ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Transcript

1 Στόχος: 1 η Γραπτή Εργασία ΠΛΗ 23 Ακαδημαϊκό Έτος (Τόμος Α, Κεφάλαια 1-3) Ημερομηνία Παράδοσης 21/11/2010 ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ Άσκηση 1 Στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής ύλης του Α Τόμου, ο στόχος της άσκησης είναι να εξοικειωθεί ο/η φοιτητής/τρια: 1. με τη φιλοσοφία των δικτύων τηλεματικής που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά της πληροφορίας 2. με τη διαχείριση της πληροφορίας σύμφωνα με τα τεχνικά χαρακτηριστικά των δικτύων τηλεματικής Απαραίτητες γνώσεις: Κεφάλαιο 1, του Τόμου Α Κεφάλαιο 1, του ΕΔΥ του Τόμου Α: Ειδικά Θέματα Τηλεματικής (ενότητες 1.2.1, 1.2.2, 1.2.3, 1.2.4) Ένα Σύστημα Τηλεϊατρικής (ΣΤ) διασυνδέει το Νοσοκομείο (Ν), την Οικία του Ιατρού (ΟΙ) και το Ασθενοφόρο (Α) (βλέπε Σχήμα 1). Η άσκηση πραγματεύεται τη διαδικασία της διάγνωσης ενός ασθενούς ο οποίος μεταφέρεται με το (Α) στο (Ν), από τον Ιατρό ο οποίος ευρίσκεται στην (ΟΙ). Η διασύνδεση των (Α), (Ν) και (ΟΙ) πραγματοποιείται με χρήση σύγχρονων ασύρματων δικτύων. Η τεχνολογία των ασύρματων δικτύων εντός του (ΟΙ) και του (Ν) βασίζεται στο πρότυπο WiFi και η τεχνολογία του εξωτερικού ασύρματου δικτύου που συνδέει τα (Ν), (ΟΙ) και (Α) ανήκει στην κατηγορία του κυψελωτού ασύρματου δικτύου (π.χ GSM, UMTS). Η αποστολή και λήψη δεδομένων σε όλο το (ΣΤ) διασφαλίζεται με το κατάλληλο υλικό (hardware), λογισμικό (sofware) και τις αναγκαίες διεπαφές (inerfaces). Ν Βάση Δεδομένων Ιατρικών Φακέλων Ασθενών Δέκτης WiFi Διαγνωστικά Ιατρικά Μηχανήματα Πομπός WiFi ΟΙ Πομπός/Δέκτης WiFi Η/Υ ιατρού Κεραία Κινητής Τηλεφωνίας Πομπός/Δέκτης WiFi Πομποδέκτης Κινητής Τηλεφωνίας Εξυπηρετητής Πομποδέκτης Κινητής Τηλεφωνίας Κεραία Κινητής Τηλεφωνίας Γ Κάτω Ζεύξη (Downlink) Ανω Ζεύξη (Uplink) Β Κάτω Ζεύξη (Downlink) Δ Α Κεραία Κινητής Τηλεφωνίας A Μετρητικές Ιατρικές Συσκευές Ανω Ζεύξη (Uplink) Κεραιοσύστημα Κυψέλης Κινητής Τηλεφωνίας Πομποδέκτης Κινητής Τηλεφωνίας Σταθμός Βάσης Κινητής Τηλεφωνίας Σχήμα 1: Σύστημα Τηλεϊατρικής (ΣΤ) 1

2 Ζητούνται να βρεθούν: Ερώτηση 1: Με δεδομένο ότι εντός του (Ν) υπάρχουν τα αναγκαία ιατρικά διαγνωστικά μηχανήματα, ο μεταφερόμενος ασθενής με το ασθενοφόρο, έχει ήδη συμπληρωμένο τον Ηλεκτρονικό Ιατρικό Φάκελό (ΗΙΦ) του με τις εξετάσεις που δείχνονται στον Πίνακα 1. Στην περίπτωση αυτή να υπολογίσετε: α) τις τιμές της παραμέτρου του conras σε bis/pixel, για κάθε διαγνωστική ιατρική εξέταση, στο πλαίσιο της αναγκαίας ανάλυσης της εικόνας προκειμένου να λαμβάνονται τα αντίστοιχα μεγέθη των πλαισίων των εικόνων (δηλαδή να υπολογίστε τα C1, C2, C3, C4, C5) β) Το συνολικό πληροφοριακό μέγεθος της κάθε ιατρικής εξέτασης (δηλαδή να υπολογίστε τα D1, D2, D3, D4, D5) Ιατρικό Διαγνωστικό Μηχάνημα Ψηφιακός Υπερηχογράφος Ψηφιακό Ενδοσκόπιο Υπολογιστικός Τομογράφος (compued Tomographer-CT) Ψηφιακός Ακτινογράφος Μαμμογράφος (Mammographer) Τύπος Ιατρικής Εξέτασης Υπερηχογράφημα στομάχου Εσωτερική καταγραφή στομάχου Εξέταση ενδοθωρακικής χώρας Πίνακας 1: Ιατρικές εξετάσεις ασθενούς Ανάλυση Εικόνας Χωρική - spaial (pixels x pixels) Conras (bis/pixel) Μέγεθος Πλαισίου Εικόνας 512x512 x C1 256 Kbyes 512x512 x C2 256 Kbyes 512x512 x C3 384 Kbyes Εξέταση λεκάνης 1024x1250 x C4 1.5 Μbyes Εξέταση στήθους 4096x4096 x C5 24 Μbyes Ποσότητα πλαισίων εικόνας για την ιατρική εξέταση 10 D1 5 D2 20 D3 15 D4 30 D5 Συνολικό πληροφοριακό μέγεθος ιατρικής εξέτασης Ερώτηση 2: Ο ασθενής είναι στο (Α) και κατά τη διάρκεια της μεταφοράς του στο (Ν) πραγματοποιούνται μετρήσεις με τη χρήση κατάλληλων ιατρικών μετρητικών συσκευών, οι οποίες (μετρήσεις) θα πρέπει να μεταφερθούν μέσω του εξωτερικού ασύρματου δικτύου και να καταχωρηθούν στη βάση δεδομένων των Ιατρικών Φακέλων, και συγκεκριμένα στον (ΗΙΦ) του συγκεκριμένου ασθενούς. Στον πίνακα 2, δείχνονται τα στοιχεία των αντίστοιχων ιατρικών εξετάσεων και η λαμβανόμενη χρονική τους διάρκεια. 2

3 Πίνακας 2: Ιατρικές εξετάσεις ασθενούς στο ασθενοφόρο Τύπος Ψηφιακής Ιατρικής Συσκευής Ψηφιακό πιεσόμετρο (digial sphygmomanomeer) Ψηφιακό θερμόμετρο Ψηφιακό στηθοσκόπιο συνδεδεμένο με ψηφιακό ηλεκτροκαρδιογράφο (digial audio sehoscope elecro cardiographer) Ιατρική εξέταση Δείγμα εξέτασης(kbi/sec) Χρονική διάρκεια εξέτασης (sec) Μέτρηση πίεσης 2 5 Κ1 Μέτρηση θερμοκρασίας Στηθοσκόπηση και καρδιογράφημα 5 2 Κ Κ3 Συνολικό πληροφοριακό μέγεθος ιατρικής εξέτασης (kbi) Να υπολογισθούν: Το συνολικό πληροφοριακό μέγεθος της κάθε ιατρικής εξέτασης (δηλαδή να υπολογισθούν τα Κ1, Κ2, Κ3) Ερώτηση 3: Ο ιατρός ευρίσκεται στην (ΟΙ) και έχει πρόσβαση στον υπολογιστή (Η/Υ) του. Θα πρέπει στον (Η/Υ) να μεταφερθούν τα πλήρη στοιχεία του (ΗΙΦ) του ασθενούς με όλα τα αποτελέσματα των εξετάσεων που είχαν λάβει χώρα στο (Ν) και αυτά που έλαβαν χώρα στο (Α). Η λειτουργική πορεία της μεταφερόμενης πληροφορίας είναι A B Γ (βλέπε Σχήμα 1). Είναι προφανές ότι στα τμήματα Γ και Δ μεταφέρεται ο πλήρης ιατρός φάκελος (ΗΙΦ) του ασθενούς. Να θεωρήσετε ότι η χρονική καθυστέρηση που λαμβάνει χώρα κατά τη μεταγωγή της πληροφορίας από τη μια κατηγορία δικτύου στην άλλη είναι αμελητέα. Να υπολογισθούν: α) Πόσος χρόνος απαιτείται για τη μετάδοση όλων των ιατρικών εξετάσεων που έλαβαν χώρα στο (Α) μέχρι και την καταχώρησή τους στον (ΗΙΦ) ; Η διερεύνηση να γίνει για τα πρότυπα των δικτύων που δείχνονται στον πίνακα 3. Πίνακας 3: Χαρακτηριστικά ασύρματων δικτύων πρόσβασης (για εξωτερικούς και εσωτερικούς χώρους) Ασύρματα δίκτυα εξωτερικών χώρων Ασύρματα δίκτυα εσωτερικών χώρων Πρότυπο ασύρματου Ρυθμός στην Κάτω Ρυθμός στην Άνω δικτύου Ζεύξη (Downlink) Ζεύξη (Uplink) [Mbi/sec] [Mbi/sec] GSM (GPRS) UMTS (W-CDMA HSDPA) WiFi: b WiFi: g

4 β) Πόσος χρόνος απαιτείται για τη μετάδοση του πλήρους (ΗΙΦ) του ασθενούς από το (Ν) στον Η/Υ του ιατρού στην (ΟΙ) για κάθε πρότυπο; γ) Με κριτήριο της ελαχιστοποίησης του χρόνου λήψης του πλήρους (ΗΙΦ) του ασθενούς στον Η/Υ του ιατρού στην (ΟΙ), ποιο συνδυασμό τεχνολογιών ασύρματων δικτύων (εσωτερικού και εξωτερικού χώρου) θα επιλέγατε; (να αιτιολογηθεί η απάντηση) Σημείωση: 1. Το εξεταζόμενο Σύστημα Τηλεϊατρικής δεν αντιπροσωπεύει κανένα γνωστό τηλεϊατρικό σύστημα και δεν υπακούει στις αντίστοιχες αποδεκτές προδιαγραφές για την αξιόπιστη μεταφορά ιατρικής πληροφορίας. 2. Στο πλαίσιο του υπολογισμού χρόνων, να θεωρήσετε αμελητέους τους χρόνους επεξεργασίας της πληροφορίας στα διάφορα σημεία μεταγωγής αυτής. 3. Για την επίλυση των ερωτημάτων να χρησιμοποιήσετε αυστηρά μόνο τα στοιχεία που σας δίδονται στην εκφώνηση. 4. Η άνω και η κάτω ζεύξη στα ασύρματα δίκτυα δείχνονται με «βελάκια» και αντιπροσωπεύουν την πορεία της μεταφερόμενης πληροφορίας. 5. Δίνονται: 1 Bye 8 bi 1 ΜBye 1024 KByes 1024x1024 Byes 1 Mbps 1000 Kbps 1000x1000 bps Απάντηση Άσκησης 1 Ερώτηση 1 1.α) 256 Kbyes bis C 1 8 bis/pixel Kbyes bis C 2 8 bis/pixel Kbyes bis C 3 12 bis/pixel

5 1.5Mbyes bis C bis/pixel, οπότε θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν 10 bis/pixel Mbyes bis C 5 12 bis/pixel β) Με βάση τα στοιχεία που καταγράφονται στον Πίνακα 1, τα συνολικά μεγέθη των αντίστοιχων ιατρικών εξετάσεων είναι: Kbye D Πλαίσια 2560 Kbyes Π ί λα σιο Kbye D Πλαί 1280 Kbyes Πλαίσιο σια Kbye D Πλαί 7680 Kbyes Πλαίσιο σια Mbye D Πλαίσια 22. 5Mbyes Πλαίσιο Mbye D Πλαί 720 Mbyes Πλαίσιο σια Ερώτηση 2 kbi K1 2 5sec 10kbi sec kbi K 2 5 2sec 10 kbi sec kbi K3 1 10sec 10kbi sec Ερώτηση 3 3.α) Για τη μετάδοση των στοιχείων των ιατρικών εξετάσεων από το (Α) στο (Ν) και την καταγραφή τους στον (ΗΙΦ), χρησιμοποιείται μόνο το ασύρματο δίκτυο εξωτερικού χώρου και επομένως θα πρέπει να υπολογίσουμε τον 5

6 συνολικό χρόνο που λαμβάνει χώρα η μεταφορά της πληροφορίας στα τμήματα Α και Β. Οι ενδιάμεσοι χρόνοι μεταφοράς και επεξεργασίας θεωρούνται αμελητέοι. Στο (Α) ο συνολικός πληροφοριακός όγκος των εξετάσεων είναι: KΟΛΙΚΟ K1 + K2 + K3 10 kbi + 10 kbi + 10 kbi 30 kbi Περίπτωση 1: Για την τεχνολογία GSM (GPRS) θα χρησιμοποιηθεί ο ρυθμός της άνω ζεύξης (τμήμα Α) και ο ρυθμός της κάτω ζεύξης (Τμήμα Β). Επομένως: Στο Τμήμα Α (ρυθμός Mbi/sec), ο συνολικός χρόνος μετάδοσης είναι: A 30kbi 0.7 sec 42.8kbi / sec Στο Τμήμα Β (ρυθμός Mbi/sec), ο συνολικός χρόνος μετάδοσης είναι: B 30kbi 0.35sec 85.6kbi / sec Επομένως: ΟΛΙΚΟ A + B 0.7sec+ 0.35sec 1.05sec Περίπτωση 2: Για την τεχνολογία UMTS (W-CDMA-HSDPA) θα χρησιμοποιηθεί ο ρυθμός της άνω ζεύξης (τμήμα Α) και ο ρυθμός της κάτω ζεύξης (Τμήμα Β). Επομένως: Στο Τμήμα Α (ρυθμός 0.38 Mbi/sec), ο συνολικός χρόνος μετάδοσης είναι: A 30kbi 0.078sec 380kbi / sec Στο Τμήμα Β (ρυθμός 14.4 Mbi/sec), ο συνολικός χρόνος μετάδοσης είναι: B 30kbi sec kbi / sec Επομένως: ΟΛΙΚΟ A + B 0.078sec sec 0.08sec 3.β) Για τη μετάδοση του πλήρους (ΗΙΦ) από το (Ν) στον Η/Υ στην (ΟΙ), θα χρησιμοποιηθεί και εξωτερικό ασύρματο δίκτυο και εσωτερικό ασύρματο δίκτυο. Επομένως με βάση τις χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες των ασύρματων δικτύων θα πρέπει να διερευνήσουμε όλα τα εναλλακτικά σενάρια χρήσης αυτών. 6

7 Θα πρέπει να υπολογίσουμε τον συνολικό πληροφοριακό όγκο του (ΗΙΦ) του ασθενούς: Π D +Κ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ΟΛΙΚΟ ( D1+ D2 + D3 + D4 + D5) + ( K1+ K2 + K3) (2560 Kbyes Kbyes Kbyes Mbyes Mbyes) + (10 kbi + 10 kbi + 10 kbi) ( kbi kbi kbi kbi kbi)/ (30 kbi) (20.971,520 kbi ,760 kbi ,560 kbi ,680 kbi ,760 kbi) + + (30 kbi) ( ,28 kbi) + (30 kbi) Περίπτωση 1: Χρήση εξωτερικού δικτύου τεχνολογίας GSM (GPRS) και εσωτερικού δικτύου τεχνολογίας WiFi: b Τα τμήματα που θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας είναι το Γ, το Δ και το WiFi στην (ΟΙ). Επομένως: Αποστολή στην άνω ζεύξη (Τμήμα Γ): Γ ,32 sec 42.8 kbi / sec Αποστολή στην κάτω ζεύξη (Τμήμα Δ): ,16 sec 85.6 kbi / sec Αποστολή στο WiFi στον Η/Υ του ιατρού στην (ΟΙ): WiFi( b) sec kbi / sec Άρα: ΟΛΙΚΟ Γ + + WiFi (802.11b) ,32sec ,16sec sec ,28sec Περίπτωση 2: Χρήση εξωτερικού δικτύου τεχνολογίας GSM (GPRS) και εσωτερικού δικτύου τεχνολογίας WiFi: g Τα τμήματα που θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας είναι το Γ, το Δ και το WiFi στην (ΟΙ). Επομένως: 7

8 Αποστολή στην άνω ζεύξη (Τμήμα Γ): Γ ,32 sec 42.8 kbi / sec Αποστολή στην κάτω ζεύξη (Τμήμα Δ): ,16 sec 85.6 kbi / sec Αποστολή στο WiFi στον Η/Υ του ιατρού στην (ΟΙ): WiFi( g ) sec kbi / sec Άρα: ΟΛΙΚΟ Γ + + WiFi (802.11g ) ,32sec ,16sec sec ,57 sec Περίπτωση 3: Χρήση εξωτερικού δικτύου τεχνολογίας UMTS (W-CDMA-HSDPA) και εσωτερικού δικτύου τεχνολογίας WiFi: b Τα τμήματα που θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας είναι το Γ, το Δ και το WiFi στην (ΟΙ). Επομένως: Αποστολή στην άνω ζεύξη (Τμήμα Γ): Γ ,24 sec 380 kbi / sec Αποστολή στην κάτω ζεύξη (Τμήμα Δ): 439,09 sec kbi / sec Αποστολή στο WiFi στον Η/Υ του ιατρού στην (ΟΙ): WiFi( b) sec kbi / sec Άρα: ΟΛΙΚΟ Γ + + WiFi (802.11b) ,24sec+ 439,09sec sec ,13sec 8

9 Περίπτωση 4: Χρήση εξωτερικού δικτύου τεχνολογίας UMTS (W-CDMA-HSDPA) και εσωτερικού δικτύου τεχνολογίας WiFi: g Τα τμήματα που θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας είναι το Γ, το Δ και το WiFi στην (ΟΙ). Επομένως: Αποστολή στην άνω ζεύξη (Τμήμα Γ): Γ ,24 sec 380 kbi / sec Αποστολή στην κάτω ζεύξη (Τμήμα Δ): 439,09 sec kbi / sec Αποστολή στο WiFi στον Η/Υ του ιατρού στην (ΟΙ): WiFi( g ) 117,09 sec kbi / sec Άρα: ΟΛΙΚΟ Γ + + WiFi (802.11g ) ,24sec+ 439,09sec+ 117,09sec ,42sec 3.γ) Με βάση τα αποτελέσματα του ερωτήματος (3.β) θα πρέπει να δούμε τον συνδυασμό των δικτύων που δίδουν τον μικρότερο χρόνο στο πλαίσιο της μεταφερόμενης πληροφορίας. Επομένως, όπως βλέπουμε ο συνδυασμός Χρήση εξωτερικού δικτύου τεχνολογίας UMTS (W-CDMA-HSDPA) και εσωτερικού δικτύου τεχνολογίας WiFi: g Δίνει ΟΛΙΚΟ Γ + + WiFi (802.11g ) ,24sec+ 439,09sec+ 117,09sec ,42sec Που είναι και ο μικρότερος χρόνος σε σχέση με τους υπόλοιπους συνδυασμούς. 9

10 Στόχος: Άσκηση 2 Η κατανόηση των βασικών εννοιών & των δικτύων της τηλεματικής και του υπολογισμού της μεταφερόμενης πληροφορίας. Απαραίτητες γνώσεις: Κεφάλαιο 1, του Τόμου Α Κεφάλαιο 1, του ΕΔΥ του Τόμου Α: Ειδικά Θέματα Τηλεματικής (ενότητες 1.2.1, 1.2.2, 1.2.3, 1.2.4) Στο πλαίσιο λήψης ενός ψηφιακού τηλεοπτικού σήματος (πρότυπο Χ) στον δέκτη της τηλεόρασης η οποία είναι συνδεδεμένη με έναν υπολογιστή, ζητούνται να διερευνηθούν τα εξής: Ερώτηση 1: Να προσδιορισθεί το αναγκαίο εύρος ζώνης (σε μονάδες MHz) του ασύρματου καναλιού με δεδομένο ότι ο σηματοθορυβικός λόγος (Signal o Noise Raio SNR) είναι db. Στην περίπτωση αυτή να ληφθεί υπόψη ότι με βάση το πρότυπο DVB-T η αναγκαία χωρητικότητα του καναλιού είναι 22 Mbps. Ερώτηση 2: Το ληφθέν τηλεοπτικό σήμα συγκεκριμένου προγράμματος χρονικής διάρκειας 30 min το οποίο εκπέμπεται μια φορά την ημέρα, πρόκειται να αποθηκευτεί στη μνήμη του υπολογιστή. Τα χαρακτηριστικά της πληροφορίας που πρόκειται να αποθηκευτεί είναι: Ρυθμός πλαισίων εικόνας 24 frames/sec Λαμβανόμενος ήχος 10 kbis Ανάλυση εικόνας 1920x1080 εικονοστοιχεία [pixels] (χωρική ανάλυση) Οι διακριτές τιμές φωτεινότητας ανά εικονοστοιχείο αναπαρίστανται με 3 bi Η απαιτούμενη συμπίεση στη μετάδοση του τηλεοπτικού προγράμματος είναι 5000:1 Να υπολογισθούν: 2.α) Το σύνολο των διακριτών τιμών της φωτεινότητας ανά εικονοστοιχείο (pixel) 2.β) Πόσες εκπομπές του ιδίου προγράμματος και της ίδιας χρονικής διάρκειας μπορούμε να αποθηκευτούν σε ένα CD-ROM χωρητικότητας των 750 Μbyes; Δίνονται: C W log 2 ( 1+ SNR), όπου C είναι η χωρητικότητα του καναλιού (ίση με τον ρυθμό μετάδοσης της πληροφορίας σε μονάδες bps), W είναι το εύρος ζώνης συχνοτήτων και SNR είναι ο Λόγος Σήματος προς Θόρυβο [Signal o Noise Raio SNR]. Στον τύπο το SNR εκφράζεται με καθαρό αριθμό (αδιάστατο). 1 Bye 8 bis 1 ΜBye 1024x1024 Bye 1 Mbps 1000 Kbps 1000x1000 bps 10

11 Απάντηση Άσκησης 2 Ερώτηση 1 Με βάση τον τύπο C W ( 1+ SNR) C 22 Mbps [ SNR] db dB log 2, έχουμε: Επομένως, το SNR σε καθαρό αριθμό προκύπτει από την αντιλογαρίθμιση του [ SNR] db dB, δηλαδή: [ SNR] db 15.58dB 10 log ( SNR) SNR 10 Από τον παραπάνω τύπο λύνουμε ως προς W, και έχουμε: ( ) 22 Mbps W log 2 log W log W W (5.23) log10 2 Άρα: bps 6 W Hz 4. 2 MHz 5.23 Ερώτηση 2 2.α) Επειδή υπάρχει η απαίτηση των 3 bi για την αναπαράσταση των τιμών της φωτεινότητας, τότε απαιτούνται διακριτές τιμές της φωτεινότητας του κάθε εικονοστοιχείου (pixel). 2.β) Πληροφορία Εικόνας: Για το σύνολο των λαμβανομένων εικόνων, με βάση τα δεδομένα του ερωτήματος, έχουμε: σε 1 sec µεταδίδονται 24 πλαίσια εικόνας Επομένως: σε 30 min µεταδίδονται πλαίσια εικόνας πλαίσια 11

12 Τα πλαίσια αντιστοιχούν σε: bis Λαμβανομένης υπόψη όμως της συμπίεσης που πραγματοποιείται, ο πληροφοριακός όγκος των εικόνων είναι: Π bis bis 6. 4 Mbyes Πληροφορία Ήχου: Για το σύνολο της λαμβανόμενης ηχητικής πληροφορίας, έχουμε: σε 1 sec µεταδίδονται 10 kbi ήχου Επομένως: σε 30 min µεταδίδονται kbi bi Λαμβανομένης υπόψη όμως της συμπίεσης που πραγματοποιείται, ο πληροφοριακός όγκος της ηχητικής πληροφορίας είναι: Π bis bis Mbyes Επομένως η συνολική πληροφορία η οποία πρόκειται να εγγραφεί είναι: Π ΟΛΙΚΟ Π1 + Π Mbyes Mbyes Mbyes : Επειδή το CD-ROM είναι χωρητικότητας 750 Μbyes, τότε μπορούν να πραγματοποιηθούν: Mbyes Mbyes 117 εγγραφές 12

13 Άσκηση 3 Στόχος: Η κατανόηση των βασικών αρχών των σύγχρονων δικτύων τηλεματικής. Απαραίτητες γνώσεις: Κεφάλαιο 1, Παράγραφοι 1.2, του Τόμου Α ΕΔΥ του Τόμου Α: Διάλεξη 04 - Αριθμοδότηση Θεωρήστε ένα απλό τηλεφωνικό δίκτυο που αποτελείται από δύο Κέντρα και ένα ενδιάμεσο μεταγωγέα. Ο μεταγωγέας συνδέεται με τα Κέντρα με γραμμές full duplex του 1 ΜHz. Υποθέστε ότι κάθε φωνητική κλήση χρησιμοποιεί ένα κανάλι των 4 KHz. Ένα μέσο τηλέφωνο κάνει τέσσερις κλήσεις ανά εργάσιμη ημέρα (μια εργάσιμη ημέρα έχει 8 ώρες εργασίας) και η μέση διάρκεια κλήσης είναι έξι λεπτά. Οι υπεραστικές κλήσεις (εκτός του ίδιου Κέντρου) είναι 10% των συνολικών κλήσεων. Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός τηλεφώνων που μπορεί να υποστηρίξει κάθε Κέντρο κατά τη διάρκεια της εργάσιμης ημέρας; Απάντηση Άσκησης 3 Κάθε τηλέφωνο κάνει (4 κλήσεις/εργάσιμη ημέρα) / (8 ώρες/εργάσιμη ημέρα) 0,5 κλήσεις/ώρα Η κάθε κλήση διαρκεί 6 λεπτά. Συνεπώς, κάθε τηλέφωνο δεσμεύει το δίκτυο για 6 λεπτά/κλήση x 0,5 κλήσεις/ώρα 3 λεπτά/ώρα. Άρα, σε μία ώρα μπορούν να μοιραστούν το δίκτυο (60 λεπτά/ώρα)/(3 λεπτά/ώρα/τηλέφωνο)20 τηλέφωνα (αν και αυτή η 100% χρήση θα έχει ως αποτέλεσμα μεγάλες αναμονές). Δεδομένου ότι 10% των κλήσεων είναι υπεραστικές, απαιτούνται 200 τηλέφωνα για την πλήρη δέσμευση του καναλιού των 4 ΚΗz. Το κομμάτι που αφορά την επικοινωνία εντός του κάθε Κέντρου έχει (10 6 Hz) / ( Hz) 250 κανάλια. Με 200 τηλέφωνα ανά κανάλι, κάθε Κέντρο μπορεί να υποστηρίξει τηλέφωνα. 13

14 Άσκηση 4 Στόχος: Η κατανόηση των βασικών αρχών σχεδίασης των σύγχρονων δικτύων τηλεματικής. Απαραίτητες γνώσεις: Κεφάλαιο 2, του Τόμου Α ΕΔΥ του Τόμου Α: Διάλεξη 03 - Δίκτυα ΑΤΜ ΕΔΥ του Τόμου Α: Διάλεξη 05 - Διαδίκτυο ΕΔΥ του Τόμου Α: Διάλεξη Ειδικά Θέματα Τηλεματικής, Κεφάλαιο 2: Σύγχρονα Δίκτυα Τηλεματικής Θεωρήστε τις ακόλουθες παραμέτρους για ένα δίκτυο μεταγωγής (swiching nework): Ν ο αριθμός των αλμάτων (hops) μεταξύ δύο τελικών συστημάτων L το μήκος του μηνύματος σε bis Β ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων σε bis ανά δευτερόλεπτο (bps) σε όλες τις συνδέσεις P το σταθερό μέγεθος πακέτου σε bis H η επιβάρυνση (της επικεφαλίδας - header) σε bis ανά πακέτο S ο χρόνος εγκατάστασης κυκλώματος (για μεταγωγή κυκλώματος ή εικονικό κύκλωμα) σε δευτερόλεπτα D η καθυστέρηση μετάδοσης ανά άλμα (hop) σε δευτερόλεπτα Για Ν 4, L 3200, B 9600, P 1024, H 16, S 0,2 και D 0,001 υπολογίστε την καθυστέρηση μετάδοσης ενός μηνύματος από άκρο σε άκρο για ένα δίκτυο: 1. μεταγωγής κυκλώματος (circui swiching nework) 2. μεταγωγής πακέτου (daagram packe swiching nework) 3. μεταγωγής πακέτου εικονικού κυκλώματος (virual circui packe swiching nework) Θεωρήστε ότι δεν υπάρχουν επιβεβαιώσεις και ότι η καθυστέρηση επεξεργασίας στους κόμβους του δικτύου είναι αμελητέα. Απάντηση Άσκησης 4 Έστω ότι με Τ συμβολίζουμε το χρόνο της καθυστέρησης από άκρο σε άκρο για το δίκτυο. Ερώτηση 1 Για ένα δίκτυο μεταγωγής κυκλώματος έχουμε: T C 1 + C 2 όπου C 1 ο χρόνος εγκατάστασης κυκλώματος C 2 ο χρόνος μετάδοσης τους μηνύματος Συνεπώς έχουμε: C 1 S 0,2sec C 2 καθυστέρηση μετάδοσης + χρόνος μετάδοσης N D + L/B 4 0, /9600 0,337 sec Συνεπώς, T 0,2 sec + 0,337 sec 0,537 sec 14

15 Ερώτηση 2 Για το δίκτυο μεταγωγής πακέτου έχουμε: T D 1 + D 2 + D 3 + D 4 όπου D1 ο χρόνος για να μεταδώσουμε και να παραδώσουμε όλα τα πακέτα κατά το πρώτο άλμα (hop) D2 ο χρόνος για να παραδώσουμε το τελευταίο πακέτο στο δεύτερο άλμα D3 ο χρόνος για να παραδώσουμε το τελευταίο πακέτο στο τρίτο άλμα D4 ο χρόνος για να παραδώσουμε το τελευταίο πακέτο στο τέταρτο άλμα Αυτό ισχύει γιατί: μόλις παραδοθεί το τελευταίο πακέτο κατά το πρώτο άλμα, την ίδια χρονική στιγμή έχει φτάσει το πρώτο πακέτο στο τελευταίο άλμα, μόλις παραδοθεί το τελευταίο πακέτο κατά το δεύτερο άλμα, την ίδια χρονική στιγμή έχει φτάσει το δεύτερο πακέτο στο τελευταίο άλμα, μόλις παραδοθεί το τελευταίο πακέτο κατά το τρίτο άλμα, την ίδια χρονική στιγμή έχει φτάσει το τρίτο πακέτο στο τελευταίο άλμα και μόλις παραδοθεί το τελευταίο πακέτο κατά το τέταρτο άλμα όλο το μήνυμα έχει φτάσει στον προορισμό του. Υπάρχουν : P H bi δεδομένων ανά πακέτο. Συνεπώς ένα μήνυμα μεγέθους 3200 bis απαιτεί 3200 bis/1008 bis/packe 3,17 πακέτα, οπότε απαιτούνται 4 πακέτα. Με βάση τα προηγούμενα έχουμε: D p όπου ο χρόνος μετάδοσης για ένα πακέτο p η καθυστέρηση μετάδοσης για ένα άλμα Άρα: D 1 4 (P/B) + D 4 (1024/9600) + 0,001 0,428 sec D2 D3 D4 + p (P/B) + D (1024/9600) + 0,001 0,108 sec Συνεπώς: T 0,428 sec + 0,108 sec + 0,108 sec + 0,108 sec 0,752 sec Ερώτηση 3 Για το δίκτυο μεταγωγής πακέτου εικονικού κυκλώματος έχουμε: T V 1 + V 2 όπου V 1 ο χρόνος εγκατάστασης κυκλώματος V 2 ο χρόνος που απαιτείται για την μεταγωγή των πακέτων. Έχοντας υπολογίσει από το Ερώτημα 2 ότι V 2 0,752 sec έχουμε ότι: T S + 0,752 sec 0,2 sec + 0,752 sec 0,952 sec 15

16 Άσκηση 5 Στόχος: Η κατανόηση των βασικών αρχών σχεδίασης των σύγχρονων δικτύων τηλεματικής. Απαραίτητες γνώσεις: Κεφάλαιο 2, Παράγραφος 2.2 του Τόμου Α Ένα δίκτυο X.25 αποτελείται από τρία επίπεδα: Επίπεδο 1: Φυσικό Επίπεδο (Physical Layer) Επίπεδο 2: Επίπεδο Διασύνδεσης (Link Layer) Επίπεδο 3: Επίπεδο Πακέτου (Link Layer) Στο επίπεδο 3 του δικτύου δεν υπάρχει μηχανισμός ελέγχου λαθών. Δεν απαιτείται να επιβεβαιώσουμε ότι όλα τα πακέτα παραδίνονται σωστά; Απάντηση Άσκησης 5 Στο πρωτόκολλο X.25 ο ρόλος του επιπέδου πακέτου είναι να παρέχει μια υπηρεσία εξωτερικού νοητού κυκλώματος. Αυτή η υπηρεσία επιτρέπει σε κάθε συνδρομητή του δικτύου να αποκαταστήσει λογικές συνδέσεις με άλλους συνδρομητές, οι οποίες ονομάζονται νοητά κυκλώματα. Τα δεδομένα του χρήστη που μεταδίδονται στο επίπεδο 3 του Χ.25, προσαυξάνονται με την προσθήκη πληροφορίας ελέγχου με τη μορφή επικεφαλίδας, δημιουργώντας έτσι ένα πακέτο. Η πληροφορία ελέγχου που προστίθεται εξυπηρετεί αρκετούς σκοπούς μεταξύ των οποίων: Την αναγνώριση, μέσω ενός αριθμού, ενός συγκεκριμένου νοητού κυκλώματος με το οποίο πρόκειται να συσχετιστούν τα συγκεκριμένα πακέτα. Την παροχή αριθμών ακολουθίας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της ροής και των σφαλμάτων με βάση το νοητό κύκλωμα. Ωστόσο, τα λάθη που εντοπίζονται στο επίπεδο 3 είναι μόνο λάθη μετάδοσης. Εάν ένας κόμβος μεταγωγής πακέτου αποτυγχάνει ή αλλοιώνει ένα πακέτο, το πακέτο δεν παραδίδεται σωστά. Για να έχουμε αξιόπιστη επικοινωνία από άκρο σε άκρο (εάν απαιτείται κάτι τέτοιο), χρειάζεται ένα πρωτόκολλο υψηλότερου επιπέδου, όπως για παράδειγμα το πρωτόκολλο το TCP. Συνεπώς, αν θέλουμε να επιβεβαιώσουμε ότι όλα τα πακέτα παραδίνονται σωστά, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα πρωτόκολλο υψηλότερου επιπέδου (π.χ. TCP). 16

17 Κριτήρια αξιολόγησης Άσκηση 1 (Σύνολο) 25 Ερώτηση 1α 2 Ερώτηση 1β 3 Ερώτηση 2 5 Ερώτηση 3α 5 Ερώτηση 3β 5 Ερώτηση 3γ 5 Άσκηση 2 (Σύνολο) 25 Ερώτηση 1 10 Ερώτηση 2α 5 Ερώτηση 2β 10 Άσκηση 3 (Σύνολο) 15 Άσκηση 4 (Σύνολο) 25 Ερώτηση 1 10 Ερώτηση 2 10 Ερώτηση 3 5 Άσκηση 5 (Σύνολο) 10 ΣΥΝΟΛΟ 100 Ο συνολικός βαθμός θα διαιρεθεί δια 10, ώστε να προκύψει ο τελικός βαθμός της εργασίας. 17