Скорость и каналы передачи данных. Скорость передачи информации Что означает скорость передачи данных
Теорема Шеннона-Хартли
Рассматривая все возможные многоуровневые и многофазные методы шифрования, теорема Шеннона-Хартли утверждает, что ёмкость канала C, означающая теоретическую верхнюю границу скорости передачи информации, которые можно передать с данной средней мощностью сигнала S через один аналоговый канал связи, подверженный аддитивному белому гауссовскому шуму мощности N равна:
C - ёмкость канала в битах в секунду; B - полоса пропускания канала в герцах; S - полная мощность сигнала над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате; N - полная шумовая мощность над полосой пропускания, измеренной в ваттах или вольтах в квадрате; S/N - отношение сигнала к шуму(SNR) сигнала к гауссовскому шуму, выраженное как отношение мощностей.Единицы измерения
Бит в секунду
На более высоких уровнях сетевых моделей, как правило, используется более крупная единица - байт в секунду (Б/c или Bps , от англ. b ytes p er s econd ) равная 8 бит/c.
Зачастую, ошибочно, считают, что бод - это количество бит , переданное в секунду. В действительности же это верно лишь для двоичного кодирования, которое используется не всегда. Например, в современных модемах используется квадратурная амплитудная модуляция (QAM - КАМ), и одним изменением уровня сигнала может кодироваться несколько (до 16) бит информации. Например, при символьной скорости 2400 бод скорость передачи может составлять 9600 бит/c благодаря тому, что в каждом временном интервале передаётся 4 бита.
Кроме этого, бодами выражают полную ёмкость канала, включая служебные символы (биты), если они есть. Эффективная же скорость канала выражается другими единицами, например битами в секунду (бит/c, bps).
Методы повышения скорости передачи информации
См. также
Примечания
Литература
- Скорость передачи информации//В кн. Зюко А. Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М.: «Связь», 1972, 360с., стр. 33-35
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Скорость передачи информации" в других словарях:
скорость передачи информации - количество информации, передаваемой в единицу времени Отнесенное к единице времени количество информации об ансамбле входных сигналов (входных сообщений), содержащееся в ансамбле выходных сигналов (выходных сообщений). [Сборник рекомендуемых… …
скорость передачи информации - informacijos perdavimo sparta statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. information transmission rate vok. Informationsgeschwindigkeit, f rus. скорость передачи информации, f pranc. vitesse de transmission d information, f … Automatikos terminų žodynas
скорость передачи информации - Количество информации, передаваемой по каналу в единицу времени … Политехнический терминологический толковый словарь
скорость передачи информации пользователя - Скорость передачи информации пользователя, которая должна передаваться по радиоканалу. Например, выходная скорость речевого кодека. (МСЭ Т Q.1741). Тематики электросвязь, основные… … Справочник технического переводчика
максимальная скорость передачи информации - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN maximal information rateMIR … Справочник технического переводчика
скорость создания информации - эпсилон энтропия сообщения в единицу времени производительность источника Отнесенное к единице времени наименьшее количество информации о заданном ансамбле сообщений, содержащееся в другом ансамбле, представляющем заданный с указанной верностью.… … Справочник технического переводчика
скорость переноса информации - скорость обмена информацией скорость передачи — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы скорость обмена информациейскорость передачи EN… … Справочник технического переводчика
скорость обработки информации АЭ - 2.46 скорость обработки информации АЭ (processing speed): Скорость обработки и регистрации набора параметров сигналов АЭ системой в реальном времени без прерывания передачи данных, выраженная в имп./с.
Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени - секунду.
Единица измерения скорости передачи данных - бит в секунду.
Примечание. Часто используется единица измерения скорости - бод. Бод - число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах.
Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемых модемов и принятого способа синхронизации.
Так, для асинхронных модемов и телефонного канала связи диапазон скоростей составляет 300-9600 бит/с, а для синхронных -1200- 19200 бит/с.
Для пользователей вычислительных сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени - секунду. При этом в состав сообщения включаются и все служебные символы. Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структура сообщений.
Единица измерения пропускной способности канала связи - знак в секунду.
Существенной характеристикой коммуникационной системы любой сети является достоверность передаваемой информации. Так как на основе обработки информации о состоянии объекта управления принимаются решения о том или ином ходе процесса, то от достоверности информации в конечном счете может зависеть судьба объекта. Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура, так и канал связи. Нецелесообразно использовать дорогостоящую аппаратуру, если относительно уровня достоверности канал связи не обеспечивает необходимых требований.
Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак - ошибок/знак.
Для вычислительных сетей этот показатель должен лежать в пределах 10-6 -10-7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков.
Наконец, надежность коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика позволяет более эффективно оценить надежность системы.
Единица измерения надежности: среднее время безотказной работы - час.
Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточно большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов.
Все неоднократно раз слышали про сети второго, третьего и четвертого поколения мобильной связи. Некоторые, возможно, уже читали и про сети будущего - пятого поколения. Но вопросы - что означает G, E, 3G, H, 3G+, 4G или LTE на экране смартфона и что среди этого быстрее до сих пор волнуют многих людей. Ответим на них.
Данные значки означают тип подключения вашего смартфона, планшета или модема к мобильной сети.
1. G (GPRS - General Packet Radio Services): самый медленный и давно устаревший вариант подключения пакетной передачи данных. Первый стандарт мобильного интернета, выполненный путем надстройки над GSM (после CSD-соединения до 9,6 кбит/с). Максимальная скорость GPRS-канала - 171,2 кбит/с. При этом реальная, как правило, на порядок ниже и интернет здесь не всегда работоспособен в принципе.
2. E (EDGE или EGPRS - Enhanced Data rates for GSM Evolution): более быстрая надстройка над 2G и 2,5G. Технология цифровой передачи данных. Скорость EDGE выше GPRS примерно в 3 раза: до 474,6 кбит/с. Однако она также относится ко второму поколению беспроводной связи и уже устарела. Реальная скорость EDGE обычно держится в районе 150-200 кбит/с и напрямую зависит от местонахождения абонента - то есть загруженности базовой станции в конкретном районе.
3. 3 G (Third Generation - третье поколение). Здесь по сети возможна не только передача данных, но и «голоса». Качество передачи речи в сетях 3G (если оба собеседника находятся в радиусе их действия) может быть на порядок выше, чем в 2G (GSM). Скорость интернета в 3G также значительно более высокая, а его качество, как правило, уже вполне достаточное для комфортной работы на мобильных устройствах и даже стационарных компьютерах через USB-модемы. При этом на скорость передачи данных может влиять ваше текущее положение, в т.ч. находитесь ли вы на одном месте или движетесь в транспорте:
- Находитесь без движения: обычно до 2 Мбит/с
- Движетесь со скоростью до 3 км/ч: до 384 кбит/с
- Движетесь со скорость до 120 км/ч: до 144 кбит/с.
4. 3,5 G, 3 G+, H, H+ (HSPDA - High-Speed Downlink Packet Access): следующая надстройка высокоскоростной пакетной передачи данных - уже над 3G. В данном случае скорость передачи данных вплотную приближается к 4G и в режиме H она составляет до 42 Мбит/с. В реальной жизни мобильный интернет в таком режиме в среднем работает у мобильных операторов на скоростях 3-12 Мбит/с (иногда выше). Для не разбирающихся: это весьма быстро и вполне достаточно, чтобы при стабильном соединении смотреть онлайн-видео в не слишком высоком качестве (разрешении) или качать тяжелые файлы.
Также в 3G появилась функция видеозвонка:
5. 4G, LTE (Long-Term Evolution - долговременное развитие, четвертое поколение мобильного интернета). Данная технология используется только для передачи данных (не для «голоса»). Максимальная download-скорость здесь - до 326 Мбит/с, upload - 172,8 Мбит/с. Реальные значения опять же на порядок ниже заявленных, но все равно они составляют десятки мегабит в секунду (на практике часто сопоставимо с режимом H; в условиях загруженности Москвы обычно 10-50 Мбит/с). При этом более быстрый PING и сама технология делают 4G наиболее предпочтительным стандартом для мобильного интернета в модемах. Смартфоны и планшеты в сетях 4G (LTE) держат заряд батареи дольше, нежели в 3G.
6. LTE-A (LTE Advanced - модернизация LTE). Пиковая скорость передачи данных здесь - до 1 Гбит/с. В реальности интернет способен работать на скоростях до 300 Мбит/с (в 5 раз быстрее обычного LTE).
7. VoLTE (Voice over LTE - голос по LTE, как дополнительное развитие технологии): технология передачи голосовых вызовов по сетям LTE на базе IP Multimedia Subsystem (IMS). Скорость соединения - до 5 раз быстрее по сравнению с 2G/3G, а качество самого разговора и передачи речи - еще выше и чище.
8. 5 G (пятое поколение сотовой связи на базе IMT-2020). Стандарт будущего, пока находится на стадии разработки и тестирования. Скорость передачи данных в коммерческом варианте сетей обещается выше LTE до 30 раз: максимально передача данных сможет осуществляться до 10 Гбит/с.
Разумеется, воспользоваться любой из вышеперечисленных технологий вы сможете в случае ее поддержки вашим оборудованием. Также ее работа зависит от возможностей самого мобильного оператора в конкретной точке местонахождения абонента и его тарифного плана.
В случае со скоростью передачи информации эти “красивые цифры” запутывают. Конечно, тут ситуация всё-таки другая- это путаница между стандартом (где скорость названа по тому, какова она на канальном уровне) и реальностью, но смысл очень похож: цифра на наклейке не соответствует тому, что вы видите глазами, включив компьютер. Вот с этой путаницей и попытаемся разобраться.
Существуют два типа подключения- с помощью кабеля, и по воздуху, беспроводным способом.
Подключение кабелем.
В этом случае проблем с цифрами меньше всего. Подключение происходит на скорости 10, 100 или 1000 мегабит (1 гигабит) в секунду. Это – не “скорость интернета”, не скорость открытия страниц или скачки файлов. Это только скорость между двумя точками, которые соединяет такой кабель. Из вашего компьютера кабель может идти в рутер (модем), в другой компьютер или в подъезд, к аппаратуре провайдера, но в любом случае эта скорость говорит только о том, что соединение между этими двумя точками произошло на указанной скорости.
Скорость передачи данных ограничена не только типом кабеля, но в и довольно сильно– скоростью вашего жёсткого диска. На гигабитном подключении скорость передачи файла упрётся именно в это, и достичь реальных 120 мегабайт в секунду можно только в некоторых случаях.
Скорость подключения выбирается автоматически в зависимости от того, как “договорятся” ваши соединяемые устройства, по самому медленному из них. Если у вас гигабитная сетевая карта (а их сейчас большинство в компьютерах), а с другого конца- 100 мегабитная аппаратура, то скорость подключения будет установлена в 100mbit. Никаких дополнительных установок скорости делать не надо, если это требуется-это показатель того, что есть проблема с кабелем, или с аппаратурой у вас или на другом конце, и потому максимальная скорость автоматически не выставляется.
Беспроводное подключение.
А вот с этим типом подключения проблем и путаницы намного больше. Дело в том, что при беспроводном подключении скорость передачи данных- примерно в два раза меньше, чем говорит цифра стандарта. Как это выглядит в реальных данных- смотрим таблицу.
| Стандарт | Частота и ширина полосы пропускания | Скорость по стандарту | Реальная скорость передачи файлов | Дополнительная информация |
| Wi-Fi 802.11a | 5Ghz. (20Mhz) | 54 mbit/s | В настоящее время в бытовой аппаратуре используется редко, встречается в сетях провайдеров. | |
| Wi-Fi 802.11b | 2,4Ghz(20Mhz) | 11 mbit/s | ок. 0.6 мегабайт (4,8 мегабита) в секунду | В настоящее время используется только для связи “компьютер-компьютер” (Ad-Hoc) |
| Wi-Fi 802.11g | 2,4Ghz(20Mhz) | 54 mbit/s | ок. 3 мегабайт (24 мегабита) в секунду | Пока что самый распространённый тип подключения. |
| Wi-Fi 802.11n | 2,4Ghz/5Ghz(20Mhz/40Mhz) | 150, 300, 600 mbit/s | 5-10 мегабайт в секунду. | Условно 1 поток (антенна) – 150 мегабит, рутер (сетевая) с 4мя антеннами поддерживает 600mbps |
Как видите, все очень печально и некрасиво, а хвалёный “N” вообще и близко не показывает тех цифр, которые хотелось бы увидеть. Кроме того, такая скорость обеспечивается при условиях окружающей среды, близких к идеальным: нет помех, нет стен с металлом между рутером и компьютером (лучше-прямая видимость), и чем меньше расстояние, тем лучше. В типовой трёхкомнатной квартире железобетонного дома беспроводная точка доступа, установленная в дальней части квартиры, может быть практически неуловима из противоположной части. Стандарт “N” обеспечивает лучшее покрытие, и это его преимущество лично для меня важнее, чем скорость; да и на скорости качественное покрытие сказывается хорошо: там, где скорость передачи данных при использовании аппаратуры с “G” равна 1 мегабиту, только лишь использование “N” способно увеличить её в несколько раз. Однако совершенно не факт, что так будет всегда- дело в диапазонах, в некоторых случаях такое переключение не даёт результата.
На скорость влияет так же производительность устройства, раздающего интернет (рутера, точки доступа) При активном использовании торрентов, например, скорость передачи данных через рутер может существенно упасть- его процессор просто не справится с потоком данных.
Ещё на скорость влияет выбранный тип шифрования. Из самого названия понятно, что “шифрование” –это обработка данных с целью их закодировать. Могут использоваться разные методы шифрования, а отсюда-разная производительность устройства, которое это шифрование-дешифрование выполняет. Поэтому рекомендуется выставлять в параметрах беспроводной сети тип шифрования WPA2 – это максимально быстрый и наиболее защищённый на данный момент тип шифрования. Собственно говоря, по стандарту любой другой тип шифрования и не даст включиться “N” на “полную мощность”, но некоторые китайские рутеры плюют на стандарты.
Ещё один момент. Для того, чтоб получить все преимущества стандарта N (особенно для аппаратуры, поддерживающей MIMO), точка доступа должна обязательно быть выставлена в режим “N Only”. 
Если вы выбрали “G+N Mixed” (любой “смешанный” режим), велика вероятность того, что ваши устройства будут стараться связаться не на на максимальной скорости. Это плата за совместимость стандартов. Если ваши устройства поддерживают “N”, забудьте об остальных режимах- зачем терять предлагаемые преимущества? Использование в одной сети одновременно и G, и N аппаратуры лишит вас их. Однако существуют рутеры, имеющие два передатчика, и позволяющие работать в двух разных частотных диапазонах одновременно, но это скорее редкость, а цена их гораздо выше (пример- Asus RT-N56U).
Другие типы подключения.
Помимо описанных, конечно, существуют и другие типы подключения. Устаревший вариант– подключение по коаксиальному кабелю, необычный вариант подключения через электросеть здания, множество вариантов подключения с использованием сетей мобильной связи- 3G, новый LTE, относительно малораспространённый WiMAX. Любой из этих типов подключения имеет характеристики скорости, и любой из них оперирует понятием “скорость ДО”. Вас не обманывают (ну формально не обманывают), но обращать внимание на эти цифры имеет смысл, понимая, что в реальности они значат.
Единицы измерения.
Существует путаница, вызванная неправильным использованием единиц измерения. Наверно, это тема для другой статьи (по сетям и подключениям, которую я в скором времени напишу), но всё-таки и тут (сжато) будет к месту.
В компьютерном мире принята двоичная система счисления. Наименьшая единица измерения- бит. Следующая- байт.
По возрастающей:
1 байт = 8 бит
1024 бит = 1 килобит (kb)
8 килобит = 1 килобайт (KB)
128 килобайт = 1 мегабит (mb)
8 мегабит = 1 мегабайт (MB)
1024 килобайт = 1 мегабайт (MB)
128 мегабайта = 1 гигабит (gb)
8 гигабит = 1 гигабайт (GB)
1024 мегабайт = 1 гигабайт (GB)
Вроде бы всё понятно. Но! Вдруг оказывается, что и тут есть путаница. Вот что говорит википедия :
При обозначении скоростей телекоммуникационных соединений, например, 100 Мбит/с в стандарте 100BASE-TX («медный» Fast Ethernet) соответствует скорости передачи именно 100 000 000 бит/с, а 10 Гбит/с в стандарте 10GBASE-X (Ten Gigabit Ethernet) — 10 000 000 000 бит/с.
Кому верить? Решайте сами, как вам удобнее, почитайте ту же википедию. Дело в том,что написанное в википедии –не является истиной в последней инстанции, её пишут люди (фактически-любой человек может там что-то написать). А вот в учебниках (в частности,в учебнике “Компьютерные сети” от Олифер В.Г., Олифер Н.А.) – исчисление нормальное, двоичное, и в 100 мегабитах –12.5 мегабайт, и именно 12 мегабайт вы увидите, скачивая файл по 100-мегабитной локалке, практически в любой программе.
Разные программы отображают скорость по-разному –какие-то в килобайтах, какие-то в килобитах. Формально, если речь идёт о *байтах, ставится большая буква, о *битах-маленькая (обозначение КB (КБ, иногда kB или кБ, или Кбайт)) –обозначает “килобайт”, kb (кб, или кбит)- “килобит”, и т.д.), но это не закреплённое железно правило.
Любой сигнал можно рассматривать как функцию времени, или как функцию частоты. В первом случае эта функция показывает, как меняются впоследствии параметры сигнала, например, напряжение или ток. Если эта функция имеет непрерывный характер, то говорят о непрерывном сигнале. Если эта функция имеет дискретный вид, то говорят о дискретном сигнале.
Частотное представление функции основано на том факте, что любая функция может быть представлена в виде ряда Фурье
(1),
где -
частота, an,bn –
амплитуды n-ой
гармоники.
Характеристику канала, который определяет спектр частот, которые физическая среда, из которой сделана линия связи, которая образует канал, пропускает без существенного снижения мощности сигнала, называют полосой пропускания .
Максимальную скорость, из которой канал способен передавать данные, называют пропускной способностью канала или битовой скоростью.
В 1924 Найквист открыл взаимосвязь между пропускной здатностью канала и шириной его полосы пропускания.
Теорема Найквиста
где – максимальная скорость передачи H - ширина полосы пропускания канала, выраженная в Гц, М - количество уровней сигнала, которые используются при передаче. Например, из этой формулы видно, что канал с полосой 3 кГц не может передавать двухуровневые сигналы быстрее 6000 бит/сек.
Эта теорема также показывает, что, например, бессмысленно сканировать линию чаще, чем удвоена ширина полосы пропускания. Действительно, все частоты выше этой отсутствуют в сигнале, а потому вся информация, необходимая для возобновления сигнала будет собрана при таком сканировании.
Однако, теорема Найквиста не учитывает шум в канале, который измеряется как отношение мощности полезного сигнала к мощности шума: S/N . Эта величина измеряется в децибелах: 10log10(S/N) dB . Например, если отношение S/N равняется 10, то говорят о шуме в 10 dB если отношение равняется 100, то - 20 dB .
На случай канала с шумом есть теорема Шенона, по которой максимальная скорость передачи данные по каналу с шумом равняется:
H log2 (1+S/N)
бит/сек,
где S/N -
соотношение сигнал-шум в канале.
Здесь уже не важно количество уровней в сигнале. Эта формула устанавливает теоретический предел, который редко достигается на практике. Например, по каналу с полосой пропускания в 3000 Гц и уровнем шума 30 dB (это характеристики телефонной линии) нельзя передать данные быстрее, чем со скоростью 30 000 бит/сек.
Методы доступа и их классификация
Метод доступа
(accessmethod
) – это набор правил, которые регламентируют способ получения в пользование (“восторгу”) среды передачи. Метод доступа определяет, каким образом узлы получают возможность передавать данные.
Выделяют следующие классы методов доступа:
- селективные методы
- состязательные методы (методы случайного доступа)
- методы, основанные на резервировании времени
- кольцевые методы.
Все методы доступа, кроме состязательных, образуют группу методов детерминированного доступа. При использовании селективных методов для того, чтобы узел мог передавать данные, он должен получить разрешение. Метод называется опросом (polling ), если разрешения передаются всем узлам по очереди специальным сетевым оборудованием. Метод называется передачей маркера (token passing ), если каждый узел по завершении передачи передает разрешение следующему.
Методы случайного доступа
(random access methods
) основаны на “соревновании” узлов за получение доступа к среде передачи. Случайный доступ может быть реализован разными способами: базовым асинхронным, с тактовой синхронизацией моментов передачи кадров, с прослушиванием канала перед началом передачи (“слушай, прежде чем говорить”), с прослушиванием канала во время передачи (“слушай, пока говоришь”). Могут быть использованы одновременно несколько способов из перечисленных.
Методы, основанные на резервировании времени
, сводятся к выделению интервалов времени (слотов), которые распределяются между узлами. Узел получает канал в свое распоряжение на всю длительность выделенных ему слотов. Существуют варианты методов, которые учитывают приоритеты - узлы из больше высоким приоритетам получают большее количество слотов.
Кольцевые методы
используются в ЛВМ с кольцевой топологией. Кольцевой метод вставки регистров заключается в подключении параллельно к кольцу одного или нескольких буферных регистров. Данные для передачи записываются в регистр, после чего узел ожидает межкадрового промежутка. Потом содержимое регистра передается в канал. Если во время передачи поступает кадр, он записывается в буфер и передается после своих данных.
Различают клиент-серверные и одноранговые методы доступа.
Клиент-серверные методы доступа допускают наличие в сети центрального узла, который управляет всеми другими. Такие методы распадаются на две группы: с опросом и без опроса.
Среди методов доступа с опросом наиболее часто используемый “опрос с остановкой и ожиданием” и “непрерывный автоматический запрос на повторение” (ARQ). Во всяком случае первичный узел последовательно передает узлам разрешение на передачу данных. Если узел имеет данные для передачи, он выдает их в среду передачи, если нет - или выдает короткий пакет данных типа “данных нет”, или просто ничего не передает.
При использовании одноранговых методов доступа все узлы равноправные. Мультиплексна передача со временным делением - наиболее простая одноранговая система без приоритетов, что использует твердое расписание работы узлов. Каждому узлу выделяется интервал времени, в течение которого узел может передавать данные, причем интервалы распределяются поровну между всеми узлами.
Аналоговые каналы передачи данные.
Под каналом передачи данные (КПД) понимается совокупность среды передачи (среды распространения сигнала) и технических средств передачи между канальными интерфейсами. В зависимости от формы информации, которая может передавать канал, различают аналоговые и цифровые каналы.
Аналоговый канал на входе (и, соответственно, на выходе) имеет непрерывный сигнал, те или другие характеристики которого (например, амплитуда или частота) несут переданную информацию. Цифровой канал принимает и выдает данные в цифровой (дискретной, импульсной) форме.
