Viteza transmisiei

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Viteza transmisiei
Prefixe SI Prefixe binare
( IEC 60027-2 )
Nume Simbol Multiplu Nume Simbol Multiplu
kilobiți pe secundă kbit / s 10 3 kibibit pe secundă Kibit / s 2 10
megabiți pe secundă Mbit / s 10 6 mebibit pe secundă Mibit / s 2 20
gigabiți pe secundă Gbit / s 10 9 gibibit pe secundă Gibit / s 2 30
terabit pe secundă Tbit / s 10 12 tebibit pe secundă Tibit / s 2 40

Viteza de transmisie (sau rata de transfer cunoscută și sub denumirea de frecvență de cifre sau bit-rate ), în informatică și telecomunicații , indică cantitatea de date digitale care poate fi transferată, printr-o conexiune / transmisie , pe un canal de comunicație într-un interval dat de timp.

Descriere

Relația dintre viteză și timp este:

În domeniul tehnologiei informației a rețelelor de calculatoare, viteza de transmisie este numită și bandă , deși strict vorbind în contextul transmisiei, aceasta indică doar intervalul de frecvență, măsurat de lățimea de bandă B în Hz , în care transmite canalul , în timp ce viteza de transmisie , exprimat în biți / s, este proporțional cu această bandă B prin intermediul parametrului cunoscut sub numele de eficiență spectrală . Viteza de transmisie (maximă sau relativă) depinde de tipul de mediu de transmisie utilizat și de condițiile fizice ale acestuia în momentul utilizării ( interferență , saturație etc.), reprezentând de fapt o resursă limitată și, în multe cazuri, împărțită și între mai mulți utilizatori. cu tehnicile uzuale de multiplexare / acces multiplu .

Viteza de transmisie este de obicei utilizată pentru a se referi la schimbul de informații între computere sau, în general, dispozitive electronice, cum ar fi echipamentele de emisie-recepție de telecomunicații și este considerată un factor de performanță al sistemului de telecomunicații sau al aparatelor electronice hardware , în special resimțite de utilizator ca un parametru de calitate . de serviciu . În special, în telecomunicații, viteza maximă de transmisie este numită și capacitatea de transmisie a liniei ( capacitatea canalului ), în timp ce cantitatea de informații transportată la un anumit moment pe un canal, mai mică sau egală cu capacitatea, se numește canal capacitate. ( transfer ) și depinde doar de cantitatea de informație introdusă în canalul în transmisie . Cu alte cuvinte, în timp ce debitul este decis de către expeditor, adică este o specificație de transmisie, viteza maximă pe canal este în schimb o constantă a liniei. Când un dispozitiv electronic introduce date într-un link la viteza maximă acceptată de link-ul în sine, adică la capacitatea sa maximă, procesarea și transmiterea ulterioară se spune că este viteza firului . Deoarece în aceste aparate sau sisteme de comunicații informațiile sunt stocate și se deplasează în formă digitală , adică este în esență o secvență de biți , este firesc ca această viteză să fie măsurată în biți pe secundă (de unde și termenul echivalent englezesc bit rate ). În transmisiile analogice , deși rata de biți nu este definită, deoarece informațiile nu sunt transportate în formă digitală, este posibil să se utilizeze conceptual o viteză de biți echivalentă , păstrând astfel conceptul de viteză de transmisie și pentru aceste tipuri de transmisii.

Într-o transmisie digitală , viteza de transmisie poate fi constantă sau variabilă în funcție de emisia efectivă de informații de către sursa respectivă de informații: sursele CBR ( rata de biți constantă ) și VBR ( rata de biți variabilă ) se disting astfel: primele reprezintă cazul vorbire digitalizată, acestea din urmă sunt cele tipice unui flux video digital în care imaginile cu mișcare redusă și o culoare destul de uniformă alternează, în general, cu imagini cu mișcare mare și culoare extrem de variată, cu sunet intermitent asociat. Viteza maximă de transmisie necesară pentru a transporta fluxuri multimedia sau video este întotdeauna mult mai mare decât viteza maximă de transmisie pentru a transporta doar fluxul de voce datorită cantității diferite de informații dintre cele două fluxuri. Tehnicile de compresie a datelor (adică codificarea sursă ) pot reduce, chiar considerabil, viteza efectivă de transmisie necesară transmiterii pentru toate tipurile de fluxuri de date.

Măsurare

Unitate de măsură

Informația de bază luată în considerare este respectiv bitul în telecomunicații și octetul în informatică , prin urmare cantitatea de informații transferată în unitatea de timp va fi măsurată respectiv în biți pe secundă , abreviată în bit / s sau bps , numită bit rate , și octet pe secundă , prescurtat în octet / s sau Bps (rețineți utilizarea diferită a inițialului b , minuscule pentru bit și majuscule pentru octet ).

În realitate, pe mașinile moderne rapide nu ar avea prea mult sens să se utilizeze bitul / secunda ca unitate de măsură, pentru care diferiții multipli ai bitului sunt utilizați în principal conform prefixelor standard ale sistemului zecimal , astfel încât, de exemplu, dacă într-o linie ADSL avem un transfer de date de 4 Mbit / s, adică 4.000.000 biți / s, vom avea (4.000.000 / 8) B / s echivalent cu 500 kB / s. Multiplii unității de măsură de bază sunt ușor diferite în cele două cazuri, deși sunt indicate de aceleași prefixe (literele k, M, G și T ale sistemului internațional ). În domeniul computerului, au fost întotdeauna utilizate aproximări bazate pe puterile lui 2 (numărul pe care se bazează aritmetica binară a computerului ), în timp ce în telecomunicații se respectă standardul .

Iată un tabel cu cei mai utilizați multipli:

Multiplu Puteri în baza 10 Aproximări de bază 2
k (kilo) 10 3 2 10 = 1,024
M (mega) 10 6 2 20 = 1.048.576
G (giga) 10 9 2 30 = 1.073.741.824
T (tera) 10 12 2 40 = 1.099.511.627.776
P (peta) 10 15 2 50 = 1.125.899.906.842.620

Necesitatea utilizării acestor prefixe este evidentă dacă avem în vedere că, de exemplu, standardul USB 2.0 poate atinge viteze de 480 Mbit / s, echivalent cu 60 MB / s.

Exemplu de aplicație

Să presupunem că doriți să transferați un fișier de 10 MB (10 mega octeți ) pe un dispozitiv cu o viteză de transmisie de 5 Mbit / s (5 mega biți pe secundă ).

Timpul de transfer T va fi dat de:

Rețineți că dimensiunea fișierului a fost înmulțită cu 8 deoarece fiecare octet care îl constituie corespunde cu 8 biți (în sistemele obișnuite pe 8 biți) care vor fi transmise.

Test de măsurare

Măsurarea vitezei de transmisie, în cazul unei conexiuni la Internet , poate fi efectuată fie manual, descărcând un fișier de mărime cunoscută în biți , verificând timpul de descărcare (vezi paragraful Exemplu de aplicație ), comparând eventual rezultatele cu potențialul teoretic al Rețeaua pe baza contractului de servicii stipulat cu ISP ; alte metode automate constau în încredințarea acestei operațiuni unor site-uri web externe specifice bazându-se de obicei pe servere web dedicate ( test de viteză ) [1] .

În Italia, testul oficial de măsurare prin excelență este Misura Internet , oferit de AGCOM sub supravegherea Fundației Ugo Bordoni și ISCOM , prin intermediul software-ului Ne.me.sys. [2] și legal valabil pentru orice reclamație împotriva furnizorilor de rețea.

Teoremele Shannon și Nyquist

Canalele de transmisie utilizate pentru comunicarea dispozitivului sunt împărțite în:

  • Canale ideale : nu provoacă distorsiuni sau întârzieri în propagarea semnalelor .
  • Canale nedistorsionante : ele provoacă doar o întârziere constantă în propagare și o atenuare constantă în bandă.
  • Canalele distorsionate : provoacă atenuări și întârzieri, în funcție de frecvența semnalelor.

Există diverse teoreme care exprimă viteza maximă de transmisie pentru fiecare tip de canal.

Legătura dintre viteza de transmisie și lățimea de bandă provine direct din starea Nyquist

[bit / s]

unde B este lățimea de bandă a canalului și M numărul de valori distincte pe care fiecare simbol transmis le poate asuma.

Capacitatea canalului, adică viteza maximă cu care este posibil să se transmită fără erori, este dată de teorema Shannon-Hartley , indicată mai jos, care are în vedere și zgomotul aditiv gaussian alb (de exemplu zgomotul termic):

[bit / s]

Unde B este lățimea de bandă a canalului, S și N sunt respectiv semnalul și puterea zgomotului canalului.

Decad cu distanța

În practică, capacitatea unui canal din punct de vedere al ratei de biți scade odată cu distanța d de la emițătorul fluxului de informații datorită atenuării semnalului util, adică deci a scăderii SNR în conformitate cu același Teorema lui Shannon. Acest fapt explică cel puțin parțial motivul pentru care de multe ori conexiunea în bandă largă în conexiunea ADSL din rețeaua Internet este mai mică decât cea stipulată în contractul cu furnizorul ISP, ignorând în schimb distanța reală a utilizatorului de prima centrală telefonică din ultima milă a rețelei. În acest sens, furnizorul ar trebui să furnizeze o lățime de bandă minimă garantată pe contract. În special, această descompunere este aproximativ liniară cu distanța. De fapt, prin aproximarea relației vitezei de transmisie cu:

și luând în considerare puterea utilă a semnalului S în funcție de distanța x care este cu puterea inițială și k atenuarea specifică a mediului de transmisie , folosind proprietățile logaritmilor obținem:

adică:

fiind valorile rămase ale constantelor, de unde și dependența liniară negativă de distanța x. Dacă inversăm relația față de x, obținem:

din care se poate deduce că distanța care poate fi servită într-o comunicație crește odată cu scăderea vitezei de transmisie și viceversa odată cu creșterea vitezei.

Acest fapt are o importanță considerabilă asupra sistemelor / tehnicilor de transmitere a datelor din ultima milă a rețelei telefonice sau a rețelei de acces, cum ar fi diversele forme sau tehnologii DSL : cu cât sunteți mai aproape de utilizator, cu atât este mai posibil să exploatați tehnologiile DSL la capacitate de transmisie mai mare.

Viteza de transmisie și viteza de propagare

Viteza de transmisie nu depinde de viteza sau întârzierea propagării semnalului pe linie, ci indică doar câtă informație este introdusă sau transferată pe linie, adică câtă informație este dispusă să accepte sau acceptă linia de intrare și apoi propagându-l ulterior pe el. De fapt, odată ce semnalul s-a propagat pe linie cu viteza de propagare oferită de mediul de transmisie , adică după ce s-a scurs întârzierea de propagare dependentă de distanța dintre emițător și receptor, fluxul de date al comunicației care ajunge la receptor va fi continuu în timp și, prin urmare, receptorul va percepe un trafic de date egal cu viteza de intrare menționată anterior.

Prin urmare, cu o analogie hidrodinamică, putem spune că viteza de transmisie a liniei reprezintă „debitul” (în acest caz informativ), în timp ce viteza de propagare a liniei, adică a mediului de transmisie, reprezintă viteza fluidului în țeavă.

Cu toate acestea, comparația are o limită obiectivă, deoarece dacă este adevărat că în hidrodinamică debitul, care este aditiv, este întotdeauna păstrat prin echilibrul de masă, deoarece viteza fluidului poate varia în raport cu secțiunea (menținând precis debitul constant) , în telecomunicații, domeniul informațional, chiar dacă este și aditiv, nu este păstrat în cazul în care se trece printr-o linie cu o lățime de bandă mai mică (echivalentă cu secțiunea tubului în hidrodinamică).

Prin urmare, această linie acționează ca un blocaj clasic asupra scopului întregii comunicări end-to-end . În acest caz, dacă transmisia de intrare nu este adaptată la maximul transportabil de linia cu viteză de transmisie mai mică, sistemul de telecomunicații funcționează cu pierderi de informații. Prin urmare, în timp ce în hidrodinamică debitul este independent de caracteristicile tubului și depinde numai de cantitatea de fluid introdusă în capătul inițial al tubului, în telecomunicații fluxul de informații depinde de caracteristicile sau resursele liniei în termeni de lățime de bandă și raport de semnal.-zgomot , așa cum este exprimat de teorema lui Shannon.

Compararea rapidă a diferitelor sisteme

  • Dischetă 3,5 "125 KiB / s = 1 Mb / s
  • 1x CD-ROM = 150 KiB / s = 1,2 Mb / s
  • 1x DVD = 1375 KiB / s = 11 Mb / s
  • 56k analog modem = 56 kb / s = 7000 B / s = 7 kB / s = 0,007 MB / s = 0,056 Mb / s
  • ADSL 1 Mega 125 KiB / s = 1 Mb / s

Notă: chiar dacă un octet este format din 8 biți, trebuie luați în considerare biții de corectare a erorilor, deci un kB / s corespunde la aproximativ 8.000 b / s (conform sistemului de corecție utilizat), iar corespondența nu este exact 1.000 b / s = 1.000 / 8 B / s = 125 B / s.

Curiozitate

La 19 august 2020, o echipă de la University College London (UCL) a atins recordul de transmisie cu o viteză de 178 Tb / s. [3]

La 19 ianuarie 2021, la Milano, Grupul Prysmian, laboratoarele Nokia Bell și Institutul Național de Tehnologia Informației și Comunicațiilor (NICT) declară că au atins recordul de 1 Pb / s (Petabits) pe fibră optică.

La 12 iulie 2021, Institutul Național al Tehnologiei Informației și Comunicațiilor din Japonia (NICT) informează publicul că a atins recordul de 319 Tb / s de transmisie într-o fibră optică de 3001 km. [4]

Notă

  1. ^netmeter.it: Adsl speed test - speedtest
  2. ^ Misurainternet Speedtest - Software-ul Ne.Me.Sys Arhivat 21 august 2013 la Internet Archive .
  3. ^ (EN) UCL, inginerii UCL, septembrie, noul record mondial de viteză a internetului , al UCL News, 19 august 2020. Accesat la 20 iulie 2021.
  4. ^ ( JA ) Demonstrația recordului mondial: 319 Tb / s Transmisie peste 3.001 km cu fibră optică cu 4 nuclee | 2021 , pe NICT - Institutul Național de Tehnologia Informației și Comunicațiilor . Adus la 20 iulie 2021 .

Elemente conexe