Tiedonsiirron nopeuskaava. Tiedonsiirtonopeus ja kanavakapasiteetti

yleistä tietoa

Useimmissa tapauksissa tiedot välitetään peräkkäin verkoissa. Databitit siirretään yksitellen tietoliikennekanavalla, kaapelilla tai langattomasti. Kuvassa 1 on esitetty bittisarja, lähetetään tietokoneella tai joku muu digitaalinen piiri. Tätä datasignaalia kutsutaan usein alkuperäiseksi signaaliksi. Tiedot esitetään kahdella jännitetasolla, esimerkiksi looginen vastaa +3 V jännitettä ja looginen nolla - +0,2 V. Muita tasoja voidaan käyttää. NRZ-koodimuodossa (kuva 1) signaali ei palaa neutraaliin asentoon jokaisen bitin jälkeen, toisin kuin palautus nollaan (RZ) -muodossa.

Bittinopeus

Datanopeus R ilmaistaan bitteinä sekunnissa (bps tai bps). Nopeus on bitin käyttöiän tai bittiajan (T B) funktio (Kuva 1):

Tätä nopeutta kutsutaan myös kanavan leveydeksi ja se merkitään kirjaimella C. Jos bittiaika on 10 ns, tiedonsiirtonopeus määritellään seuraavasti:

R = 1/10 × 10 - 9 = 100 miljoonaa bps

Tämä on yleensä kirjoitettu 100 MB/s.

Huoltopalat

Bittinopeus kuvaa pääsääntöisesti todellista tiedonsiirtonopeutta. Useimmissa sarjaprotokollassa data on kuitenkin vain osa monimutkaisempaa kehystä tai pakettia, joka sisältää lähdeosoitteen, kohdeosoitteen, virheentunnistus- ja koodinkorjausbitit sekä muita tietoja tai ohjausbittejä. Protokollakehyksessä dataa kutsutaan hyödyllistä tietoa(hyötykuorma). Bittejä, jotka eivät ole dataa, kutsutaan overheadiksi. Joskus overhead-bittien määrä voi olla merkittävä - 20 %:sta 50 %:iin riippuen kanavan yli lähetettyjen hyödyllisten bittien kokonaismäärästä.

Esimerkiksi Ethernet-protokollakehyksessä voi hyötydatan määrästä riippuen olla jopa 1542 tavua tai oktettia. Hyötykuorma voi olla 42 - 1500 oktettia. klo enimmäismäärä Hyödyllisiä palveluoktetteja tulee olemaan vain 42/1542 eli 2,7 %. Niitä olisi enemmän, jos hyödyllisiä tavuja olisi vähemmän. Tämä suhde, joka tunnetaan myös protokollatehokkuutena, ilmaistaan yleensä prosentteina hyödyllisten tietojen määrästä enimmäiskoko kehys:

Protokollan tehokkuus = hyötykuorma/kehyksen koko = 1500/1542 = 0,9727 tai 97,3 %

Todellisen tiedonsiirtonopeuden näyttämiseksi verkossa todellista linjan nopeutta nostetaan pääsääntöisesti palveluinformaation määrästä riippuen. Yhdessä Gigabit Ethernet todellinen linjanopeus on 1,25 Gb/s ja hyötykuorma 1 Gb/s. 10 Gbit/s Ethernetille nämä arvot ovat 10,3125 Gb/s ja 10 Gb/s. Verkon yli tapahtuvan tiedonsiirron nopeutta arvioitaessa käsitteet, kuten läpijuoksu, hyötykuormanopeus tai efektiivinen tiedonsiirtonopeus.

Tiedonsiirtonopeus

Termi "baud" tulee ranskalaisen insinöörin Emile Baudot'n nimestä, joka keksi 5-bittisen teletype-koodin. Baudinopeus ilmaisee signaalin tai symbolin muutosten määrän yhdessä sekunnissa. Symboli on yksi useista jännitteen, taajuuden tai vaiheen muutoksista.

NRZ-binäärimuodossa on kaksi symbolia jännitetasoilla, yksi kullekin 0 tai 1. Tässä tapauksessa baudinopeus tai symbolinopeus on sama kuin bittinopeus. Lähetysvälissä voi kuitenkin olla enemmän kuin kaksi symbolia, jolloin kullekin symbolille varataan useita bittejä. Tässä tapauksessa dataa voidaan lähettää minkä tahansa viestintäkanavan kautta vain modulaatiolla.

Kun siirtoväline ei pysty käsittelemään alkuperäistä signaalia, modulaatio tulee etualalle. Varmasti, me puhumme O langattomat nettiyhteydet. Alkuperäisiä binäärisignaaleja ei voi lähettää suoraan, ne on siirrettävä radiokantoaaltotaajuudelle. Joissakin protokollissa kaapelilähetys Dataa myös moduloidaan siirtonopeuden lisäämiseksi. Tätä kutsutaan "laajakaistalähetykseksi".
Yllä: moduloiva signaali, alkuperäinen signaali

Yhdistelmäsymboleja käyttämällä jokaisessa symbolissa voidaan lähettää useita bittejä. Jos symbolinopeus on esimerkiksi 4800 baudia ja jokainen symboli koostuu kahdesta bitistä, täyttä vauhtia tiedonsiirtonopeus on 9600 bps. Tyypillisesti symbolien lukumäärä esitetään jollakin potenssilla 2. Jos N on symbolin bittien määrä, niin vaadittu symbolien määrä on S = 2N. Kokonaistiedonsiirtonopeus on siis:

R = baudinopeus × log 2 S = baudinopeus × 3,32 log 1 0 S

Jos tiedonsiirtonopeus on 4800 ja bittejä on kaksi merkkiä kohden, merkkien määrä on 22 = 4.

Sitten bittinopeus on:

R = 4800 × 3,32 log(4) = 4800 × 2 = 9600 bps

Yksi merkki bittiä kohden, kuten NRZ-binäärimuodossa, bitti- ja baudinopeudet ovat samat.

Monitasoinen modulaatio

Suuri bittinopeus voidaan saavuttaa monilla modulaatiomenetelmillä. Esimerkiksi Frequency Shift Keying (FSK) käyttää tyypillisesti kahta eri taajuutta edustamaan loogisia nollia ja 1:iä kussakin symbolivälissä. Tässä bittinopeus on yhtä suuri kuin baudinopeus. Mutta jos jokainen symboli edustaa kahta bittiä, tarvitaan neljä taajuutta (4FSK). 4FSK:ssa bittinopeus on kaksi kertaa siirtonopeus.

Toinen yleinen esimerkki on vaihesiirtoavainnus (PSK). Binääri-PSK:ssa jokainen merkki edustaa 0:ta tai 1:tä. Binääri 0 edustaa 0°:ta ja binääri 1 edustaa 180°:ta. Yksi bitti per merkki bittinopeus on yhtä suuri kuin baudinopeus. Bitti-symbolisuhdetta on kuitenkin helppo kasvattaa (katso taulukko 1).

Pöytä 1.

Binäärinen vaihesiirtoavain.

Bittiä	Vaihesiirto (astetta)

Esimerkiksi kvadratuuri-PSK:ssa on kaksi bittiä per symboli. Käyttämällä tätä rakennetta ja kahta bittiä baudia kohden bittinopeus on kaksi kertaa siirtonopeus. Kolmella bitillä baudia kohden modulaatiolle annetaan nimi 8PSK, ja kahdeksan erilaista vaihesiirtoa edustaa kolmea bittiä. Ja 16PSK:lla 16 vaihesiirtoa edustavat 4 bittiä.

Yksi ainutlaatuinen monitasomodulaation muoto on kvadratuuriamplitudimodulaatio (QAM). Useita bittejä edustavien symbolien luomiseksi QAM käyttää eri amplituditasojen ja vaihesiirtymien yhdistelmää. Esimerkiksi 16QAM koodaa neljä bittiä symbolia kohden. Symbolit ovat yhdistelmä erilaisia amplituditasoja ja vaihesiirtoja.

Kantoaallon amplitudin ja vaiheen visuaaliseksi näyttämiseksi kullekin 4-bittisen koodin arvolle käytetään kvadratuurikaaviota, jolla on myös romanttinen nimi "signaalikonstellaatio" (kuva 2). Jokainen piste vastaa tiettyä kantoaallon amplitudia ja vaihesiirtoa. Yhteensä 16 merkkiä on koodattu neljällä bitillä per merkki, jolloin bittinopeus on 4 kertaa siirtonopeus.

Miksi useita bittejä baudia kohden?

Lähettämällä enemmän kuin yhden bitin baudia kohden, voit lähettää tietoja kohteesta suuri nopeus kapeamman kanavan kautta. On muistettava, että suurin mahdollinen tiedonsiirtonopeus määräytyy siirtokanavan kaistanleveyden mukaan.
Jos otamme huomioon pahimman skenaarion, jossa nollia ja ykkösiä vuorottelevat datavirrassa, niin suurin teoreettinen bittinopeus C tietylle kaistanleveydelle B on yhtä suuri:

Tai kaistanleveys maksiminopeudella:

Lähettääksesi signaalin nopeudella 1 Mb/s tarvitset:

B = 1/2 = 0,5 MHz tai 500 kHz

Käytettäessä monitasoista modulaatiota, jossa on useita bittejä symbolia kohden, suurin teoreettinen tiedonsiirtonopeus on:

Tässä N on merkkien lukumäärä merkkivälissä:

log2N = 3,32 log10N

Kaistanleveys vaaditaan halutun nopeuden saavuttamiseksi annettu määrä tasot, lasketaan seuraavasti:

Esimerkiksi kaistanleveys, joka tarvitaan saavuttamaan 1 Mb/s siirtonopeus kahdella bitillä symbolia kohden ja neljällä tasolla, voidaan määritellä seuraavasti:

log 2 N = 3,32 log 10 (4) = 2

B = 1/2(2) = 1/4 = 0,25 MHz

Halutun datanopeuden saavuttamiseksi kiinteällä kaistanleveydellä tarvittavien symbolien määrä voidaan laskea seuraavasti:

3,32 log 10 N = C/2B

Log 10 N = C/2B = C/6,64B

N = log-1 (C/6,64B)

Edellisen esimerkin avulla 250 kHz:n kanavalla 1 Mbps:n lähettämiseen vaadittavien symbolien määrä määritetään seuraavasti:

log 10 N = C/6,64B = 1/6,64(0,25) = 0,60

N = log-1 (0,602) = 4 merkkiä

Näissä laskelmissa oletetaan, että kanavassa ei ole kohinaa. Melun huomioon ottamiseksi sinun on sovellettava Shannon-Hartley-lausetta:

C = B log 2 (S/N + 1)

C on kanavan kapasiteetti bitteinä sekunnissa,
B on kanavan kaistanleveys hertseinä,
S/N - signaali-kohinasuhde.

Desimaalilogaritmin muodossa:

C = 3,32 B log 10 (S/N + 1)

Mikä on suurin nopeus 0,25 MHz kanavalla, jonka S/N-suhde on 30 dB? 30 dB tarkoittaa 1000. Siksi suurin nopeus on:

C = 3,32 B log 10 (S/N + 1) = 3,32 (0,25) log 10 (1 001) = 2,5 Mbps

Shannon-Hartley-lause ei nimenomaisesti sano, että tämän teoreettisen tuloksen saavuttamiseksi on käytettävä monitasomodulaatiota. Edellisen menettelyn avulla voit selvittää, kuinka monta bittiä tarvitaan merkkiä kohden:

log 10 N = C/6,64B = 2,5/6,64 (0,25) = 1,5

N = log-1 (1,5) = 32 merkkiä

32 merkin käyttäminen tarkoittaa viittä bittiä per merkki (25 = 32).

Esimerkkejä tiedonsiirtonopeuden mittauksesta

Lähes kaikki nopeat yhteydet käyttävät jonkinlaista laajakaistasiirtoa. Wi-Fi:ssä ortogonaalisen taajuusjakoisen multipleksoinnin (OFDM) modulaatiomenetelmät käyttävät QPSK:ta, 16QAM:ia ja 64QAM:ia.

Sama pätee WiMAXiin ja tekniikkaan matkapuhelinviestintä Long-Term Evolution (LTE) 4G. Analogisten ja digitaalinen televisio kaapelitelevisiossa ja nopeissa Internet-yhteysjärjestelmissä perustuu 16QAM:iin ja 64QAM:iin, kun taas satelliittiviestintä käytä QPSK:ta ja eri versioita QAM.

Maamatkaviestintäjärjestelmien tarjoamiseen yleinen turvallisuus,modulaatiostandardit on hyväksytty äskettäin puheen tiedot ja tiedot 4FSK:n avulla. Tämä kaistanleveyden kaventamistekniikka on suunniteltu vähentämään kaistanleveyttä 25 kHz:stä kanavaa kohti 12,5 kHz:iin ja lopulta 6,25 kHz:iin. Tämän seurauksena samalle spektrialueelle on mahdollista sijoittaa lisää kanavia muille radioasemille.

Televisio teräväpiirto Yhdysvalloissa käyttää modulaatiomenetelmää, jota kutsutaan kahdeksantasoiseksi sivukaistaksi tai 8VSB:ksi. Tämä menetelmä allokoi kolme bittiä symbolia kohden 8 amplituditasolla, mikä mahdollistaa 10 800 tuhannen symbolin lähettämisen sekunnissa. Kolmella bitillä symbolia kohden kokonaisnopeus olisi 3 × 10 800 000 = 32,4 Mbps. Yhdessä VSB-menetelmän kanssa, joka lähettää vain yhden täydellisen sivunauha taajuuksilla ja jotkin muut, teräväpiirtovideo- ja äänidataa voidaan siirtää televisiokanava 6 MHz leveä.

Diskreetin kanavan karakterisoinnissa käytetään kahta nopeuden käsitettä: teknistä ja informaatiota.

Alla tekninen siirtonopeus R T, jota kutsutaan myös avausnopeudeksi, viittaa kanavalla lähetettyjen symbolien (alkusignaalien) määrään aikayksikköä kohti. Se riippuu tietoliikennelinjan ominaisuuksista ja kanavalaitteiston nopeudesta.

Ottaen huomioon erot symbolien kestoissa, tekninen nopeus määritetään seuraavasti

missä on keskimääräinen symbolin kestoaika.

Mittayksikkö on "baud" on nopeus, jolla yksi merkki lähetetään sekunnissa.

Tiedon nopeus tai tiedonsiirron nopeus määräytyy kanavalla aikayksikköä kohti lähetettävän tiedon keskimääräisen määrän perusteella. Se riippuu sekä tietyn kanavan ominaisuuksista (kuten käytettyjen symbolien aakkosten voimakkuudesta, niiden lähetyksen teknisestä nopeudesta, häiriön tilastollisesta ominaisuudesta linjassa) että todennäköisyyksistä, että symbolit saapuvat sisäänmenoon ja niiden tilastollinen suhde.

Tunnetulla käsittelynopeudella tiedonsiirron nopeus kanavalla saadaan suhteella:

missä on yhden symbolin kuljettaman tiedon keskimääräinen määrä.

Käytännön kannalta on tärkeää selvittää, missä määrin ja millä tavalla tiedonsiirron nopeutta tietyllä kanavalla voidaan lisätä. Kanavan maksimikyky tiedonsiirtoon on ominaista sen suorituskyvyllä.

Kaistanleveys kanava tietyillä siirtymistodennäköisyyksillä on yhtä suuri kuin maksimi lähetettyä tietoa kaikissa lähteen X syötesymbolijakaumissa:

Matemaattisesti katsottuna diskreetin kanavan kapasiteetin etsiminen ilman muistia tiivistyy lähteen X tulosymbolien todennäköisyysjakauman etsimiseen, mikä varmistaa maksimaalisen siirrettävän tiedon. Samalla asetetaan rajoitus syöttösymbolien todennäköisyyksiin: , .

SISÄÄN yleinen tapaus, määrittämällä maksimiarvo klo annettuja rajoituksia mahdollista Lagrangen kertolaskumenetelmällä. Tällainen ratkaisu on kuitenkin kohtuuttoman kallis.

Erityistapauksessa erillisissä symmetrisissä kanavissa ilman muistia, suoritusteho (maksimi ) saavutetaan lähteen X tulosymbolien tasaisella jakautumisella.

Sitten DSC:lle ilman muistia, kun otetaan huomioon virhetodennäköisyys ε annettuna ja yhtä todennäköisillä tulosymboleilla = = = =1/2, voimme saada tällaisen kanavan kapasiteetin käyttämällä hyvin tunnettua lauseketta:

jossa = on binäärisymmetrisen kanavan entropia tietyllä virhetodennäköisyydellä ε.

Rajatapaukset kiinnostavat:

1. Tietojen siirto äänettömällä kanavalla (ilman häiriöitä):

, [bittiä/merkki].

Kiinteällä perusversiolla tekniset tiedot kanava (esim. taajuuskaista, keski- ja huippulähetysteho), jotka määrittävät teknisen nopeuden arvon, kanavan kapasiteetti ilman häiriöitä on [bit/s].

Jos tarkastelemme kanavaa, joka ei ole binäärinen, vaan jolla on annetut syöttösymbolien aakkoset, ts. X=(x 1 , x 2 , …,x M ), ja sen tilavuus M, silloin DSC:n suoritusteho ilman muistia määritetään seuraavasti:

[bit/s],

vuodesta , a.

Näin ollen syöttösymbolien M aakkosten äänenvoimakkuuden laajentaminen johtaa kanavakapasiteetin kasvuun, mutta myös teknisen toteutuksen monimutkaisuus lisääntyy.

Siten, jotta tiedonsiirron nopeutta diskreetillä kanavalla ilman häiriöitä voidaan lisätä ja se lähemmäs kanavan kapasiteettia, viestikirjainten sekvenssille on suoritettava sellainen muunnos kanavakooderissa, jossa erilaisia symboleja sen tulosjonossa näyttäisi mahdollisimman todennäköiseltä, eikä niiden välillä olisi tilastollisia yhteyksiä. Tämä menettely määrittää viestilähteen ja viestintäkanavan tilastollisten (informaatio) ominaisuuksien koordinaation.

2. Kanava on täysin meluisa.

[bitti/merkki]

Yleisessä tapauksessa (häiriöiden esiintyessä) on tärkeää korostaa, että kanavan kapasiteetti määrää nai Suuri määrä informaatiota aikayksikköä kohti, joka voidaan lähettää mielivaltaisen pienellä todennäköisyydellä ε.

Kanavan maksimikapasiteettia ei koskaan hyödynnetä täysin. Sen työmäärälle on ominaista kanavan käyttökerroin.

Missä - Lähteen suorituskyky

Tämän lähteen entropia

Lähteen yhden merkin tulostuksen kesto

[bit/s].

Kanavakerrointa λ kutsutaan joskus kanavan informaatiotehokkuudeksi. Ja lähteen tuottavuus tunnistetaan siis tiedonsiirron nopeuteen

termillä " tiedot” ymmärtää vastaanottajalle tulevaa erilaista tietoa. Seuraava tiedon määritelmä löytyy useimmiten kirjallisuudesta: tiedot– tämä on tietoa, joka on siirron, jakelun, muuntamisen, varastoinnin tai suoran käytön kohteena. Tämä voi olla tietoa mittaustuloksista, kohteen havainnoista jne. Tulevaisuudessa olemme kiinnostuneita vain tiedon siirron kohteena olevista asioista.

Viesti on tiedon esittämisen muoto. Samat tiedot voidaan esittää useita muotoja. Esimerkiksi tiedot ystäväsi saapumisajasta voidaan välittää puhelimitse tai sähkeenä. Ensimmäisessä tapauksessa kyseessä on jatkuvassa muodossa esitetty tieto (jatkuva viesti). Toisessa tapauksessa - kohdassa esitetyillä tiedoilla erillinen muoto(erillinen viesti). Kun tietoja lähetetään lennättimellä, tiedot sisältyvät kirjaimiin, jotka muodostavat sanat ja numerot. On selvää, että rajallisen ajanjakson aikana kirjainten tai numeroiden määrä on äärellinen. Tätä se on erottuva piirre erillinen tai laskeva viesti. Samaan aikaan erilaisten mahdollisten arvojen määrä äänenpaine Keskustelun aikana mitattuna, jopa rajallisen ajanjakson aikana on ääretön. Modernissa digitaaliset järjestelmät puhelinviestintä lähetetään viestintäkanavalle koodiyhdistelmiä, tiedon kuljettaminen kvantisoiduista näytteistä analoginen signaali. Näin ollen tällainen kvantisoitu puhelinsignaali kuuluu diskreettiluokkaan, joten jatkossa tarkastellaan vain diskreettien sanomien lähettämistä. Puhelinviestinnässä sanoma ymmärretään tietyksi näytesarjaksi kvantisoidusta analogisesta signaalista, joka on lähetetty viestintäkanavassa koodiyhdistelmien sarjan muodossa.

Tärkeimpien joukossa tiedon ominaisuudet Viestit viittaavat tiedon määrään erilliset viestit, entropian ja viestilähteen suorituskyky.

Viestin informaation määrä (symboli) määritetään bitteinä - tiedon määrän mittayksiköinä. Mitä epätodennäköisemmin viesti tulee näkyviin, sitä enemmän tietoa poimimme sen vastaanottaessamme. Jos lähdemuistissa on kaksi itsenäistä viestiä (a 1 ja a 2) ja ensimmäinen niistä annetaan todennäköisyydellä =1, niin sanoma a 1 ei sisällä tietoa, koska se on vastaanottajan tiedossa etukäteen.

Ehdotettiin, että informaation määrä per viesti a i määritetään lausekkeella

KANSSA Keskimääräinen tiedon määrä H(A), joka osuu yhteen viestiin, joka tulee lähteestä ilman muistia, saadaan soveltamalla keskiarvooperaatiota koko aakkosten tilavuuteen:

. (2.1)

Lauseke (2.1) tunnetaan Shannonin kaavana erillisten viestien lähteen entropialle. Entropia on erillisten viestien lähteen käyttäytymisen epävarmuuden mitta. Entropia on nolla, jos todennäköisyydellä yksi lähde lähettää aina saman viestin (tässä tapauksessa viestilähteen käyttäytymisessä ei ole epävarmuutta). Entropia on maksimi, jos lähdesymbolit esiintyvät itsenäisesti ja yhtä suurella todennäköisyydellä.

Määritetään viestilähteen entropia, jos K = 2 ja . Sitten

Näin ollen 1 bitti on informaatiomäärä, jonka yksi diskreettien viestien lähteen symboli kantaa siinä tapauksessa, että lähdeaakkoset koostuu kahdesta yhtä todennäköisestä symbolista.

Jos edellisessä esimerkissä otamme , sitten H(A)< 1 бит/сообщ. Таким образом, один бит – максимальное среднее количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника включает два независимых символа.

Lähteen tuottaman tiedon keskimääräistä määrää aikayksikköä kohti kutsutaan lähteen tuottavuudelle

(bit/s). (2.2)

jossa T on keskimääräinen aika, joka on varattu yhden symbolin (viestin) lähettämiseen.

Sekunnissa lähetettyjen yksittäisten elementtien lukumäärän määrittämiseksi otettiin käyttöön modulaationopeuden (lennätys) käsite:

V=1/t (Baud)

Diskreeteille viestinsiirtokanaville otetaan käyttöön samanlainen ominaisuus - tiedonsiirtonopeus R-kanavalla (bit/s). Se määräytyy sekunnissa lähetettyjen bittien lukumäärän perusteella. Enimmäismäärä mahdollinen merkitys Kanavan yli tapahtuvan tiedonsiirron nopeutta kutsutaan kanavakapasiteetiksi:

missä 2D F on kanavan kaistanleveys,

R s - signaalin voimakkuus,

R p – häiriöteho.

Lähteestä tuleva viesti muunnetaan signaaliksi, joka on sen kantaja tietoliikennejärjestelmissä.

Riisi. 2.2. Viestin välitysperiaate

Tietoliikennejärjestelmä varmistaa signaalin toimituksen yhdestä avaruuden pisteestä toiseen määrätyllä tavalla laatuindikaattoreita. Kaavio viestin välitys, joka sisältää viesti-signaali-sanomamuuntimet, on esitetty kuvassa. 2.2.

Kontrollikysymykset

Määrittele käsitteet "tieto" ja "viesti".
Miten tiedon määrää mitataan?
Määritä itsenäiset symbolit a 1 ja a 2 tuottavan lähteen entropia, jos p(a 1) = 0,3. Vertaa saatua arvoa vaihtoehtoon, jossa p(a 1) = p(a 2) = 0,5.

Bibliografia

Koch R., Yanovsky G. Evoluutio ja konvergenssi televiestinnässä. – M.: Radio ja viestintä, 2001. – 280 s.
Televiestintäpalvelumarkkinoiden kehittämiskonsepti Venäjän federaatio. "SvyazInform", 2001, nro 10. s. 9-32.

Virran mukana tekninen kehitys Myös Internetin mahdollisuudet ovat laajentuneet. Kuitenkin, jotta käyttäjä voisi hyödyntää niitä täysimääräisesti, tarvitaan vakaa ja nopea yhteys. Ensinnäkin se riippuu viestintäkanavien suorituskyvystä. Siksi on tarpeen selvittää, miten tiedonsiirtonopeutta mitataan ja mitkä tekijät vaikuttavat siihen.

Mikä on viestintäkanavan kapasiteetti?

Jotta voisit tutustua uuteen termiin ja ymmärtää sitä, sinun on tiedettävä, mikä viestintäkanava on. Jos puhumme yksinkertaisella kielellä, viestintäkanavat ovat laitteita ja välineitä, joiden kautta lähetys tapahtuu kaukaa. Esimerkiksi tietokoneiden välinen viestintä tapahtuu valokuitua ja kaapeliverkot. Lisäksi yleinen viestintätapa on radiokanava (modeemiin tai Wi-Fi-verkkoon kytketty tietokone).

Kaistanleveyttä kutsutaan suurin nopeus tiedonsiirto yhdessä tietyssä aikayksikössä.

Tyypillisesti suorituskyvyn ilmaisemiseen käytetään seuraavia yksiköitä:

Kaistanleveyden mittaus

Suorituskyvyn mittaaminen on melko tärkeä toimenpide. Se suoritetaan sen selvittämiseksi tarkka nopeus Internet-yhteydet. Mittaus voidaan tehdä seuraavilla vaiheilla:

Yksinkertaisin on ladata suuri tiedosto ja lähettää se toiseen päähän. Haittapuolena on, että on mahdotonta määrittää mittauksen tarkkuutta.
Lisäksi voit käyttää resurssia speedtest.net. Palvelun avulla voit mitata palvelimelle ”johtavan” Internet-kanavan leveyden. Tämä menetelmä ei kuitenkaan sovellu kokonaisvaltaiseen mittaukseen, sillä palvelu antaa palvelimelle tietoja koko linjasta, ei tietystä viestintäkanavasta. Lisäksi mitattavalla esineellä ei ole pääsyä maailmanlaajuiseen Internetiin.
Optimaalinen ratkaisu mittaukseen on asiakas-palvelin-apuohjelma Iperf. Sen avulla voit mitata aikaa ja siirretyn tiedon määrää. Kun toiminto on suoritettu, ohjelma antaa käyttäjälle raportin.

Yllä olevien menetelmien ansiosta voit erityisiä ongelmia mitata todellinen nopeus Internet-yhteydet. Jos lukemat eivät vastaa nykyisiä tarpeitasi, sinun on ehkä harkittava palveluntarjoajan vaihtamista.

Kaistanleveyden laskenta

Tietoliikennelinjan kapasiteetin löytämiseksi ja laskemiseksi on käytettävä Shannon-Hartley-lausetta. Siinä sanotaan: voit selvittää viestintäkanavan (linjan) läpimenonopeuden laskemalla potentiaalisen läpäisykyvyn keskinäisen suhteen sekä tietoliikennelinjan kaistanleveyden. Kaava suorituskyvyn laskemiseksi on seuraava:

I = Glog 2 (1+As/An).

Tässä kaavassa jokaisella elementillä on oma merkityksensä:

minä- tarkoittaa suurinta suoritustehoa.
G- signaalin siirtoon tarkoitetun kaistanleveyden parametri.
Kuten/ A n- kohina-signaalisuhde.

Shannon-Hartley-lauseen avulla voimme sanoa, että pelkistetään ulkoinen melu tai lisäämällä signaalin voimakkuutta, on parasta käyttää leveää datakaapelia.

Signaalin siirtomenetelmät

Nykyään on kolme päätapaa siirtää signaaleja tietokoneiden välillä:

Lähetys radioverkkojen kautta.
Tiedonsiirto kaapelin kautta.
Tiedonsiirto valokuituyhteyksien kautta.

Jokaisella näistä menetelmistä on viestintäkanavien yksilölliset ominaisuudet, joita käsitellään jäljempänä.

Radiokanavien kautta tapahtuvan tiedonsiirron etuja ovat: tällaisten laitteiden monipuolisuus, helppo asentaa ja konfiguroida. Vastaanottoon ja menetelmään käytetään pääsääntöisesti radiolähetintä. Se voi olla tietokoneen modeemi tai Wi-Fi-sovitin.

Tämän siirtomenetelmän haittoja ovat epävakaa ja suhteellinen alhainen nopeus, suurempi riippuvuus radiotornien olemassaolosta sekä korkeat käyttökustannukset ( Mobiili internet lähes kaksi kertaa kalliimpi kuin "kiinteä").

Kaapelin kautta tapahtuvan tiedonsiirron etuja ovat: luotettavuus, helppokäyttöisyys ja huolto. Tiedot välitetään kautta sähkövirta. Suhteellisesti sanottuna virta tietyllä jännitteellä liikkuu pisteestä A pisteeseen B. A muunnetaan myöhemmin tiedoksi. Johdot kestävät lämpötilan muutoksia, taipumista ja mekaaninen vaikutus. Haittoja ovat epävakaa nopeus sekä sateen tai ukkosmyrskyjen aiheuttama yhteyden heikkeneminen.

Ehkä täydellisin Tämä hetki Tiedonsiirtotekniikka on valokuitukaapelin käyttöä. Viestintäkanavaverkon viestintäkanavien suunnittelussa käytetään miljoonia pieniä lasiputkia. Ja niiden kautta välitetty signaali on valopulssi. Koska valon nopeus on useita kertoja suurempi kuin virran nopeus, tätä tekniikkaa saa nopeuttaa Internet-yhteyttä useita satoja kertoja.

Haittoja ovat valokuitukaapeleiden hauraus. Ensinnäkin he eivät kestä sitä mekaanisia vaurioita: katkenneet putket eivät pysty välittämään valosignaalia läpi itsensä, ja äkilliset lämpötilan muutokset johtavat myös niiden halkeilemiseen. No, koholla taustasäteilyä tekee putket sameiksi - tämän vuoksi signaali voi huonontua. Lisäksi kuitukaapelia on vaikea korjata, jos se katkeaa, joten se on vaihdettava kokonaan.

Edellä oleva viittaa siihen, että ajan myötä viestintäkanavat ja viestintäkanavien verkot paranevat, mikä johtaa tiedonsiirtonopeuksien kasvuun.

Viestintälinjojen keskimääräinen kapasiteetti

Edellä olevasta voidaan päätellä, että viestintäkanavat eroavat ominaisuuksiltaan, jotka vaikuttavat tiedonsiirron nopeuteen. Kuten aiemmin mainittiin, viestintäkanavat voivat olla langallisia, langattomia tai perustua valokaapelin käyttöön. Viimeinen tietoverkkojen luomistyyppi on tehokkain. Ja sen keskimääräinen viestintäkanavan kapasiteetti on 100 Mbit/s.

Mikä on beat? Miten bittinopeus mitataan?

Bittinopeus on yhteyden nopeuden mitta. Laskettu bitteinä, pienimmät tiedon tallennusyksiköt 1 sekunnissa. Se oli luontainen viestintäkanaville aikakaudella " varhainen kehitys» Internet: tuolloin sisään globaali verkko Suurin osa tekstitiedostoista siirrettiin.

Nyt perusyksikkö mittaukset tunnistetaan 1 tavuksi. Se puolestaan on yhtä suuri kuin 8 bittiä. Aloittelijat tekevät usein vakavan virheen: he sekoittavat kilobitit ja kilotavut. Tässä syntyy hämmennys, kun kanava, jonka kaistanleveys on 512 kbps, ei täytä odotuksia ja tuottaa vain 64 KB/s nopeuden. Sekaannusten välttämiseksi on muistettava, että jos bittejä käytetään ilmaisemaan nopeutta, syöttö tehdään ilman lyhenteitä: bit/s, kbit/s, kbit/s tai kbps.

Internetin nopeuteen vaikuttavat tekijät

Kuten tiedät, Internetin lopullinen nopeus riippuu viestintäkanavan kaistanleveydestä. Tiedonsiirron nopeuteen vaikuttavat myös:

Yhteysmenetelmät.

Radioaallot, kaapelit ja valokuitukaapelit. Näiden liitäntämenetelmien ominaisuuksia, etuja ja haittoja käsiteltiin edellä.

Palvelimen kuormitus.

Mitä kiireisempi palvelin on, sitä hitaammin se vastaanottaa tai lähettää tiedostoja ja signaaleja.

Ulkoinen häiriö.

Häiriöillä on suurin vaikutus radioaaltojen avulla muodostettuihin yhteyksiin. Tämä johtuu Kännykät, radiovastaanottimet ja muut radiosignaalien vastaanottimet ja lähettimet.

Osavaltio verkkolaitteet.

Tietysti yhteystavat, palvelimien tila ja häiriöiden esiintyminen vaikuttavat tärkeä rooli tarjoamisessa nopea Internet. Vaikka yllä olevat ilmaisimet olisivat normaaleja ja Internet-nopeus on alhainen, ongelma on piilotettu tietokoneen verkkolaitteissa. Moderni verkkokortit pystyy ylläpitämään Internet-yhteyttä jopa 100 Mbit sekunnissa. Aikaisemmin kortit saattoivat tarjota maksiminopeuden 30 ja 50 Mbps.

Kuinka lisätä Internetin nopeutta?

Kuten aiemmin mainittiin, viestintäkanavan suorituskyky riippuu monista tekijöistä: yhteystavasta, palvelimen suorituskyvystä, kohinan ja häiriön esiintymisestä sekä verkkolaitteiden kunnosta. Kotona yhteyden nopeuden lisäämiseksi voit korvata verkkolaitteet edistyneemmillä ja vaihtaa toiseen yhteystapaan (radioaalloista kaapeliin tai kuituoptiikkaan).

Lopulta

Yhteenvetona on syytä sanoa, että viestintäkanavan kaistanleveys ja Internetin nopeus eivät ole sama asia. Ensimmäisen suuren laskemiseksi on käytettävä Shannon-Hartley-lakia. Sen mukaan kohinaa voidaan vähentää ja signaalin voimakkuutta lisätä korvaamalla siirtokanava leveämmällä.

Internet-yhteytesi nopeuden lisääminen on myös mahdollista. Mutta se suoritetaan vaihtamalla palveluntarjoajaa, korvaamalla yhteystapa, parantamalla verkkolaitteita ja myös suojaamalla laitteita tiedon lähettämiseen ja vastaanottamiseen häiriöitä aiheuttavista lähteistä.

Avainsanat:

· tiedonsiirtonopeus

bittiä sekunnissa

Tiedonsiirtonopeus - tärkein ominaisuus viestintälinjat. Tämän kappaleen tutkimisen jälkeen opit ratkaisemaan ongelmia, jotka liittyvät tiedonsiirtoon verkon kautta.

Yksiköt

Muistetaan millä yksiköillä nopeutta mitataan meille jo tutuissa tilanteissa. Autolle nopeus on aikayksikköä kohti kuljettu matka; nopeus mitataan kilometreinä tunnissa tai metreinä sekunnissa. Nesteen pumppausongelmissa nopeus mitataan litroina minuutissa (tai sekunnissa, tunnissa).

Ei ole yllättävää, että tiedonsiirtoongelmissa viitataan nopeudeksi verkon yli aikayksikköä kohti (useimmiten sekunnissa) siirrettyyn datamäärään.

Tiedon määrä voidaan mitata millä tahansa informaatiomäärän yksiköllä: bitit, tavut, KB jne. Mutta käytännössä tiedonsiirtonopeus mitataan useimmiten bitteinä sekunnissa (bps).

Nopeissa verkoissa tiedonsiirtonopeus voi olla miljoonia ja miljardeja bittejä sekunnissa, joten käytetään useita yksiköitä: 1 kbit/s (kilobittia sekunnissa), 1 Mbit/s (megabittiä sekunnissa) ja 1 Gbit/s. (gigabittiä sekunnissa).

1 kbps = 1 000 bps 1 Mbps = 1 000 000 bps 1 Gbps = 1 000 000 000 bps

Huomaa, että tässä etuliitteet "kilo-", "mega-" ja "giga-" merkitsevät (kuten kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä SI) täsmälleen tuhat-, miljoona- ja miljardikertaista kasvua. Muista tämä perinteisissä mittayksiköissä tiedon määrä"kilo-" tarkoittaa 1024-kertaista lisäystä, "mega-" - 1024 2 ja "giga-" - 1024 3.

Tehtävät

Olkoon tiedonsiirtonopeus jonkin verkon yli v bps Tämä tarkoittaa, että se lähetetään sekunnissa v bittiä ja varten t sekuntia - v×t bittiä

Ongelma 1. Tiedonsiirtonopeus tietoliikennelinjalla on 80 bit/s. Kuinka monta tavua siirretään 5 minuutissa?

Ratkaisu. Kuten tiedät, tiedon määrä lasketaan kaavalla minä = v×t. SISÄÄN tässä tapauksessa v= 80 bps ja t= 5 min. Mutta nopeus ilmoitetaan bitteinä Anna minulle hetki, ja aika on käsillä pöytäkirja, joten oikean vastauksen saamiseksi sinun on muutettava minuutit sekunneiksi:

t= 5 × 60 = 300 s

ja vasta sitten suorita kertolasku. Ensin saamme tiedon määrän bitteinä:

minä= 80 bps × 300 s = 24000 bittiä

Sitten muunnetaan se tavuiksi:

minä= 24000: 8 tavua = 3000 tavua

Vastaus: 3000 tavua.

Ongelma 2. Tiedonsiirtonopeus tietoliikennelinjalla on 100 bit/s. Kuinka monta sekuntia 125 tavun tiedoston siirto kestää?

Ratkaisu. Tiedämme tiedonsiirtonopeuden ( v= 100 bit/s) ja tiedon määrä ( minä= 125 tavua). Kaavasta minä = v×t saamme

t= minä: v.

Mutta nopeus on asetettu bittiä sekunnissa ja tiedon määrä – in tavua. Siksi mittayksiköiden "sovittamiseksi" sinun on ensin muutettava tiedon määrä biteiksi (tai nopeus tavuiksi sekunnissa!):

minä= 125 × 8 bittiä = 1000 bittiä.

Nyt löydämme lähetysajan:

t= 1000 : 100 = 10 s .

Vastaus: 10 sekuntia.

Ongelma 3. Mikä on keskimääräinen tiedonsiirtonopeus (bitteinä sekunnissa), jos 200-tavuinen tiedosto siirrettiin 16 sekunnissa?

Ratkaisu. Tiedämme tiedon määrän ( minä= 200 tavua) ja tiedonsiirtoaika ( t= 16 s). Kaavasta minä = v×t saamme

v= minä: t.

Mutta tiedostokoko on asetettu tavua, ja lähetysnopeus on saatava sisään bittiä sekunnissa. Siksi ensin muunnetaan tiedon määrä biteiksi:

minä= 200 × 8 bittiä = 1600 bittiä.

Nyt löydämme keskinopeuden

v= 1600 : 16 = 100 bps .

Huomaa, että puhumme keskinopeus lähetyksen, koska se voi muuttua tiedonsiirron aikana.

Vastaus: 100 bps.

1. Millä yksiköillä tiedonsiirtonopeus mitataan? Tietokoneverkot?

2. Mitä etuliitteet "kilo-", "mega-" ja "giga-" tarkoittavat tiedonsiirtonopeuden yksiköissä? Miksi luulet, että nämä etuliitteet eivät ole samoja kuin tiedon määrän mittayksiköissä?

3. Mitä kaavaa käytetään tiedonsiirtonopeusongelmien ratkaisemiseen?

4. Mikä on mielestäsi pääsyy virheitä tällaisten ongelmien ratkaisemisessa?

1. Kuinka monta tavua tietoa lähetetään 24 sekunnissa tietoliikennelinjaa pitkin nopeudella 1500 bittiä sekunnissa?

2. Kuinka monta tavua tietoa lähetetään 15 sekunnissa tietoliikennelinjaa pitkin nopeudella 9600 bps?

3. Kuinka monta tavua tietoa siirretään 16 sekunnissa tietoliikennelinjalla nopeudella 256 000 bittiä sekunnissa?

4. Kuinka monta sekuntia kestää 5 kt:n tiedoston siirtäminen 1024 bps:n linkin kautta?

5. Kuinka monta sekuntia kestää 800 tavun tiedoston siirtäminen 200 bps:n linkin kautta?

6. Kuinka monta sekuntia kestää siirtää 256 kt:n tiedosto tietoliikennelinjaa pitkin nopeudella 64 tavua sekunnissa?

7. Kirja, jossa on 400 sivua tekstiä (jokaisella sivulla on 30 riviä, joista kukin on 60 merkkiä), koodattu 8-bittisellä koodauksella. Kuinka monta sekuntia kestää tämän kirjan lähettäminen viestintälinjalla nopeudella 5 kbit/s?

8. Kuinka monta bittiä sekunnissa siirretään tietoliikennelinjalla, jos 400-tavuinen tiedosto lähetettiin 5 sekunnissa?

9. Kuinka monta bittiä sekunnissa siirretään tietoliikennelinjalla, jos 2 KB:n tiedosto siirrettiin 8 sekunnissa?

10. Kuinka monta tavua sekunnissa siirretään tietoliikennelinjaa pitkin, jos 100 kt:n tiedosto siirrettiin 16 sekunnissa?

Kohokohdat luvussa 1: Tietojenkäsittelytieteen opinnot leveä ympyrä liittyviä asioita automaattinen käsittely tiedot. · Ihminen saa tietoa ympäröivästä maailmasta aisteillaan. · Tiedot on tallennettu (koodattu) tieto. Tietokoneet toimivat vain datan kanssa. · Signaali on muutos tiedonsiirtoaineen ominaisuuksissa. Viesti on signaalisarja. · Perus tietoprosesseja– on tiedon (datan) siirtoa ja käsittelyä. · Vähimmäisyksikkö tiedon määrän mittaamiseksi on bitti. Tämä on tietomäärän nimi, joka voidaan koodata käyttämällä yhtä binäärinumero("0" tai "1"). · Käyttämällä i 2 bittiä voidaan koodata i erilaisia vaihtoehtoja. · 1 tavu sisältää 8 bittiä. · Tiedon määrän mittayksiköissä käytetään binäärisiä etuliitteitä: 1 KB = 2 10 tavua = 1024 tavua 1 MB = 2 20 tavua 1 GB = 2 30 tavua · Tekstin tietomäärä määräytyy tekstin pituuden mukaan. tekstiä ja aakkosten voimaa. Mitä enemmän merkkejä aakkosto sisältää, sitä suurempi yhden merkin (ja koko tekstin) tietomäärä on. · Useimmat piirustukset on koodattu tietokoneisiin rasterimuoto, eli eriväristen pisteiden (pikseleiden) muodossa. Pikseli on kuvan pienin elementti, jolle voit määrittää oman värin. · Kuvan tietomäärä määräytyy pikselien ja käytettyjen värien lukumäärän mukaan. Mitä enemmän värejä kuvassa käytetään, sitä suurempi yhden pikselin (ja koko kuvan) tietomäärä on. · Tiedonsiirtonopeudet mitataan yleensä bitteinä sekunnissa (bps). Tiedonsiirtonopeuksien mittaamiseen käytetyt yksiköt ovat desimaalietuliitteet: 1 kbit/s = 1 000 bit/s 1 Mbit/s = 1 000 000 bit/s 1 Gbit/s = 1 000 000 000 bit/s

Tietenkin voit käyttää mitä tahansa kahta merkkiä 0:n ja 1:n sijasta.

Englanninkielinen sana bitti on lyhenne ilmaisusta binäärinumero, "binäärinumero".

On olemassa toisenlainen kieli, johon kuuluvat kiina, korea ja japani. He käyttävät hieroglyfit, joista jokainen tarkoittaa erillinen sana tai käsite.

Englanninkielinen sana pikseli on lyhenne sanasta kuvan elementti, kuvan elementti.