Diplom_29-06 (1221240), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рисунок 2 – Структура сети Wi-Fi

Стандарт IEEE 802.11.b в настоящее время является устаревшим стандартом для передачи данных. Скорость передачи ограничивается 11 Mbps, уровень защищенности информации крайне невысок. При возможности злоумышленнику не составит труда расшифровать ключ, который обеспечивает защиту беспроводной сети, и получить доступ к данным. Не рекомендован даже для домашних сетей, однако может быть использован в случае, если устройство не поддерживает другие стандарты.

Стандарт IEEE 802.11.a применяется для устройств, созданных в соответствии с ним из-за используемой частоты радиопередачи. Скорость передачи данных ограничивается в 54 Mbps.

Стандарт IEEE 802.11.g является наиболее актуальным в настоящее время, поскольку пришел на смену IEEE 802.11.b. Скорость передачи данных ограничивается 125 Mbps. Различают «обычный» стандарт, обеспечивающий пропускную способность до 54 Mbps, и «SuperG» – до 125 Mbps. Увеличился уровень безопасности в беспроводной сети, основанный на протоколах шифрования данных WPA и WPA2.

Стандарт IEEE 802.11.i появился относительно недавно, поэтому не получил пока широкого распространения. По сравнению с указанными выше в нем были усовершенствованы политики шифрования информации и ее передача. Изменения, выполненные по заявкам разработчиков, должны предотвратить все попытки несанкционированного взлома беспроводных сетей. Скорость передачи данных ограничивается 125 Mbps.

Стандарт IEEE 802.11.p является технологией, разработанной для передачи между высокоскоростными транспортными средствами и объектами, взаимодействующими с ними на расстоянии до 1 км (ссылка). Он является частью стандарта Wave, определяющего набор служебных функций интерфейсов, разработанных для безопасной радиосвязи между движущимися объектами. Рассчитан на создание интеллектуальной транспортной системы. Частотный диапазон достигает – 5.9 ГГц. Реализован в таких системах, как контроль за безопасностью движения на дороге, организация движения, gps-навигация и маршрутизация. Скорость передачи данных ограничивается 27 Мбит/с.

1. Технология передачи информации WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) представляет собой телекоммуникационную технологию, разработанную с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).В ее основележит стандарт IEEE 802.16 WirelessMAN для организации беспроводной сети в масштабе одного города. По сравнению с проводными сетями WiMax легче разворачивать, ведь иногда зона обслуживания провайдером находится за пределами места проживания пользователя, что делает его удобным в использовании. Достаточно базовых станций с радиусом покрытия, равным 50 км, которые можно разместить на крышах домов. Для установления связи в домашних условиях пользователю требуется только подключить требуемое оборудование.

Одна станция может предоставить различные услуги большому количеству пользователей. Каждый из секторов станции способен обеспечить около сотни жилых домов беспроводной связью.

Сфера применения WiMAX представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Сферы применения WiMAX

1. Вопросы качества обслуживания в беспроводных сенсорных сетях

Работа приложений в беспроводных сенсорных и мультимедиа сенсорных сетях должна удовлетворять требованиям качества обслуживания (Quality of Service , QoS). Под этим термином в области компьютерных сетей имеют в виду вероятность того, что сеть связи соответствует заданному соглашению о трафике, или же, в ряде случаев, неформальное обозначение вероятности прохождения пакета между двумя точками сети.

Технологии, реализованные в БСС, должны предоставлять различным классам трафика разные приоритеты в обслуживании в соответствии с требованиями качества обслуживания приложений.

В литературе различают следующие классы качества обслуживания [7]:

• QoS Class 1 (класс услуг А) имеет те же характеристики, что и выделенный цифровой канал «точка-точка»;

• QoS Class 2 (класс услуг В) обеспечивает режим, приемлемый для передачи аудио- и видео-потоков при видеоконференциях или передачи мультимедиа;

• QoS Class 3 (класс услуг 3) обеспечивает режим, приемлемый для передачи, ориентированной на соединение, например, посредством frame relay;

• QoS Class 4 (класс услуг 4) эквивалентен режиму IP-передачи в условиях наилучших усилий (best efforts) при отсутствии гарантии доставки.

Вопросы обеспечения качества обслуживания в беспроводных мультимедиа сенсорных сетях широко обсуждаются в научной литературе в связи с теми особенностями телекоммуникации, которые были указаны выше: самоорганизацией сетей, неизвестной заранее топологией и маршрутами передачи данных, непредсказуемыми помехами не только от легальных устройств сети, но и вследствие случайных факторов, удалением устройств и добавлением новых и т.п. Поэтому устройства сети должны выбирать режим передачи данных автоматически. Например, если пропускная способность маршрута к базовой станции высока, то устройства могут передавать видео- или аудио-поток в реальном времени. При возникновении факторов, препятствующих передаче исчерпывающих данных, могут быть отправлены только отдельные изображения, причем высокого или низкого качества в зависимости от ситуации. В случае если передать значительный объем данных нет возможности, может быть сформирован лишь дайджест изображения и передан в скалярном виде.

В данной ВКР рассмотрен лишь один из аспектов обеспечения качества обслуживания: анализ алгоритмов сжатия изображений с целью выявления их характеристик производительности, которые позволят их в дальнейшем использовать в беспроводных мультимедийных сенсорных сетях для обеспечения качества обслуживания в приложениях реального времени.

1. Алгоритмы кодирования изображений

При осуществлении передачи данных в беспроводных сетях в реальном времени главной проблемой является обеспечение скорости передачи данных, которая зависит от объема передаваемого графического изображения.

С целью уменьшения объема графической информации, хранящейся в цифровом виде, используются различные алгоритмы сжатия данных (кодирования). В результате их применения уменьшается размер изображения, следовательно, время передачи информации по сети будет уменьшено, как и пространство для хранения данных в памяти устройств. Алгоритмы кодирования используются для более логичного использования устройств хранения и передачи данных.

В литературе алгоритмы сжатия делятся на группы в соответствии с классификацией, приведенной на рисунке 4.

Рисунок 4 – Классификация алгоритмов сжатия изображений

Примеры ситуаций, в которых сжатие необходимо:

• необходимость экономии дискового пространства, когда замена или удаление файлов затруднительны или невозможны;

• необходимость пересылки больших объемов графической информации с использованием мобильных устройств;

• необходимость экономии трафика при публикации изображений на сайтах.

Сам процесс сжатия основан на устранении избыточности информации, присутствующей в исходных данных. Иначе говоря, для самого процесса сжатия используются некоторые полученные сведения о том, какого рода данные сжимаются.

Алгоритмы сжатия изображений подразделяются на два класса:

• алгоритмы сжатия без потери качества;

• алгоритмы сжатия с потерями качества.

Сжатие без потерь используется в случае, когда нужно восстановить информацию с точностью до бита. Данные алгоритмы предпочтительны для обработки графиков, иконок программ. Преобразованные файлы данных полностью идентичны оригиналу. Но также такой тип сжатия обычно показывает плохие показатели степени сжатия.

Основной принцип сжатия с потерей качества состоит в том, что полученные данные отличаются от исходных. Алгоритмы этой группы часто применяются для передачи изображений при потоковой передаче данных. Основной недостаток состоит в том, что чем меньше занимает места изображение на дисковом пространстве, тем больше деталей теряется при сжатии. Повторное сжатие приводит к еще большему ухудшению качества изображения.

В соответствии с требованиями приложения алгоритмы кодирования выбираются так, чтобы достичь высокой степени сжатия, но при этом сохранить визуально хорошее качество изображения.

1. Алгоритм RLE

RunLengthEncoding (RLE) – является одним из первых и наиболее простых алгоритмов . Его основная идея заключается в том, что графическое изображение представляется в виде цепочки байт по строкам растра. Сам процесс сжатия происходит за счет того, что в исходных данных встречаются цепочки одинаковых байт. Алгоритм относится к группе реализующих сжатие без потерь информации[35].

Примером может служить представление строки «ABCDDDEF» в виде «A B C 3D E F».

Результат выполнения алгоритма представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Пример алгоритма RLE

Примером поддержки сжатия по алгоритму RLE служит такой формат графических файлов, как BMP.

BMP представляет собой стандартный формат графических данных для операционной системы Windows. Большинство файлов формата BMP хранится без сжатия, что существенно облегчает работу с ним.

BMP-файл состоит из трех частей:

• заголовок содержит информацию о файле и присутствующем в нем графическом изображении. Здесь указаны такие параметры, как ширина, высота изображения, глубина пикселей, а также количество цветов в нем.

• палитра характерна только для BMP-файлов, содержит палитровые изображения с глубиной пикселей 8-бит и меньше. К 8-битным графическим файлам применяется палитра, состоящая из элементов, числовые значения которых не превышают 255.

• графические данные – это и есть само изображение. Формат напрямую зависит от глубины пикселей. В основном эта часть файла представляет список значений цвета пикселей, из которых состоит изображение.

Графическая информация хранится в BMP-файлах в перевернутом виде, таким образом, что первая строка пикселей является нижней строкой исходного изображения. Для того, чтобы восстановить нормальное изображение, необходимо начать чтение файла с последней строки и продвигаться к началу.

1. LZW-алгоритм

LZW-алгоритм сжатия (алгоритм Lempel-Ziv-Welch) применяется в различных форматах графических изображений, в частности, gif, tiff. Сжатие в нем, в отличие от RLE, осуществляется за счет одинаковых цепочек байт[35].

LZW позволяет работать с любым типом данных, так как с его помощью можно выполнить быструю распаковку и сжатие файла. Он основан на поиске шаблонов в заданной структуре изображения и сохранении полученных результатов.

Программа считывает значения пикселей или символов и затем строит таблицу кодов, где определяются повторяющиеся комбинации символов или пиксельные узоры.

Хорошо поддаются сжатию изображения, содержащие блоки повторяющихся узоров или однотипной краски. Алгоритм сжимает данные путём поиска одинаковых последовательностей (фраз) во всем файле. Выявленные последовательности сохраняются в таблице, им присваиваются более короткие маркеры (ключи). Например, если в изображении имеются наборы из розового, оранжевого и зелёного пикселов, повторяющиеся 50 раз, LZW выявляет это, присваивает данному набору отдельное число (например, 7) и затем сохраняет эти данные 50 раз в виде числа 7. Метод LZW действует гораздо лучше, чем RLE, при сжатии произвольных графических данных, но процесс кодирования и распаковки происходит медленнее.

Итак, в соответствии с алгоритмом строится словарь из данных входного потока, затем образцы поступающих данных идентифицируются и сопоставляются с записями словаря. Если заданная подстрока не обнаружена в словаре, то создается и записывается в словарь кодовая фраза. После чего фраза записывается в выходной поток сжатых данных.Принцип работы представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 – Алгоритм LZW

GIF-формат файлов позволяет хранить сжатые данные без потери качества в формате не более 256 элементов. Был разработан для передачи растровых изображений по сетям. После модификации получил поддержку прозрачности и анимации. GIF использует LZW-компрессию, что позволяет неплохо сжимать файлы, в которых много однородных заливок, например логотипы, надписи, схемы. Хорошо сжимаются изображения, имеющие повторяющиеся участки в строках.

Характеристики

Список файлов ВКР