Предельная скорость передачи информации. Какую эффективную скорость передачи данных обеспечивает провайдер

При этом объём сигнала полностью "вписывается" в объём канала.

Однако условие согласования канала может выполняться и тогда, когда одно или два из частичных неравенств не выполнены. Это означает, что можно производить "обмен" длительности на ширину спектра или ширину спектра на динамический диапазон и т.д. Пусть, например, записанный на плёнку телефонный сигнал, имеющий ширину спектра 3 кГц, необходимо передать через канал, полоса пропускания которого 300 Гц. Это можно осуществить, воспроизводя сигнал со скоростью, в 10 раз меньше той, с которой он был записан. При этом все частоты исходного сигнала уменьшатся в 10 раз, и во столько же раз увеличится время передачи. Принятый сигнал также записывается на плёнку, а затем, воспроизведя его со скоростью, в 10 раз большей, можно восстановить исходный сигнал Аналогично можно передать сигнал быстрее, если полоса пропускания канала шире спектра сигнала.

Значительно больший интерес представляет возможность обмена динамического диапазона на полосу пропускания. Так, используя широкополосные помехоустойчивые виды модуляции, можно передать сообщение с динамическим диапазоном, например 60 дБ, по каналу, в котором сигнал превышает помеху всего лишь на 20 дБ. Но при этом используется полоса пропускания канала в несколько раз более широкая, чем спектр сообщения.

Преобразование дискретного сообщения в сигнал обычно осуществляется в виде двух операций - кодирования и модуляции. Кодирование – преобразование сообщения в последовательность кодовых символов, а модуляция – преобразование этих символов в сигналы, пригодные для передачи по каналу. С помощью кодирования и модуляции источник сообщений согласуется с каналом.

Простейшим примером дискретного сообщения является текст. Любое сообщение состоит из конечного числа элементов; текст – из букв, цифр, знаков препинания. Их совокупность называется алфавитом источника сообщения. Так как число элементов в алфавите конечно, то их можно пронумеровать и тем самым свести передачу сообщения к передаче последовательности чисел. Обычно моменты отсчётов выбираются на оси времени равномерно.

Квантование - представление бесконечного множества значений, которое может принимать аналоговый сигнал, набором ограниченного множества.

Операция квантования сводится к тому, что вместо данного мгновенного значения (уровня) передаваемого сообщения передают ближайшие значения по установленной цифровой шкале дискретных уровней. Дискретные значения по шкале уровней чаще всего выбираются равномерно. Само собой разумеется, что при квантовании вносится погрешность, так как истинное значение заменяют округлённым значением. Величина этой погрешности при равномерном квантовании не превосходит половины шага квантования и может быть сведена до допустимого уровня.

Дискретизированный сигнал принимает отличные от нуля значения только в определенные моменты времени. Дискретизированный сигнал может быть получен как из исходного непрерывного, так и из квантованного сигнала.

Дискретизация по времени позволяет преобразовать непрерывные сообщения в дискретный (во времени) сигнал, который после квантования превращается в цифровой. Достоинством цифровых способов передачи является возможность применения кодов, как для повышения помехоустойчивости, так и для сокращения избыточности источника.

В настоящее время широкое применяется система с импульсно - кодовой модуляцией (ИКМ ). В этой системе непрерывное сообщение сначала подвергается дискретизации по времени и квантованию по уровню, а затем полученная последовательность уровней (цифр) кодируется (обычно двоичным кодом). Каждому уровню присваивается кодовая комбинация, состоящая из п символов 1 или 0. Полученная последовательность двоичных символов передаётся по каналу связи одним из методов дискретной модуляции. Весовые коэффициенты 0 и 1 и могут передаваться отрезками колебаний различных частот, отрезками колебаний с отличающимися начальными фазами или постоянным током с разной амплитудой или полярностью. Это обеспечивает простоту аппаратуры.

Рассмотрим источник дискретного сообщения. Пусть сообщение выражено при помощи некоторых символов, например, букв печатного текста. Если далее эти буквы преобразуются в другие символы или последовательности из них по заранее установленному и известному при передаче и приеме правилу, то говорят, что сообщение дискретного источника кодируется.

Набор символов (букв), над которым определена последовательность символов на выходе дискретного источника, называется алфавитом. Число символов в алфавите называется объемом алфавита.

Отрезок кодовой последовательности (комбинации) называется блоком. Число символов (элементов) в блоке называется значностью или длиной блока.

Блок, выделенный по определенному признаку и рассматриваемый как одно целое, называется информационным словом. Словом, например, является кодовая последовательность (комбинация). Совокупность (множество) всех кодовых комбинаций, возможных при заданном правиле кодирования, образует код.

Блоки системы связи, в которых осуществляется кодирование, называются кодерами.

Коды, у которых все кодовые комбинации имеют одинаковую длину, называются равномерными. Неравномерные коды содержат кодовые комбинации неравной длины. Равномерное кодирование характеризуется простотой алгоритмов и аппаратуры кодеков и декодеров; неравномерное кодирование отличается большей эффективностью.

Одной из задач кодирования является задача согласования алфавита, из которого построены дискретные сообщения с кодовым алфавитом выходных комбинаций.

Кодирование позволяет решить также задачу устранения избыточности источника сообщения и тем самым повысить скорость передаваемой информации. Примерами кодов, решающими эту задачу (задачу эффективного кодирования), являются коды Шеннона- Фано и Хаффмена. Эти коды являются неравномерными. Для повышения достоверности передачи дискретной информации применяют помехоустойчивые коды. В отличие от простых, у которых все возможные кодовые комбинации используются для передачи информации, помехоустойчивые коды строятся так, что для передачи используется лишь часть от общего числа возможных комбинации. Благодаря этому появляется возможность обнаруживать и исправлять ошибки. Способность кода обнаруживать и исправлять ошибки достигается также и тем, что, наряду с информационными, по каналу связи передаются проверочные символы.

Сегодня мы с вами продолжим прошлый пост и ознакомимся с понятием скорость передачи информации.

Если вы используете флэшку для того, чтобы переносить текстовые документы с одного компьютера на другой, тогда для вас не имеет значения скорость, т. к. обычно у текстовых файлов небольшой объём.

Но в тех случаях, когда флэшка необходима для хранения и переноса видео, а так же аудиофайлов, скорость, с которой будет производиться запись, имеет значение . Потому что от неё уже зависит, как быстро окажутся на носителе либо скопируются на компьютер.

Это же относится и к флэш картам (ещё их называют карты памяти). Ведь цифровые фотоаппараты чаще всего используют именно их. И с чем большей скоростью будет записывать карта памяти, тем быстрее будут туда записываться фотоснимки, да и сам фотоаппарат будет работать более оперативно, т. е. быстрее настраиваться на съёмку следующего кадра.

И коль мы заговорили о скорости, то продолжим эту тему и поговорим о таком понятии, как Скорость передачи данных. Наверняка вы с этим сталкивались, работая в интернете.

Как правило, у новичков это вызывает сложности и массу вопросов.

Так что же это такое? Это объём данных , которые передаются за единицу времени.

В мире компьютеров за основную единицу принят 1 бит в секунду. Обратите внимание — бит, а не байт! Его обозначение таково.

То, с какой быстротой происходит передача информации, имеет отношение, как к характеристике самого носителя, так и к сетям. Ваш компьютер подключён к интернету, и скорость этого соединения измеряется в битах в секунду. Как вы уже узнали, бит — наименьший объём информации , поэтому чаще всего используется величина побольше — байты.

Потому, когда вы слышите, что скорость вашего соединения с интернетом 1 Мегабит в секунду, то это совсем не означает, что можно скачать 1 мегабайт информации за 1 секунду.

Для того, чтобы превратить мегабиты в мегабайты , вам необходимо быстроту вашего соединения с интернетом разделить на 8, поскольку 1 байт равняется 8-ми битам.

И, если вы это сделаете, то выясните, что скорость вашего соединения равняется 0.125 мегабайт в секунду, а это получается 125 килобайт в секунду.

Чаще всего это обозначается так.

Обратите внимание, как обозначается Килобит за секунду: «К» — большое, «б» — маленькое, дробь «/» с (секунда).

А Килобайт обозначается так: «К» — заглавная, «Б» — заглавная, дробь «/» с (секунда).

Смотрите внимательно на такие обозначения. Следите, какая буква написана, маленькая или большая. Только так вы сможете сразу понять, что показывает — Килобиты или Килобайты.

Третья и последняя характеристика , которая сказывается на стоимости устройства — это Геометрические размеры . Но не для всех типов устройств он может подходить, т. к. является довольно условным параметром. И, как показывает практика, чем меньше само устройство, тем больше его стоимость.

На этом наш урок закончен. Надеюсь, что он был для вас полезным!

Настасья Герасименко.

FTest измеряет интегральные характеристики качества сети и, в частности, эффективную скорость передачи данных. Поэтому, в соответствии с п. 2 алгоритма, перед тестированием глобального канала связи, нужно удостовериться в исправности рабочих станций (Агентов), принимающих участие в его тестировании. (Если они содержат дефекты, то результатам тестирования нельзя будет доверять.) С этой целью мы выполнили тест "FTest by steps" в режиме калибровки для станций PC1, PC2, PC3. Все Агенты были настроены на работу с сервером, размещенным в сегменте A (в том же сегменте, что и Агенты). Результаты этого теста представлены на рисунке 2.

Полученные результаты свидетельствуют, что на компьютерах рабочих станций PC1, PC2, PC3 дефектов нет. Скорости выполнения операций записи имеют значения от 882 КБ/с до 977 КБ/с; скорости выполнения операций чтения - от 906 КБ/с до 973 КБ/с; производительность колеблется в диапазоне 873 КБ/с - 922 КБ/с. Полученные значения соответствуют используемой технологии (10Base-T).

Для измерения эффективной скорости передачи данных (и производительности) по радиоканалу был выполнен тест "FTest by steps" в режиме калибровки. Агенты, расположенные в сегменте A, выполняли файловые операции с тестовым сервером, размещенным в сегменте B. Результаты данного теста приведены на рисунке 3.

Как видно из приведенной диаграммы, при работе всех Агентов достигнута одинаковая производительность сети (22 КБ/с) и близкие значения скоростей чтения и записи.

Как уже говорилось выше, измеряемые программой FTest 3.х параметры характеризуют эффективную скорость сети на прикладном уровне. На физическом уровне скорость сети, естественно, должна быть выше. Чтобы оценить минимальное значение накладных расходов (п.3 Алгоритма), было проведено тестирование, при котором один из Агентов работал с сервером, размещенным в том же сегменте, что и тестовый сервер. Значения параметров запуска теста, были установлены такими же, что и при тестировании глобальной линии передачи данных (см. файлы отчетов).

Тест проходил в несколько шагов. На каждом шаге теста Агент увеличивал предлагаемую нагрузку. Производительность на прикладном уровне измерялась пакетом FTest, интенсивность канального трафика измерялась пакетом Observer 6.2. Полученная зависимость интенсивности трафика на канальном уровне от производительности на прикладном уровне приведена на рисунке 4.

Из рисунка видно, что при эффективной скорости в 22 КБ/с, на физическом уровне интенсивность трафика составляет около 200 Кбит/с. Таким образом, минимальное значение величины накладных расходов составляет: 100%-22*8/200*100%=12%

К сожалению, при тестировании глобальной линии связи у нас не было возможности контролировать трафик на стороне Агентов, поэтому реальную величину накладных расходов при передаче данных по сети провайдера мы определить не смогли. Очевидно, что она должна быть больше 12%.

Нас не информировали, какую физическую скорость компания оплачивает провайдеру в данном случае. Тем не менее, очевидно, что в данном случае не целесообразно оплачивается скорость, которая больше чем 256 Кбит/с.

В заключение, хотим сказать еще несколько слов по поводу интерпретации результатов тестирования.

При работе программ FTest и FTrend выполняются сетевые операции типа "запрос-ответ". Поэтому интегральная скорость передачи данных зависит от двух основных факторов:

Иногда интересно выяснить, какой именно фактор наиболее значим в каждом конкретном случае. Для этого необходимо запустить программы FTest (а еще лучше FTrend) и Observer на длительное время. Если в результате их работы вы обнаружите, что величина накладных расходов существенно не меняется во времени, то это может свидетельствовать о наличии больших задержек в маршрутизаторах, или о наличии медленных каналов связи "внутри" самой сети провайдера.

Если же величина накладных расходов существенно изменяется во времени, то причина, вероятнее всего, в искажениях информации при ее передаче по линиям связи.

Объем и скорость передачи информации. Объем информации измеряется в битах.

Бит - это минимальное количество информации, составляющее выбор одного из двух возможных вариантов. Когда создается возможность дать ответ на любой вопрос «да» или «нет», то это и есть один бит информации, т.е. в этом случае меньше бита информации не бывает.

Бит - это абстрактное понятие, которое обеспечивает количественное измерение информации, доступное компьютерным системам.

Математически нам проще всего «битовую информацию» описывать числовыми методами, а именно двоичными числами, которые составляются из цифр «0» и «1».

Сколько передается «ноликов» или «единичек» столько передается битов информации.

Для кодирования разнообразных вариаций в какой-либо области знаний (например, даже обычного текста, не говоря уже о звуковой или цветовой информации) одного бита информации мало. Для кодирования разнообразных вариаций требуется увеличение разрядности двоичного числа (его удлинении). Двоичные числа формируются с фиксированной разрядностью, такая совокупность разрядов получила название «байт».

Байт - последовательность из восьми бит, рассматриваемая как одно целое.

Современные объемы характеризуются объемами в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах, терабайтах

Рассмотрим книгу объемом 100 000 слов, содержащую, например, 250 страниц, причем допустим, что каждое слово состоит в среднем из пяти букв. При использовании для преобразования текста в цифровую форму каждая буква кодируется восемью двоичными цифрами. Таким образом, один байт может принимать 28 = 256 различных значений, причем, учитываются все строчные и прописные буквы, цифры, промежутки между словами и знаки препинания. Тогда общий объем содержащейся в книге информации составит 4 Мбит.

Производимые в настоящее время оптические носители информации позволяют хранить 210, 650, 700, 4700 Мбайт.

Производимые современной промышленностью устройства хранения данных (жесткий диск) могут достигать объема нескольких Тбайт и их объемы с каждым годом возрастают.

Пропускная способность канала. Под пропускной способностью канала понимают максимально достижимую скорость передачи полезной информации в бит/с. В качестве ограничений обычно выступают протяженность канала, тип среды, мощность передатчика, чувствительность приемника, занимаемая полоса частот, характеристики помех и шумов, допустимая доля ошибок.

Если раньше сети работали обычно со скоростью 10 Мбит/с, то сейчас сети поддерживают 100 и 1000 Мбит/с. Причем Internet трафик, в настоящие время, в телекоммуникационных сетях общего пользования превышает голосовой трафик.

Понятие скорости передачи. Скорость передачи - это количество бит в единицу времени (В) [бит/с].

Различные услуги электросвязи требуют различных скоростей передачи. Например, факсимильная передача одной страницы текста формата А4 (210х297 мм), в зависимости от степени обработки сигналов, требует от 200 кбит/с до 2 Мбит/с. Аналоговая передача видеосигнала требует в реальном масштабе времени до 6 МГц, а цифровая передача 130-600 Мбит/с. Современные скорости локальных вычислительных сетей составляют от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с. Требования к скоростям речевого и видеосигнала могут существенно различаться в зависимости от вида обработки.

Звуковой канал. Для обеспечения разборчивости речи требуется полоса частот около 3 кГц, лежащая в диапазоне от 300 Гц до 3,4 кГц для обычной стандартной телефонной сети. На практике по цифровому телефонному каналу эта полоса частот передается со скоростью 64 кбит/с. При этом аналоговый сигнал дискретизируется с интервалом 125 мкс (частота дискретизации fs =8 кГц), а каждый отсчет кодируется 8-битовым словом.

Связь между скоростью передачи и расчетной частотой зависит от используемого метода кодирования сигналов. Например, для кодирования без возврата к нулю - аналогично обычным цифровым данным (высокий уровень означает 1, а низкий 0), расчетная частота для линии связи в 100 МГц равна скорости передачи данных 100 Мбит/с.

Шум. Шумом называется любое возмущение электрического или оптического характера, отличное от полезного сигнала. Сигнал несет полезную информацию, а шум является чем-то дополнительным и бесполезным. Любой канал связи подвержен воздействию шумов. Слишком слабый сигнал невозможно различить на фоне шума, для этого необходимо либо уменьшить уровень шума, либо усилить сигнал. В процессе усиления в приемном устройстве усиливается не только сигнал, но и шум. Некоторые виды шума можно отфильтровать с помощью электронных фильтров. Удобно иметь уровень сигнала более высокий по сравнению с уровнем шума, а еще лучше иметь сильный сигнал и слабый шум.

Примером шумов может служить так называемая перекрестная помеха. Когда во время телефонного звонка происходит коммутация двух различных телефонных линий, в результате чего вы можете у себя в трубке слышать то, что говорят другие люди. Это искусственный шум. В отличие от искусственных, многие типы естественных шумов устранить нельзя, поскольку они появляются в результате природных явлений. Вам, наверное, знакомо характерное потрескивание в радиоприемнике, которое вызвано разрядами молнии в атмосфере Земли. Это пример атмосферных шумов (atmospheric noise). Кроме эффектов, связанных с природными процессами, протекающими в атмосфере и на поверхности Земли, существуют внешние шумы, которые называются космическими. Эти шумы заметны лишь на частотах до 1 ГГц.

Электрический шум можно определить как нежелательную энергию, которая сопровождает сигнал в электронной системе внутренние шумы. В любой точке системы, кроме сигнала, всегда присутствуют шумы. Это явление неотъемлемое свойство электронной цепи.

Тепловой шум. Вследствие теплового возбуждения атомов проводника или резистора в веществе возникают свободные электроны. Возникающий при этом шум носит название теплового шума, так как его энергия возрастает с увеличением температуры.

N = kТΔF,

где k - постоянная Больцмана, равная 1,38*10 -23 Дж/К; Т - абсолютная температура, выраженная в градусах по шкале Кельвина, К; ΔF - рассматриваемая ширина полосы частот, например полоса пропускания измерительного прибора или системы.

Можно предположить, что присутствие шумов в системе приводит к нарушению её работоспособности. Однако на самом деле большинство систем функционирует вполне нормально, если уровень шумов не превышает заданного уровня.

Отношение сигнал/шум

В большинстве случаев абсолютный уровень мощности шума редко является тем параметром, по которому пользователь может оценить качество системы. Как правило, для этой цели удобней пользоваться отношением мощностей сигнала и шума. Отношение сигнал/шум (S/N) - общепринятый способ выражения качества сигнала в системе. Это отношение выражается обычно в дБ средней энергии сигнала к средней энергии шумов различной природы.

S/N=10log(S/N)

где S - мощность сигнала в Вт, N мощность шума в Вт.
Часто реальные системы работают в очень большом динамическом диапазоне, который простирается на два или три порядка величин; при этом приходится иметь дело как с очень малыми, так и с очень большими значениями отношения сигнал/шум.

Итак, очевидно, что именно отношение мощностей сигнала и шума, а не их абсолютные значения, является определяющим параметром качества системы.

Типичные значения приемлемого отношения сигнал/шум составляют около 16 дБ - для передачи речи с низким качеством и до 30 дБ - для коммерческих телефонных систем, наконец, 50-60 дБ для высококачественного радиовещания музыкальных программ.

Пример. Пусть входное сопротивление усилителя ТВ приемника равно 500 Ом, сигнал на выходе равен 1 мВ. Полоса частот сигнала 10 МГц, температура сопротивления нагрузки - 27°С. Тогда мощность сигнала на нагрузке

S=U²/R 1 =12/500=0.002 мВт;

эквивалентная мощность шума:

N = kTsΔF = 1.38*10 -23 *300*10 6 = 4.14*10 -14 Вт,

а отношение сигнал/шум на нагрузке:

S/N (дБ)=10log 10 (0.002 мВт/4.14*10 -14 Вт)=48 дБ

Еще одним преимуществом выражения отношения С/Ш в децибелах является то, что общее отношение сигнал/шум при соединении нескольких отдельных электрических цепей определяется как сумма отдельных отношений С/Ш всех цепей, а не их произведение.

Скорость передачи реального канала связи зависит не только от полосы пропускания, но и от отношения сигнал/шум.
Теоретическую максимальную скорость передачи для реального канала связи можно вычислить, используя теорему Шеннона:

C= ΔF log 2 (1+S/N) [бит/с],

где C - скорость передачи данных в бит/с; ΔF - полоса пропускания канала в герцах; S - мощность сигнала в ваттах; Т - мощность шума в ваттах.

Из этой формулы можно видеть, что увеличение полосы пропускания или увеличение отношения сигнала к шуму позволяет увеличить скорость передачи данных и что сравнительно небольшое увеличение полосы пропускания эквивалентно гораздо большему увеличению отношения сигнала к шуму.

Для цифровых систем существует аналог отношения сигнал - шум, который называется отношение бит/ошибка (ВЕR).

BER = (Число ошибочных битов) / (Всего битов).

Данный параметр является отношением объема неправильно принятой информации к общему объему переданной информации, выраженной в битах. Отношение 10 -9 означает, что при передаче одного миллиарда бит информации была допущена одна ошибка. Подобно S/N требования к величине отношения бит/ошибка зависят от области применения и многих других факторов. Лучшее S/N подразумевает лучшее отношение ВЕR.