 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 38: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 39: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 37, 38 και 39 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, αντίςτοιχα, των πακζτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Από τθν ανάγνωςθ των παραπάνω διαγραμμάτων, διαπιςτϊνεται θ λιψθ πακζτων μεταβλθτοφ μικουσ ςε άτακτα χρονικά διαςτιματα. Πςο περιςςότερεσ μεταβολζσ παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ, τόςεσ μεταβολζσ παρουςιάηει το μικοσ των λαμβανόμενων πακζτων, κακϊσ και τα χρονικά διαςτιματα μεταξφ δφο διαδοχικϊν λιψεων. Ριςτοποιείται και ςε αυτιν τθν περίπτωςθ, θ ενεργοποίθςθ του αντίςτοιχου μθχανιςμοφ ελζγχου ελαςτικισ μνιμθσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 115

121 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 40: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Αναπαραγωγι. Στο Διάγραμμα 40, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό λαμβανόμενων bytes που εγγράφονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου και είναι διακζςιμα προσ αναπαραγωγι. Το ηθτοφμενο είναι να μθ ςυμβαίνει οφτε υπερχείλιςθ τθσ μνιμθσ (φωνι που κα αναπαραχκεί με μεγάλθ κακυςτζρθςθ), οφτε υποχείλιςι τθσ (μεγάλθ κακυςτζρθςθ μζχρι να μαηευτοφν διακζςιμα προσ αναπαραγωγι δεδομζνα). Μόνο ζτςι διατθρείται ομαλι ροι ςτο διάλογο μεταξφ των ςυνομιλοφντων, που βρίςκονται ςτα δφο άκρα του καναλιοφ επικοινωνίασ. Από τθν ανάγνωςθ του παραπάνω διαγράμματοσ, διαπιςτϊνεται πωσ το πρόγραμμα, όπωσ αναμζνεται, παρουςιάηει κλαςςικι ςυμπεριφορά ωσ προσ το βακμό κατάλθψθσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ μζςα από τθ ςφνδεςθ TCP. Θ μνιμθ ςχεδόν απότομα «φορτίηεται» με αυξθμζνο περιεχόμενο, λόγω τθσ ςτιγμιαίασ ζξαρςθσ τθσ ταχφτθτασ τθσ ςφνδεςθσ TCP. Τθν ίδια ςτιγμι, όμωσ, «εκφορτίηεται», με ςτακερό ρυκμό, γραμμικά, ςφμφωνα με το ρυκμό αναπαραγωγισ τθσ φωνισ από τον μετατροπζα D/A, τθσ διάταξθσ εξόδου του ιχου. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 116

122 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 41: Διάγραμμα Μζςθσ Κακυςτζρθςθσ Αποςτολισ Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 41, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τθ μζςθ κακυςτζρθςθ αποςτολισ των πακζτων εκφραςμζνθ ςε milliseconds (msec). Κατά τθ διάρκεια του παρόντοσ πειράματοσ, τα δεδομζνα αμζςωσ μετά τθν ανάγνωςι τουσ από τθ μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ του ιχου, δίνονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ και εκπζμπονται χωρίσ κακυςτζρθςθ. Οι μεταβολζσ που παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ δεν είναι αρκετά ικανζσ, ϊςτε να προκαλζςουν κακυςτεριςεισ κατά τθν αποςτολι των δεδομζνων φωνισ. Διάγραμμα 42: Διάγραμμα Αρικμοφ Απορρίψεων των προσ Αποςτολι Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 42, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το πλικοσ των περιπτϊςεων, ςε κάκε δευτερόλεπτο, όπου χρειάηεται να απορριφκοφν οριςμζνα από τα δεδομζνα που διαβάηονται, χωρίσ να αποςταλοφν. Στο παραπάνω διάγραμμα δεν τίκεται ςε λειτουργία ο μθχανιςμόσ απόρριψθσ πακζτων. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 117

123 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Πείραμα 3 ο : Δθμόςια Αςφρματθ Πρόςβαςθ ςτο Διαδίκτυο (Hotspot) Σφμφωνα με το τρίτο πείραμα, λαμβάνει χϊρα θ ανταλλαγι δεδομζνων φωνισ μεταξφ δφο υπολογιςτϊν, του διακομιςτι «ΛΚΑΚΘ» και του υπολογιςτι Γ, που αποκτά αςφρματθ πρόςβαςθ ςτο Διαδίκτυο μζςω εξωτερικοφ δθμόςιου ςθμείου πρόςβαςθσ. Στθν Εικόνα 7, που ακολουκεί, παρουςιάηεται θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, όπωσ αυτι δίνεται από τθ Διαχείριςθ Εργαςιϊν (Windows Task Manager) του πελάτθ. Εικόνα 7: Διάγραμμα Στιγμιαίασ υκμαπόδοςθσ Καναλιοφ Επικοινωνίασ ςτθν πλευρά του Ρελάτθ. Ππωσ γίνεται αντιλθπτό, το διάγραμμα τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ (throughput) του καναλιοφ επικοινωνίασ παρουςιάηει βυκίςεισ και εξάρςεισ. Επειδι θ εφαρμογι του πελάτθ εκτελείται ςε υπολογιςτι, ο οποίοσ βρίςκεται ςε εξωτερικό δθμόςιο χϊρο παροχισ υπθρεςιϊν Διαδικτφου (hot spot), το εφροσ ηϊνθσ που του διατίκεται είναι περιοριςμζνο. Επιπλζον, θ κζςθ του υπολογιςτι βρίςκεται ςε απόςταςθ μεγαλφτερθ από τθ κζςθ του ςθμείου πρόςβαςθσ ςτο Διαδίκτυο, ςε ςχζςθ με τθν αντίςτοιχθ απόςταςθ ςτα δφο προθγοφμενα πειράματα. Λόγω των δυςχερϊν ςυνκθκϊν επικοινωνίασ, θ ανάγκθ ελζγχου τθσ ελαςτικισ μνιμθσ γίνεται επιτακτικότερθ. Θ ταχφτθτα αςφρματθσ ςφνδεςθσ του πελάτθ με το ςθμείο πρόςβαςθσ είναι 18 Mbps. Να ςθμειωκεί πωσ θ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ είναι 162 δευτερόλεπτα και θ εξαγωγι των αποτελεςμάτων γίνεται κάκε δευτερόλεπτο. Επίςθσ, για τθν κωδικοποίθςθ των δεδομζνων φωνισ χρθςιμοποιείται μονοφωνικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ ιχου (Pulse Code Modulation PCM). Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 118

124 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 43: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 43, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Πςο θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ μεταβάλλεται, ακολουκεί παρόμοια ςυμπεριφορά και ο ρυκμόσ αποςτολισ πακζτων. Επομζνωσ, λόγω των βυκίςεων και των εξάρςεων του διαγράμματοσ ςτθν Εικόνα 7, αποςτζλλεται διαφορετικόσ αρικμόσ πακζτων φωνισ ςε κάκε δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 44: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 44, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό αποςτολισ των δεδομζνων. Ο ςυνδυαςμόσ διαφορετικοφ αρικμοφ πακζτων μεταβλθτοφ μικουσ ςε κάκε δευτερόλεπτο, κακορίηει, κατά τθ λειτουργία τθσ αποςτολισ, ζνα ρυκμό, ο οποίοσ κινείται γφρω από μία μζςθ τιμι, με μικρζσ μεταβολζσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 119

125 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 45: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 46: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 47: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 45, 46 και 47 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 120

126 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 αντίςτοιχα, των πακζτων που αποςτζλλονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Το ελάχιςτο μικοσ πακζτου παραμζνει ςτακερό και κακορίηεται από το μζγεκοσ τθσ ελάχιςτθσ μονάδασ μεταφοράσ (block size) από το μετατροπζα A/D ςτθν ελαςτικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ, του υπολογιςτι-πελάτθ, ο οποίοσ ςυμμετζχει ςτο παρόν πείραμα. Οι μεταβολζσ ςτο μζςο μικοσ των πακζτων που αποςτζλλονται, ςε ςυνδυαςμό με το μεταβαλλόμενο αρικμό των πακζτων, ςυμβάλλουν ςτθ διατιρθςθ ενόσ, όςο το δυνατόν περιςςότερο, ςτακεροφ ρυκμοφ μετάδοςθσ. Το μεταβλθτό μικοσ πακζτου, ςτθ διαδικαςία τθσ αποςτολισ, αποτελεί απόρροια τθσ ενεργοποίθςθσ μθχανιςμοφ ελζγχου ελαςτικισ μνιμθσ. Διάγραμμα 48: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Εκπομπι. Στο Διάγραμμα 48, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό bytes, που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ διάταξθ ειςόδου του ιχου και είναι διακζςιμα προσ εκπομπι. Διάγραμμα 49: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 121

127 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 49, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ανά δευτερόλεπτο το j ζχει μεταβολζσ, που ακολουκοφν τθ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ. Διάγραμμα 50: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 50, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό λιψθσ των δεδομζνων. Το διάγραμμα δεν μζνει ςτακερό, αλλά παρουςιάηει μεταβολζσ. Διάγραμμα 51: Διάγραμμα Ελάχιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 122

128 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 52: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 53: Διάγραμμα Μζγιςτου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στα Διαγράμματα 51, 52 και 53 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το ελάχιςτο, το μζςο και το μζγιςτο μικοσ, αντίςτοιχα, των πακζτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Από τθν ανάγνωςθ των παραπάνω διαγραμμάτων, διαπιςτϊνεται θ λιψθ πακζτων μεταβλθτοφ μικουσ ςε άτακτα χρονικά διαςτιματα. Πςο περιςςότερεσ μεταβολζσ παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ, τόςεσ μεταβολζσ παρουςιάηει το μικοσ των λαμβανόμενων πακζτων, κακϊσ και τα χρονικά διαςτιματα μεταξφ δφο διαδοχικϊν λιψεων. Θ μεταβλθτότθτα του μικουσ των λαμβανόμενων πακζτων με τθ μεταβολι τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ, ςθματοδοτεί τθν ενεργοποίθςθ μθχανιςμοφ ελζγχου τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 123

129 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 54: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Αναπαραγωγι. Στο Διάγραμμα 54, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό λαμβανόμενων bytes, που εγγράφονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου και είναι διακζςιμα προσ αναπαραγωγι. Το ηθτοφμενο είναι να μθ ςυμβαίνει οφτε υπερχείλιςθ τθσ μνιμθσ (φωνι που κα αναπαραχκεί με μεγάλθ κακυςτζρθςθ), οφτε υποχείλιςι τθσ (μεγάλθ κακυςτζρθςθ μζχρι να μαηευτοφν διακζςιμα προσ αναπαραγωγι δεδομζνα). Στο παραπάνω διάγραμμα, θ μνιμθ εμφανίηεται να γεμίηει, αρχικά, τθ ςτιγμι που παρουςιάηονται εξάρςεισ ςτο διάγραμμα τθσ Εικόνασ 7, κακϊσ τα δεδομζνα λαμβάνονται γρθγορότερα από ότι αναπαράγονται από το υλικό του υπολογιςτι. Πταν θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ ςτακεροποιείται ςε πιο χαμθλζσ τιμζσ, τα δεδομζνα ειςζρχονται ςτθ μνιμθ με μικρότερο ρυκμό, εξακολουκοφν όμωσ να εξζρχονται από αυτι με ςτακερό ρυκμό, το ρυκμό αναπαραγωγισ δεδομζνων από τθ διάταξθ εξόδου του ιχου. Λόγω του φαινομζνου αυτοφ, το μζγεκοσ τθσ μνιμθσ ςτακεροποείται ςε κανονικζσ τιμζσ. Διάγραμμα 55: Διάγραμμα Μζςθσ Κακυςτζρθςθσ Αποςτολισ Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 124

130 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 55, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τθ μζςθ κακυςτζρθςθ αποςτολισ των πακζτων εκφραςμζνθ ςε milliseconds (msec). Κατά τθ διάρκεια του παρόντοσ πειράματοσ, τα δεδομζνα αμζςωσ μετά τθν ανάγνωςι τουσ από τθ μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ του ιχου, δίνονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ και εκπζμπονται χωρίσ κακυςτζρθςθ. Οι μεταβολζσ που παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, δεν είναι αρκετά ικανζσ, ϊςτε να προκαλζςουν κακυςτεριςεισ κατά τθν αποςτολι των δεδομζνων φωνισ. Διάγραμμα 56: Διάγραμμα Αρικμοφ Απορρίψεων των προσ Αποςτολι Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 56, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το πλικοσ των περιπτϊςεων, ςε κάκε δευτερόλεπτο, όπου χρειάηεται να απορριφκοφν οριςμζνα από τα δεδομζνα που διαβάηονται, χωρίσ να αποςταλοφν. Στο παρόν πείραμα δεν τίκεται ςε λειτουργία ο μθχανιςμόσ απόρριψθσ πακζτων. Κατά τθ διάρκεια μιασ ςυνομιλίασ ςε διαφορετικι χρονικι ςτιγμι, λόγω των ςτοχαςτικϊν φαινομζνων (ςτατιςτικι πολυπλεξία άλλων πθγϊν ιχου, κόρυβοσ) που δθμιουργοφν αςτάκεια ςτθ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, παρατθροφνται μεγάλεσ κακυςτεριςεισ ςτθν αποςτολι πακζτων. Σθμειϊνονται ακόμα και απορρίψεισ πακζτων φωνισ. Ραρά τισ κακυςτεριςεισ, θ επικοινωνία δεν διακόπτεται και ο διάλογοσ ςυνεχίηεται με τθν αποκατάςταςθ τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ. Λόγω τθσ εμφάνιςθσ των φαινομζνων αυτϊν, κρίνεται ςκόπιμθ θ παράκεςθ των ακόλουκων διαγραμμάτων. Στθν Εικόνα 8, που ακολουκεί, παρουςιάηεται θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, όπωσ αυτι δίνεται από τθ Διαχείριςθ Εργαςιϊν (Windows Task Manager) του πελάτθ. Το διάγραμμα τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ (throughput) του καναλιοφ επικοινωνίασ παρουςιάηει βυκίςεισ, που αγγίηουν το 0% και τεράςτιεσ εξάρςεισ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 125

131 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Θ ταχφτθτα αςφρματθσ ςφνδεςθσ του πελάτθ με το ςθμείο πρόςβαςθσ δεν ξεπερνάει τα 2 Mbps. Εικόνα 8: Διάγραμμα Στιγμιαίασ υκμαπόδοςθσ Καναλιοφ Επικοινωνίασ ςτθν πλευρά του Ρελάτθ. Εξάγοντασ μετριςεισ, ανά δευτερόλεπτο, ςε τμιμα του παραπάνω διαγράμματοσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ επικοινωνίασ, προκφπτουν τα διαγράμματα που ακολουκοφν. Διάγραμμα 57: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 57, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ππωσ είναι αναμενόμενο, λόγω του ςτακεροφ ρυκμοφ δειγματολθψίασ (8000 samples/sec), ςτακερόσ παραμζνει και ο ρυκμόσ παραγωγισ των πακζτων. Πταν θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ κυμαίνεται ςε πολφ χαμθλζσ τιμζσ, ςθμειϊνεται κατακόρυφθ πτϊςθ του ρυκμοφ των απεςταλμζνων πακζτων. Θ υποδοχι TCP δεν είναι δυνατό να μεταφζρει πακζτα μζςω του Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 126

132 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διαδικτφου. Με τθν επαναφορά τθσ ρυκμαπόδοςθσ ςε κανονικζσ τιμζσ, τα πακζτα αποςτζλλονται γρθγορότερα, προκειμζνου να αδειάςει θ μνιμθ από δεδομζνα που ςυςςωρεφτθκαν κατά τθ διάρκεια προθγοφμενων βυκίςεων. Διάγραμμα 58: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 58, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό αποςτολισ των δεδομζνων. Στο διάςτθμα που το διάγραμμα τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ παρουςιάηει μεγάλθσ διάρκειασ βυκίςεισ, μειϊνεται ο ρυκμόσ με τον οποίον αποςτζλλονται τα δεδομζνα. Διάγραμμα 59: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 59 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτα το μζςο μικοσ των πακζτων που αποςτζλλονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Το μικοσ του πακζτου μεταβάλλεται, αποκρινόμενο ςτισ εκάςτοτε Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 127

133 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 ςυνκικεσ του δικτφου, ωσ αποτζλεςμα τθσ ενεργοποίθςθσ των μθχανιςμϊν διαχείριςθσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Μεγάλα μικθ πακζτων, μετά από διάςτθμα πτϊςθσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ, βοθκοφν τθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου να αδειάςει από ςυςςωρευμζνα δεδομζνα, προκειμζνου να μθν υπάρχουν επιπλζον κακυςτεριςεισ ςτθν επικοινωνία των δφο άκρων. Διάγραμμα 60: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Εκπομπι. Στο Διάγραμμα 60, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό bytes, που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ διάταξθ ειςόδου του ιχου και είναι διακζςιμα προσ εκπομπι. Σε περιόδουσ όπου το διάγραμμα τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ παρουςιάηει βυκίςεισ, υπάρχει κακυςτζρθςθ ςτθν ανάγνωςθ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου, με αποτζλεςμα να προςτίκενται ςυνεχϊσ νζα διακζςιμα δεδομζνα, τα οποία δεν μεταδίδονται. Διάγραμμα 61: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 128

134 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 61, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ανά δευτερόλεπτο το j ζχει μεταβολζσ, που ακολουκοφν τθ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ. Διάγραμμα 62: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 62, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits, που λαμβάνονται ανά δευτερόλεπτο (kilo bits per second). Στο παραπάνω διάγραμμα εμφανίηονται οι επιπτϊςεισ τθσ βφκιςθσ του διαγράμματοσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ. Σε χαμθλζσ τιμζσ ρυκμαπόδοςθσ, ο ρυκμόσ λιψθσ δεδομζνων είναι πολφ μικρόσ, τόςο που ςε οριςμζνεσ, ακραίεσ, περιπτϊςεισ αγγίηει το μθδζν. Με τθν επαναφορά τθσ ρυκμαπόδοςθσ ςε κανονικά επίπεδα, ο ρυκμόσ λιψθσ των δεδομζνων λαμβάνει μεγάλεσ τιμζσ, προκειμζνου να προλάβει τα κακυςτερθμζνα πακζτα. Διάγραμμα 63: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 129

135 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 63 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο μικοσ των πακζτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Διάγραμμα 64: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Αναπαραγωγι. Στο Διάγραμμα 64, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό λαμβανόμενων bytes που εγγράφονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου και είναι διακζςιμα προσ αναπαραγωγι. Πταν εμφανίηονται κακυςτεριςεισ ςτο δίκτυο, θ εςωτερικι μνιμθ αδειάηει, αναπαράγοντασ πακζτα που είχαν λθφκεί ςτο παρελκόν, χωρίσ να δζχεται νζα ςτθν είςοδό τθσ. Πςο οι κακυςτεριςεισ ςυνεχίηονται, το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ ολοζνα και μειϊνεται, φτάνοντασ ακόμα και μθδενικζσ τιμζσ. Στθν αποκατάςταςθ τθσ ρυκμαπόδοςθσ, το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ γεμίηει με δεδομζνα που καταφκάνουν μαηικά, αγγίηοντασ ακόμα και το μζγιςτο τθσ χωρθτικότθτάσ τθσ. Διάγραμμα 65: Διάγραμμα Μζςθσ Κακυςτζρθςθσ Αποςτολισ Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 130

136 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 65, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τθ μζςθ κακυςτζρθςθ αποςτολισ των πακζτων εκφραςμζνθ ςε milliseconds (msec). Τα δεδομζνα που διαβάηονται από τθ διάταξθ ςφλλθψθσ του ιχου, δίνονται προσ εκπομπι ςτθ μνιμθ τθσ υποδοχισ TCP. Πςο ςυμβαίνει θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, να λαμβάνει πολφ χαμθλζσ τιμζσ, τα δεδομζνα αρχίηουν να αυξάνουν. Πταν το μζγεκοσ τθσ μνιμθσ αγγίξει το μζγιςτο, θ εντολι Java με τθν οποία εγγράφονται δεδομζνα ςτθ μνιμθ, αναςτζλλει τθν εκτζλεςθ του προγράμματοσ, με αποτζλεςμα να κακυςτερεί θ διαδικαςία ζναρξθσ αποςτολισ δεδομζνων. Κατά τθ διάρκεια εκτζλεςθσ του πειράματοσ, παρατθροφνται κακυςτεριςεισ, οι οποίεσ αγγίηουν και τα 2.5 δευτερόλεπτα. Διάγραμμα 66: Διάγραμμα Αρικμοφ Απορρίψεων των προσ Αποςτολι Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 66, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το πλικοσ των περιπτϊςεων, ςε κάκε δευτερόλεπτο, όπου χρειάηεται να απορριφκοφν οριςμζνα από τα δεδομζνα που διαβάηονται, χωρίσ να αποςταλοφν. Στθ διάρκεια μικρϊν τιμϊν ρυκμαπόδοςθσ καναλιοφ, θ εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου γεμίηει με αρκετά δευτερόλεπτα ςυςςωρευμζνθσ φωνισ, που δεν ζχει μεταδοκεί. Σε αυτζσ τισ περιπτϊςεισ, θ μετάδοςθ δεν ζχει νόθμα. Το μόνο που κα προκαλοφςε κα ιταν χαςμωδία ςτο διάλογο, επομζνωσ, είναι προτιμότερθ θ απόρριψθ των αντίςτοιχων δεδομζνων, ςτα πλαίςια τθσ διαχείριςθσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ από τθν εφαρμογι. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 131

137 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Πείραμα 4 ο : Οικιακι Γραμμι ADSL Εξωτερικό Αςφρματο θμείο Πρόςβαςθσ Στθ διάρκεια εκτζλεςθσ του τζταρτου πειράματοσ, ανταλλάςονται δεδομζνα πάνω από ζνα κανάλι επικοινωνίασ, με ιδιαίτερα χαρακτθριςτικά ωσ προσ τισ μεταβολζσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ. Στο ζνα άκρο, ο διακομιςτισ ςυνδζεται ςτο Διαδίκτυο μζςω μιασ ADSL γραμμισ και ςτο άλλο άκρο, ο πελάτθσ, μζςω ενόσ ςθμείου πρόςβαςθσ που βρίςκεται ςε εξωτερικό δθμόςιο χϊρο παροχισ αςφρματων υπθρεςιϊν Διαδικτφου, όπωσ απεικονίηεται και ςτο Σχιμα 36. Ανάμεςα ςε αρκετζσ πειραματικζσ μετριςεισ που λαμβάνουν χϊρα, ςτα πλαίςια τθσ παροφςασ διπλωματικισ εργαςίασ παρουςιάηονται δφο ομάδεσ μετριςεων. Μία όπωσ καταγράφεται ςτθν πλευρά του διακομιςτι και μία ακόμα, ςε διαφορετικι χρονικι ςτιγμι, όπωσ καταγράφεται ςτθν πλευρά του πελάτθ. Εικόνα 9: Διάγραμμα Στιγμιαίασ υκμαπόδοςθσ Καναλιοφ Επικοινωνίασ ςτθν πλευρά του Διακομιςτι. Στθν Εικόνα 9 παρουςιάηεται θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, όπωσ αυτι δίνεται από τθ Διαχείριςθ Εργαςιϊν (Windows Task Manager) του διακομιςτι. Θ ταχφτθτα αςφρματθσ ςφνδεςθσ του διακομιςτι με το ςθμείο πρόςβαςθσ είναι 48 Mbps. Να ςθμειωκεί πωσ θ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ είναι 163 δευτερόλεπτα και θ εξαγωγι των αποτελεςμάτων γίνεται κάκε δευτερόλεπτο. Επίςθσ, για τθν κωδικοποίθςθ των δεδομζνων φωνισ χρθςιμοποιείται μονοφωνικι παλμοκωδικι διαμόρφωςθ ιχου (Pulse Code Modulation PCM). Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 132

138 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 67: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 67, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ δεν παρουςιάηει εξαιρετικά μικρζσ τιμζσ για μεγάλα χρονικά διαςτιματα, επομζνωσ ο ρυκμόσ αποςτολισ των πακζτων παραμζνει περίπου ςτακερόσ κακόλθ τθ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ, ακολουκϊντασ το ςτακερό ρυκμό δειγματολθψίασ. Διάγραμμα 68: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 68, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό αποςτολισ των δεδομζνων. Το διάγραμμα του ρυκμοφ αποςτολισ, ακολουκϊντασ τον αρικμό των πακζτων που αποςτζλλονται, παραμζνει ςτακερό γφρω από μία μζςθ τιμι. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 133

139 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 69: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 69 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο μικοσ των πακζτων που αποςτζλλονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Από τθν ανάγνωςθ των παραπάνω διαγραμμάτων, διαπιςτϊνεται θ αποςτολι πακζτων ςτακεροφ μικοσ ςε διαςτιματα ςχεδόν ίςθσ χρονικισ διάρκειασ. Διάγραμμα 70: Διακζςιμα Δεδομζνα προσ Εκπομπι. Στο Διάγραμμα 70, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό bytes, που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ διάταξθ ειςόδου του ιχου και είναι διακζςιμα προσ εκπομπι. Τα δεδομζνα ειςζρχονται και εξζρχονται από τθ μνιμθ με ρυκμοφσ οι οποίοι διατθροφν ςτακερό το μζγεκόσ τθσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 134

140 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 71: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 71, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Ο ρυκμόσ λιψθσ πακζτων παρουςιάηει τισ αναμενόμενεσ μεταβολζσ, παρακολουκϊντασ τθ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ τθσ από άκρο ςε άκρο επικοινωνίασ. Διάγραμμα 72: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 72, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό λιψθσ των δεδομζνων. Στο παραπάνω διάγραμμα, εμφανίηονται οι επιπτϊςεισ τθσ βφκιςθσ του διαγράμματοσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ. Ο ρυκμόσ λιψθσ, ςτιγμιαία, αποκτά μθδενικι τιμι ςε βυκίςεισ του διαγράμματοσ τθσ Εικόνασ 9. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 135

141 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 73: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 73 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο μικοσ των πακζτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Το μζςο μικοσ πακζτου μεταβάλλεται και προςαρμόηεται ςτισ ςυνκικεσ του δικτφου, που επικρατοφν κάκε χρονικι ςτιγμι, αποδεικνφοντασ τθν εφαρμογι μθχανιςμοφ ελζγχου εςωτερικισ μνιμθσ. Διάγραμμα 74: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Αναπαραγωγι. Στο Διάγραμμα 74, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό λαμβανόμενων bytes που εγγράφονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου και είναι διακζςιμα προσ αναπαραγωγι. Πταν εμφανίηονται κακυςτεριςεισ ςτο δίκτυο, θ εςωτερικι μνιμθ αδειάηει, αναπαράγοντασ πακζτα που είχαν λθφκεί ςτον παρελκόν, χωρίσ να δζχεται νζα ςτθν Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 136

142 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 είςοδό τθσ. Στθν αποκατάςταςθ τθσ ρυκμαπόδοςθσ, τα δεδομζνα ειςζρχονται και εξζρχονται από τθ μνιμθ με ρυκμοφσ, οι οποίοι διατθροφν το μζγεκόσ τθσ. Διάγραμμα 75: Διάγραμμα Μζςθσ Κακυςτζρθςθσ Αποςτολισ Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 75, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τθ μζςθ κακυςτζρθςθ αποςτολισ των πακζτων εκφραςμζνθ ςε milliseconds (msec). Κατά τθ διάρκεια του παρόντοσ πειράματοσ, τα δεδομζνα αμζςωσ μετά τθν ανάγνωςι τουσ από τθ μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ του ιχου, δίνονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ TCP υποδοχισ και εκπζμπονται χωρίσ κακυςτζρθςθ. Οι μεταβολζσ που παρουςιάηει θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, δεν είναι αρκετά ικανζσ, ϊςτε να προκαλζςουν κακυςτεριςεισ κατά τθν αποςτολι των δεδομζνων φωνισ. Διάγραμμα 76: Διάγραμμα Αρικμοφ Απορρίψεων των προσ Αποςτολι Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 76, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το πλικοσ των περιπτϊςεων ςε κάκε δευτερόλεπτο, όπου χρειάηεται να απορριφκοφν οριςμζνα από τα δεδομζνα που Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 137

143 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 διαβάηονται, χωρίσ να αποςταλοφν. Στο παραπάνω διάγραμμα δεν ςυναντϊνται κακόλου απορρίψεισ πακζτων. Σε μία επόμενθ ανεξάρτθτθ χρονικι περιόδο, καταγράφεται ςτθν πλευρά του πελάτθ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ, που αγγίηει ακόμα και το μθδζν. Εικόνα 10: Διάγραμμα Στιγμιαίασ υκμαπόδοςθσ Καναλιοφ Επικοινωνίασ ςτθν πλευρά του Ρελάτθ. Στθν Εικόνα 10 παρουςιάηεται θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ, όπωσ αυτι δίνεται από τθ Διαχείριςθ Εργαςιϊν (Windows Task Manager) του πελάτθ. Θ ταχφτθτα αςφρματθσ ςφνδεςθσ του διακομιςτι με το ςθμείο πρόςβαςθσ είναι 2 Mbps. Να ςθμειωκεί πωσ θ διάρκεια τθσ επικοινωνίασ είναι 103 δευτερόλεπτα και θ εξαγωγι των αποτελεςμάτων γίνεται κάκε δευτερόλεπτο. Διάγραμμα 77: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 77, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 138

144 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Πταν θ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ αγγίηει μθδενικζσ τιμζσ, ςθμειϊνεται κατακόρυφθ πτϊςθ του ρυκμοφ των απεςταλμζνων πακζτων. Θ υποδοχι TCP δεν είναι δυνατό να αποςτείλει πακζτα μζςω του Διαδικτφου. Με τθν επαναφορά τθσ ρυκμαπόδοςθσ ςε κανονικζσ τιμζσ, τα πακζτα αποςτζλλονται γρθγορότερα, προκειμζνου να αδειάςει θ μνιμθ από δεδομζνα που ςυςςωρεφτθκαν κατά τθ διάρκεια προθγοφμενων βυκίςεων. Διάγραμμα 78: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Αποςτζλλονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 78, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που εκπζμπονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό αποςτολισ των δεδομζνων. Κακϊσ θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ κυμαίνεται ςε μθδενικζσ τιμζσ, το TCP αδυνατεί να αποςτείλει νζα δεδομζνα και ο ρυκμόσ των απεςταλμζνων δεδομζνων ςχεδόν μθδενίηεται. Διάγραμμα 79: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Αποςτζλλεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 139

145 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 79 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο (sec) και ο άξονασ των y αναπαριςτα το μζςο μικοσ (bytes per packet) των πακζτων, που αποςτζλλονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ του πακζτου μεταβάλλεται, αποκρινόμενο ςτισ εκάςτοτε ςυνκικεσ του δικτφου. Μεγάλα μικθ πακζτων, μετά από διάςτθμα πτϊςθσ τθσ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ, βοθκοφν τθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου να αδειάςει από ςυςςωρευμζνα δεδομζνα, προκειμζνου να μθν υπάρχουν επιπλζον κακυςτεριςεισ ςτθν επικοινωνία των δφο άκρων. Διάγραμμα 80: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Εκπομπι. Στο Διάγραμμα 80, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό bytes, που ζχουν ςυλλθφκεί από τθ διάταξθ ειςόδου του ιχου και είναι διακζςιμα προσ εκπομπι. Σε περιόδουσ όπου το διάγραμμα τθσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ παρουςιάηει βυκίςεισ, θ εςωτερικι μνιμθ ςυςςωρεφει πακζτα που ζχουν ςυλλθφκεί και αναμζνουν να μεταδοκοφν με τθν ζξαρςθ του διαγράμματοσ τθσ Εικόνασ 10. Στθν ζξαρςθ, αποςτζλλονται πακζτα μεγαλφτερου μικουσ, με γρθγορότερο ρυκμό και το μζγεκοσ τθσ εςωτερικισ μνιμθσ αποκακίςταται ςε κανονικζσ τιμζσ. Διάγραμμα 81: Διάγραμμα Αρικμοφ Ρακζτων που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 140

146 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Στο Διάγραμμα 81, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των πακζτων, που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (packets per second). Σε κάκε δευτερόλεπτο το j παρουςίαηει μεταβολζσ, που ακολουκοφν τθ ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ. Διάγραμμα 82: Διάγραμμα Αρικμοφ Bits που Λαμβάνονται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 82, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τον αρικμό των χιλιάδων bits που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο (kilo bits per second), δθλαδι το μζςο ρυκμό λιψθσ των δεδομζνων. Στο παραπάνω διάγραμμα, εμφανίηονται οι επιπτϊςεισ τθσ βφκιςθσ του διαγράμματοσ ςτιγμιαίασ ρυκμαπόδοςθσ του καναλιοφ. Διάγραμμα 83: Διάγραμμα Μζςου Μικουσ Ρακζτου που Λαμβάνεται ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 83 ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο μικοσ των πακζτων που λαμβάνονται ςε κάκε δευτερόλεπτο. Το μικοσ εκφράηεται ςε αρικμό bytes ανά πακζτο (bytes per packet). Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 141

147 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Διάγραμμα 84: Διάγραμμα Διακζςιμων Δεδομζνων προσ Αναπαραγωγι. Στο Διάγραμμα 84, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το μζςο αρικμό λαμβανόμενων bytes που εγγράφονται ςτθν εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ αναπαραγωγισ του ιχου και είναι διακζςιμα προσ αναπαραγωγι. Πταν εμφανίηονται κακυςτεριςεισ ςτο δίκτυο, θ εςωτερικι μνιμθ αδειάηει, αναπαράγοντασ πακζτα που είχαν λθφκεί ςτον παρελκόν, χωρίσ να δζχεται νζα ςτθν είςοδό τθσ. Στθν αποκατάςταςθ τθσ ρυκμαπόδοςθσ, θ εςωτερικι μνιμθ δζχεται τα μεγάλα πακζτα δεδομζνων με γριγορο ρυκμό και γεμίηει ςε μεγάλο ποςοςτό. Διάγραμμα 85: Διάγραμμα Μζςθσ Κακυςτζρθςθσ Αποςτολισ Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 85, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά τθ μζςθ κακυςτζρθςθ αποςτολισ των πακζτων εκφραςμζνθ ςε milliseconds (msec). Τα δεδομζνα που διαβάηονται από τθ διάταξθ ςφλλθψθσ του ιχου, δίνονται προσ εκπομπι ςτθ μνιμθ τθσ υποδοχισ TCP. Πςο ςυμβαίνει θ ςτιγμιαία ρυκμαπόδοςθ του καναλιοφ επικοινωνίασ να λαμβάνει πολφ χαμθλζσ τιμζσ, τα δεδομζνα αρχίηουν να αυξάνουν. Πταν το μζγεκοσ τθσ μνιμθσ αγγίξει το μζγιςτο, θ εντολι Java, με τθν οποία εγγράφονται δεδομζνα ςτθ μνιμθ, αναςτζλλει τθν Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 142

148 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 εκτζλεςθ του προγράμματοσ, με αποτζλεςμα να κακυςτερεί θ διαδικαςία ζναρξθσ αποςτολισ δεδομζνων. Κατά τθ διάρκεια εκτζλεςθσ του πειράματοσ, παρατθροφνται κακυςτεριςεισ, οι οποίεσ αγγίηουν και τα 16 δευτερόλεπτα. Διάγραμμα 86: Διάγραμμα Αρικμοφ Απορρίψεων των προσ Αποςτολι Ρακζτων ςε Κάκε Δευτερόλεπτο. Στο Διάγραμμα 86, ο άξονασ των x αναπαριςτά το χρόνο εκφραςμζνο ςε δευτερόλεπτα (sec). Ο άξονασ των y αναπαριςτά το πλικοσ των περιπτϊςεων, ςε κάκε δευτερόλεπτο, όπου χρειάηεται να απορριφκοφν οριςμζνα από τα δεδομζνα που διαβάηονται, χωρίσ να αποςταλοφν. Στθ διάρκεια μικρϊν τιμϊν ρυκμαπόδοςθσ καναλιοφ, θ εςωτερικι μνιμθ τθσ διάταξθσ ςφλλθψθσ ιχου, γεμίηει με αρκετά δευτερόλεπτα ςυςςωρευμζνθσ φωνισ που δεν ζχει μεταδοκεί. Σε αυτζσ τισ περιπτϊςεισ, θ μετάδοςθ δεν ζχει νόθμα. Θ απόρριψθ των αντίςτοιχων δεδομζνων διαμορφϊνει ζναν ευχερι διάλογο, παρά τισ αντίξοεσ ςυνκικεσ του δικτφου. Αποδεικνφεται, με αυτόν τον τρόπο, θ ανκεκτικότθτα των μθχανιςμϊν διαχείριςθσ τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 143

149 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο Πειραματικζσ Εφαρμογζσ Προςαρμοηόμενου Κβαντιςτι Ρζρα από τισ τεχνικζσ μετάδοςθσ πακζτων μεταβλθτοφ μικουσ και απόρριψθσ πακζτων, ο μθχανιςμόσ τθσ προςαρμοηόμενθσ κβάντιςθσ αποτελεί ζνα ακόμα βιμα για τον ζλεγχο τθσ ελαςτικισ μνιμθσ. Με ςκοπό μελλοντικισ ενςωμάτωςθσ του μθχανιςμοφ τθσ κβάντιςθσ ςε εφαρμογζσ επικοινωνίασ φωνισ ςε δίκτυα μεταγωγισ πακζτων, πραγματοποιοφνται πειράματα και λαμβάνονται αποτελζςματα, που εξετάηουν τθν ποιότθτα τθσ φωνισ υπό κβάντιςθ διαφορετικισ, κάκε φορά, ακρίβειασ. Τα αποτελζςματα προκφπτουν από τθν εκτζλεςθ κϊδικα, που αναπτφχκθκε ςε προθγοφμενθ ενότθτα, και εκτελείται αυτόνομα ςε ζναν υπολογιςτι. Γίνονται πειράματα με μθ προςαρμοηόμενο κβαντιςτι (non-adaptive quantizer) και με κβαντιςτι που προςαρμόηει (adaptive quantizer) τθν αρχικι δυναμικι περιοχι (Dynamic Range DR) του ςιματοσ τθσ φωνισ. Σχετικά με τθ δεφτερθ περίπτωςθ, το εφροσ τθσ δυναμικισ περιοχισ επιλζγεται με βάςθ τθ μζςθ ιςχφ του ςιματοσ ειςόδου. Σε αυτό το ςθμείο, διακρίνονται δφο διαφορετικζσ περιπτϊςεισ προςαρμοηόμενου κβαντιςτι. Αρχικά, θ κβάντιςθ γίνεται εντόσ δυναμικισ περιοχισ, θ οποία περιλαμβάνει το 99.7% και ςτθ ςυνζχεια το 95% του ςυνόλου των δειγμάτων. Τα παραπάνω ποςοςτά προκφπτουν με βάςθ τθν υπόκεςθ κανονικισ κατανομισ Gauss, τθσ πικανότθτασ των τιμϊν του ςτιγμιαίου πλάτουσ του ςιματοσ φωνισ. Θ κανονικι κατανομι απεικονίηεται ςτο Σχήμα 23 τθσ παραγράφου Σε κάκε περίπτωςθ, είςοδο για τον κβαντιςτι αποτελεί το ίδιο θχογραφθμζνο μινυμα, το οποίο αναπαριςτάται με ακρίβεια των 16 bits. Το μινυμα κβαντίηεται με διαφορετικό αρικμό bits, από 1 ζωσ και 15. Το Διάγραμμα 87, απεικονίηει τθν κυματομορφι του θχθτικοφ μθνφματοσ. Ρρόκειται για ζνα παράκυρο ςτο χρόνο, διάρκειασ τεςςάρων δευτερολζπτων (4*8000 = δείγματα). Υπολογίηεται, για τθν τυπικι απόκλιςθ ς=2741 και για τθ μζςθ τιμι μ=0. Διάγραμμα 87: Κυματομορφι Θχθτικοφ Μθνφματοσ που Αποτελεί τθν Είςοδο του Κβαντιςτι. Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 144

150 Ανάπτυξη Μηχανιςμών Ελζγχου Ελαςτικήσ Μνήμησ ςε Δίκτυα Μεταγωγήσ Πακζτων Φωνήσ Κεφάλαιο 3 Από τθν παραπάνω κυματομορφι, επιλζγονται, ενδεικτικά, δφο τμιματά τθσ και απεικονίηονται λεπτομερζςτερα ςε μικρότερθ κλίμακα. Το πρϊτο τμιμα παρουςιάηεται ςτο Διάγραμμα 88 και το δεφτερο ςτο Διάγραμμα 89, αντίςτοιχα. Διάγραμμα 88: Τμιμα Κυματομορφισ Θχθτικοφ Μθνφματοσ που Αποτελεί τθν Είςοδο του Κβαντιςτι. Διάγραμμα 89: Τμιμα Κυματομορφισ Θχθτικοφ Μθνφματοσ που Αποτελεί τθν Είςοδο του Κβαντιςτι. Σε κακζνα από τα παραπάνω δφο διαγράμματα, με κόκκινο ορίηεται θ δυναμικι περιοχι, θ οποία περιλαμβάνει το 99.7% του ςυνόλου των δειγμάτων. Σφμφωνα με τθν υπόκεςθ κανονικισ κατανομισ, το ποςοςτό αυτό βρίςκεται ςε απόςταςθ το πολφ ζωσ 3ς από τθ μζςθ τιμι. Ακόμα, ιςχφει 3*ς = 3*2741 = Επομζνωσ, το πεδίο οριςμοφ τθσ δυναμικισ περιοχισ είναι το *-8223,+8223). Αντίςτοιχα, με πράςινο ορίηεται θ δυναμικι περιοχι, θ οποία εμπεριζχει το 95% του ςυνόλου των δειγμάτων. Το ποςοςτό αυτό βρίςκεται ςε απόςταςθ το πολφ ζωσ 2ς από τθ μζςθ τιμι. Επίςθσ, ιςχφει 2*ς = 2*2741 = Συνεπϊσ, θ δυναμικι περιοχι, ςε αυτιν τθν περίπτωςθ, είναι το πεδίο *-5482,+5482). Ακολουκεί θ απεικόνιςθ τριϊν διαγραμμάτων, ζνα για κάκε μία περίπτωςθ κβαντιςτι (μθ προςαρμοηόμενοσ, προςαρμοηόμενοσ %, προςαρμοηόμενοσ - 95%). Διπλωματική Εργαςία - Μητράκου Άλκηςτισ ΤΗΜΜΥ ΑΠΘ Σελίδα 145