Коротко о единицах измерения в компьютерных сетях или что такое пропуская способность канала связи

Примечания

Автор называет объём канала также ёмкостью. См. Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В.,. 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 15. — 432 с.
Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В.,. 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 14-15. — 432 с.
Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В.,. 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 126. — 432 с.
Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В.,. 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 128. — 432 с.
Зюко А. Г., Кловский Д.Д., Коржик В. И., Назаров М.В.,. 1.2 Системы, каналы и сети связи // Теория электрической связи / Под ред. Д. Д. Кловского. — Учебник для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1999. — С. 152. — 432 с.

Что такое бит? Как измеряется скорость в битах?

Битовая скорость – показатель измерения скорости соединения. Рассчитывается в битах, мельчайших единицах хранения информации, на 1 секунду. Она была присуща каналам связи в эпоху «раннего развития» интернета: на тот момент в глобальной паутине в основном передавались текстовые файлы.

Сейчас базовой единицей измерения признается 1 байт. Он, в свою очередь, равен 8 битам. Начинающие пользователи очень часто совершают грубую ошибку: путают килобиты и килобайты. Отсюда возникает и недоумение, когда канал с пропускной способностью 512 кбит/с не оправдывает ожиданий и выдает скорость всего лишь 64 КБ/с. Чтобы не путать, нужно запомнить, что если для обозначения скорости используются биты, то запись будет сделана без сокращений: бит/с, кбит/с, kbit/s или kbps.

От чего зависит скорость передачи данных в радиоканале

Версия для печати« к списку статей

Дата: 07.07.2015

Скорость передачи (пользовательских) данных в радиоканале Wi-Fi (и схожих/соседних типах связи) зависит от многих факторов, таких как:

Используемая ширина канала (Channel Width)
Используемое число потоков технологии MIMO
(иногда) Используемая длина защитного интервала (GI) — short/long
Модуляция (Modulation) (и схема кодирования (MCS)), которой удалось достичь. В свою очередь, для получения высокой модуляции требуются следующие факторы: достаточное отношение сигнал/шум (CINR, SINR) и связанный с ним коэффициент ошибок (BER) — https://ru.wikipedia.org/wiki/CINR, https://student.telum.ru/images/2/28/Network_modeling_lecture_03.pdf, https://en.wikipedia.org/wiki/Bit_error_rate уровень сигнала помех в эфире на частоте радиоканала и соседних частотах (точный диапазон зависит от используемой ширины канала и качественных показателей радиомодуля радиоустройства в задаче фильтрации помех ). Причиной наличия помех может быть излучение других радиоустройств и излучение исходного источника, отражённое от препятствий. Для минимизации отражений требуется отсутствие препятствий в зоне Френеля (подробнее см. в Калькуляторе радиуса зоны Френеля)
программные (протокол) и, в основном, аппаратные (реализация протокола на конкретном радиомодуле и прошивке) параметры зависимости модуляции от отношения сигнал/шум (см. описания радиочасти устройств и результаты тестирования проприетарных протоколов)

достаточный уровень принимаемого сигнала (достаточность характеризуется аппаратными параметрами радиомодуля, которые выражаются в зависимости модуляции от чувствительности приёмника), на который влияют:

выходная мощность радиомодуля «передающего» устройства

усиление антенн «передающего» устройства и «принимающего» устройства
чувствительность радиомодуля «принимающего» устройства
потери в кабельных сборках (соединение приёмопередающего устройства с антенной) на обоих радиоустройствах
затухание сигнала в свободном пространстве (см. Калькулятор запаса энергетики радиоканала)
гашение излучения помехами от других устройств, помехами из-за отражённого сигнала исходного источника, препятствиями.
возможности радиоустройства (максимальная поддерживаемая модуляция)
(обычно прямо не упоминается) Скорость кода (Coding rate, Code rate) https://en.wikipedia.org/wiki/Code_rate
производительность радиоустройства в вопросе обработки передаваемых данных

«КПД» протокола передачи данных (IEEE 802.11a/b/g/n/ac и проприетарные (airMAX, NV2, iPoll и др.)), т.е. соотношение пользовательских данных («actual») и суммарных передаваемых данных («over the air») (которые дополнительно включают в себя служебные данные). Например, в устройствах, передающих данные непосредственно по протоколам IEEE 802.11a/b/g/n/ac, «КПД» обычно составляет от 40 до 70%, а в airFiber (AF-24) — выше — если использовать за «over the air» значение Capacity (в веб-интерфейсе устройства), то 100% (т.к. все «накладные расходы» уже учтены в этом значении, которое динамически пересчитывается — подробнее см. сообщение производителя в официальном сообществе).

производительность процессора устройства (пакетов в секунду — PPS) (зависит от частоты процессора и особенностей архитектуры). Зачастую производительность при обработке UDP пакетов выше, чем при TCP.
аппаратное ускорение установленного шифрования (например, зачастую шифрование WPA2-AES аппаратно ускорено и отнимает меньше ресурсов процессора)

Для качественной работы радиоканала необходимо получать одинаковый уровень сигнала на обоих сторонах радиоканала и по всем поляризациям.

Также при планировании радиоканала стоит учитывать, что в большинстве радиоустройств при высоких скоростях передачи данных повышается и задержка (Latency), что может накладывать отпечаток на максимальную «доступную» скорость передачи данных для конкретной задачи.

Алексей Заворыкин

Вперед Сравнение устройств линейки Rocket ac / 2016 г.

Что такое бит? Как измеряется скорость в битах?

Способы передачи сигнала

На сегодняшний день существует три основных способа передачи сигнала между компьютерами:

Передача по радиосетям.
Передача данных по кабелю.
Передача данных через оптоволоконные соединения.

Каждый из этих способов имеет индивидуальные характеристики каналов связи, речь о которых пойдет ниже.

К преимуществам передачи информации через радиоканалы можно отнести: универсальность использования, простоту монтажа и настройки такого оборудования. Как правило, для получения и передачи данных беспроводным способом используется радиопередатчик. Он может представлять собой модем для компьютера или же Wi-Fi адаптер.

Недостатками такого способа передачи можно назвать нестабильную и сравнительно низкую скорость, большую зависимость от наличия радиовышек, а также дороговизну использования (мобильный интернет практически в два раза дороже «стационарного»).

Плюсами передачи данных по кабелю являются: надежность, простота эксплуатации и обслуживания. Информация передается посредством электрического тока. Условно говоря, ток под определенным напряжением перемещается из пункта А в пункт Б. А позже преобразуется в информацию. Провода отлично выдерживают перепады температур, сгибания и механическое воздействие. К минусам можно отнести нестабильную скорость, а также ухудшение соединения из-за дождя или грозы.

Пожалуй, самой совершенной на данный момент технологией по передаче данных является использование оптоволоконного кабеля. В конструкции каналов связи сети каналов связи применяются миллионы мельчайших стеклянных трубок. А сигнал, передаваемый по ним, представляет собой световой импульс. Так как скорость света в несколько раз выше скорости тока, данная технология позволила в несколько сотен раз ускорить интернет-соединение.

К недостаткам же можно отнести хрупкость оптоволоконных кабелей. Во-первых, они не выдерживают механические повреждения: разбившиеся трубки не могут пропускать через себя световой сигнал, также резкие перепады температур приводят к их растрескиванию. Ну а повышенный радиационный фон делает трубки мутными – из-за этого сигнал может ухудшаться. Кроме того, оптоволоконный кабель тяжело восстановить в случае разрыва, поэтому приходится полностью его менять.

Вышесказанное наводит на мысль о том, что с течением времени каналы связи и сети каналов связи совершенствуются, что приводит к увеличению скорости передачи данных.

Измерение пропускной способности

Измерение пропускной способности – достаточно важная операция. Она осуществляется для того, чтобы узнать точную скорость интернет-соединения. Измерение можно осуществить с помощью следующих действий:

Наиболее простое – загрузка объемного файла и отправление его на другой конец. Недостатком является то, что невозможно определить точность измерения.
Кроме того, можно воспользоваться ресурсом speedtest.net. Сервис позволяет измерить ширину интернет-канала, «ведущего» к серверу. Однако для целостного измерения этот способ также не подходит, сервис дает данные обо всей линии до сервера, а не о конкретном канале связи. Кроме того, подвергаемый измерению объект не имеет выхода в глобальную сеть Интернет.
Оптимальным решением для измерения станет клиент-серверная утилита Iperf. Она позволяет измерить время, количество переданных данных. После завершения операции программа предоставляет пользователю отчет.

Благодаря вышеперечисленным способам, можно без особых проблем измерить реальную скорость интернет-соединения. Если показания не удовлетворяют текущие потребности, то, возможно, нужно задуматься о смене провайдера.

Что такое пропускная способность каналов связи?

Для того чтобы ознакомиться и понять новый термин, нужно знать, что представляет собой канал связи. Если говорить простым языком, каналы связи – это устройства и средства, благодаря которым осуществляется передача данных (информации) на расстоянии. К примеру, связь между компьютерами осуществляется благодаря оптоволоконным и кабельным сетям. Кроме того, распространен способ связи по радиоканалу (компьютер, подключенный к модему или же сети Wi-Fi).

Пропускной же способностью называют максимальную скорость передачи информации за одну определенную единицу времени.

Обычно для обозначения пропускной способности используют следующие единицы:

Единица измерения информации	Время
Бит (либо байт)	секунда
Килобит (либо килобайт)	секунда
Мегабит (либо мегабайт)	секунда

Единица измерения

Стандартный бит/с чаще дополняют приставками:

Кило: кбит/с = 1000 бит/с.
Мега: Мбит/с = 1000000 бит/с.
Гига: Гбит/с = 1 млрд. бит/с.
Тера: Тбит/с = 1 трлн. бит/с.
Пета: Пбит/с = 1 квадриллион бит/с.

Реже применяются размерности байтов (1Б = 8 бит). Величина обычно касается физического слоя иерархии OSI. Часть ёмкости канала отбирают условности протокола: заголовки, стартовые биты… Бодами принято измерять модулированную скорость, показывающую число символов в единицу времени. Для двоичной системы (0, 1) оба понятия эквиваленты. Кодирование уровней, например, псевдо-шумовыми последовательностями изменяет расстановку сил. Бодов становится меньше при том же битрейте, разницу определяет база наложенного сигнала. Теоретически достижимая верхняя граница модулированной скорости связана с шириной спектра канала законом Найквиста:

бод ≤ 2 x ширина (Гц).

Практически порог достигается одновременным выполнением двух условий:

Однополосная модуляция.
Линейное (физическое) кодирование.

Коммерческие каналы демонстрируют пропускную способность вдвое ниже. Реальная сеть передаёт также фреймовые биты, избыточную информацию исправления ошибок. Последнее касается вдвойне беспроводных протоколов, сверхскоростных медных линий. Заголовки каждого последующего уровня OSI последовательно снижают реальную пропускную способность канала.

Отдельно эксперты оговаривают пиковые значения – числа полученные с применением идеальных условий. Реальная скорость соединения устанавливается специализированным оборудованием, реже программным обеспечением. Онлайн-измерители показывают зачастую нереальные значения, описывающие состояние одной-единственной ветки мировой паутины. Путаницы добавляет отсутствие стандартизации. Иногда битрейт подразумевает физическую скорость, реже – сетевую (вычитающую объем служебной информации). Величины соотносятся следующим образом:

сетевая скорость = физическая скорость х кодовая скорость.

Последняя величина учитывает наличие возможности корректировать ошибки, всегда меньше единицы. Сетевая скорость однозначно ниже физической. Пример:

Сетевая скорость протокола IEEE 802.11a составляет 6..54 Мбит/с. Чистый битрейт – 12..72 Мбит/с.
Реальная скорость передачи 100Base-TX Ethernet равна 125 Мбит/с, благодаря принятой системе кодирования 4B5B. Однако применяемая методика линейной модуляции NRZI позволяет указать символьную скорость 125 Мбод.
Ethernet 10Base-T лишён кода коррекции ошибок, сетевая скорость равна физической (10 Мбит/с). Однако применяемый манчестерский код обусловливает присвоение итоговой символьной – значения 20 Мбод.
Общеизвестна асимметрия скорости восходящего (48 кбит/с), нисходящего (56 кбит/с) каналов голосового модема V.92. Аналогично работают сети многих поколений сотовой связи.

Задачи

1. В канал
связи передаются сообщения, составленные из алфавита x_1,x₂и x₃с вероятностями p(x₁)=0,2; p(x₂₎=0,3и p(x₃)=0,5.

Канальная
матрица имеет вид:

при этом .

Вычислить:

1. Энтропию источника информации H(X) и приемника H(Y).

2. Общую и
условную энтропию H(YX).

3. Потери
информации в канале при передаче к символов (к = 100).

4.
Количество
принятой информации при передаче к символов.

5. Скорость
передачи информации, если время передачи одного символаt = 0,01 мс.

2. По каналу
связи передаются символы алфавита x₁, x₂, x₃и x₄ с вероятностями . Определить количество
информации принятой при передаче 300 символов, если влияние помех описывается
канальной матрицей:

3. Определить
потери информации в канале связи при передаче равновероятных символов алфавита,
если канальная матрица имеет вид

Определить
скорость передачи информации, если время передачи одного символа t = 0,001 сек.

4.Определить
потери информации при передаче 1000 символов алфавита источникаx₁, x₂ и x₃ с вероятностями p=0,2; p=0,1 и p()=0,7, если влияние помех в
канале описывается канальной матрицей:

5. Определить
количество принятой информации при передаче 600 символов, если вероятности
появления символов на выходе источника X равны: а влияние помех при передаче
описывается канальной матрицей:

6. В канал
связи передаются сообщения, состоящие из символов алфавита , при этом вероятности
появления символов алфавита равны:

Канал связи
описан следующей канальной матрицей:

Определить
скорость передачи информации, если время передачи одного символа мс.

7.По
каналу связи передаются сигналы x₁, x₂ и x₃ с вероятностями p=0,2; p=0,1 и p()=0,7. Влияние помех в канале
описывается канальной матрицей:

Определить
общую условную энтропию и долю потерь информации, которая приходится на сигнал x₁(частную условную
энтропию).

8. По каналу
связи передаются символы алфавита x₁, x₂, x₃и x₄ с вероятностями .

Помехи в
канале заданы канальной матрицей

Определить
пропускную способность канала связи, если время передачи одного символа t = 0,01 сек.

Определить
количество принятой информации при передаче 500 символов, если вероятности
появления символов на входе приемника Y равны: , а влияние помех при
передаче описывается канальной матрицей:

Список
литературы

1 Гринченко А.Г. Теория
информации и кодирование: Учебн. пособие. – Харьков: ХПУ, 2000.

2 Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д.
– Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. –
СПб: Политехника, 1999.

3 Хемминг Р.В. Цифровые
фильтры: Пер. с англ. / Под ред. А.М. Трахтмана. – М.: Сов. радио, 1980.

5 Скляр Б. Цифровая связь.
Теоретические основы и практическое применение: Пер. с англ. – М.: Издательский
дом «Вильямс», 2003. – 1104 с.

6
Kalinin, V.I. Microwave & Telecommunication
Technology, 2007. CriMiCo 2007. 17th International Crimean ConferenceVolume,
Issue, 10–14 Sept. 2007 Page(s):233 – 234

7
Феер
К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. Пер. с англ. –
М.: Радио и связь, 2000.

8
Игнатов В.А. Теория информации и
передачи сигналов: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и
связь, 1991;

Модели канала связи

Канал связи описывается математической моделью, задание которой сводится к определению математических моделей выходного и входного S2{\displaystyle S_{2}} и S1{\displaystyle S_{1}}, а также установлению связи между ними, характеризующейся оператором L{\displaystyle L}, то есть

S2=L(S1){\displaystyle S_{2}=L(S_{1})}.

По типу замирания сигнала модели канала связи делятся на гауссовские, релеевские, райссовские и с замираниями, моделируемые с помощью распределения Накагами.

Модели непрерывных каналов

Модели непрерывных каналов можно классифицировать на модель канала с аддитивным гауссовским шумом, модель канала с неопределенной фазой сигнала и аддитивным шумом и модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом.

Модель идеального канала

Модель идеального канала используется тогда, когда можно пренебречь наличием помех. При использовании этой модели выходной сигнал S2{\displaystyle S_{2}} является детерминированным, то есть

S2(t)=γ S1(t−τ){\displaystyle S_{2}(t)=\gamma ~S_{1}(t-\tau )}

где γ — константа, определяющая коэффициент передачи, τ — постоянная задержка.

Модель канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом

Модель канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом отличается от модели идеального канала тем, что τ{\displaystyle \tau } является случайной величиной. Например, если входной сигнал S1(t){\displaystyle S_{1}(t)} является узкополосным, то сигнал S2(t){\displaystyle S_{2}(t)} на выходе канала с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом определяется следующим образом:

S2(t)=γ(cos(θ)u(t)−sin(θ)H(u(t))+n(t){\displaystyle S_{2}(t)=\gamma (cos(\theta )u(t)-sin(\theta )H(u(t))+n(t)},

где учтено, что входной сигнал S1(t){\displaystyle S_{1}(t)} может быть представлен в виде:

S1(t)=cos(θ)u(t)−sin(θ)H(u(t)){\displaystyle S_{1}(t)=cos(\theta )u(t)-sin(\theta )H(u(t))},

где H(){\displaystyle H()} — преобразование Гильберта, θ{\displaystyle \theta } — случайная фаза, распределение которой считается обычно равномерным на интервале

Модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом

Модель канала с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом учитывает появление рассеяния сигнала во времени из-за нелинейности фазо-частотной характеристики канала и ограниченности его полосы пропускания, то есть например, при передаче дискретных сообщений через канал на значение выходного сигнала будут влиять отклики канала не только на переданный символ, но и на более ранние или более поздние символы. В радиоканалах на возникновение межсимвольной интерференции влияет многолучёвое распространение радиоволн.

Модели дискретных каналов связи

Для задания модели дискретного канала необходимо определить множество входных и выходных кодовых символов, а также множество условных вероятностей выходных символов при заданных входных.

Также существуют модели дискретно-непрерывных каналов связи

Расчет пропускной способности

Для того чтобы найти и рассчитать пропускную способность линии связи, необходимо воспользоваться теоремой Шеннона-Хартли. Она гласит: найти пропускную способность канала (линии) связи можно, рассчитав взаимную связь между потенциальной пропускной способностью, а также полосой пропускания линии связи. Формула для расчета пропускной способности выглядит следующим образом:

I=Glog₂(1+A_s/A_n).

В данной формуле каждый элемент имеет свое значение:

I – обозначает параметр максимальной пропускной способности.
G – параметр ширины полосы, предназначенной для пропускания сигнала.
A_sA_n – соотношение шума и сигнала.

Теорема Шеннона-Хартли позволяет сказать, что для уменьшения внешних шумов или же увеличения силы сигнала лучше всего использовать широкий кабель для передачи данных.

Способы передачи сигнала

На сегодняшний день существует три основных способа передачи сигнала между компьютерами:

Передача по радиосетям.
Передача данных по кабелю.
Передача данных через оптоволоконные соединения.

Каждый из этих способов имеет индивидуальные характеристики каналов связи, речь о которых пойдет ниже.

Пропускная способность — канал — связь

Пропускная способность канала связи также определяется длительностью работы канала, полосой пропускаемых частот и динамическим диапазоном VK TKFKDK. В этом случае нижняя граница динамического диапазона определяется уровнем помех, а верхняя — перегрузкой канала связи.

Пропускная способность канала связи и разрядность передаваемого сообщения определяются быстродействием ЭЦВМ и частотными свойствами объекта исследований. Для широкого класса задач экспериментальных исследований вряд ли является целесообразным рассчитывать приведенные выше параметры для каждого конкретного случая. Очевидно, имеет смысл разработка унифицированного канала связи, пропускная способность которого ограничивалась бы лишь быстродействием ЭЦВМ.

Пропускная способность канала связи С определяется как макс, кол-во информации, к-рое способен передать канал в единицу времени.

Пропускная способность канала связи возрастает с увеличением мощности бортового передатчика, диаметра приемной антенны наземного комплекса и с уменьшением расстояния до ИСЗ.

Если пропускная способность канала связи мала, то информация полностью не пройдет. Это положение справедливо как для объема информации, так и для скорости ее передачи.

Определим пропускную способность канала связи для такого сигнала. Пусть в канале связи действует помеха с нормальным законом распределения амплитуд. На приемной стороне установлены пороги срабатывания X, — X.

Канал связи с fJepeffcrmwH Ретранслятор Приемник.

Определить пропускную способность канала связи, по которому передаются сигналы хг, х2, хз, xt с частотой следования F 1 / т, где т — длительность сигналов.

С — пропускная способность канала связи; Я — энтропия источника информации.

Классификация систем оперативной связи.

Что такое пропускная способность канала связи и чем она определяется.

С — пропускная способность канала связи; Н — количество передаваемой информации; Т — время, необходимое на коммуникативный процесс), можно говорить об объективной нормировке нагрузки учащегося.

При определении пропускной способности каналов связи следует учитывать помехи, которые могут привести к искажению и потере передаваемой информации. Этот учет производится некоторым резервированием пропускной способности в расчетной формуле и построением кода с избыточностью информации.

Помехи ограничивают пропускную способность каналов связи. Для выработки действенных мер борьбы с помехами нужно изучить их свойства.

Таким образом, пропускная способность канала связи определяет тот потенциальный предел скорости передачи информации, который может иметь место для данного канала связи.

Что такое пропускная способность каналов связи?

Обычно для обозначения пропускной способности используют следующие единицы:

Единица измерения информации	Время
Бит (либо байт)	секунда
Килобит (либо килобайт)	секунда
Мегабит (либо мегабайт)	секунда