Главная › Интернет › Скорость передачи данных по каналу связи. Что такое скорость интернета

Скорость передачи данных по каналу связи. Что такое скорость интернета

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.

Мы живем в эпоху стремительно развивающихся цифровых технологий. Современную реальность уже трудно представить без персональных компьютеров, ноутбуков, планшетов, смартфонов и прочих электронных гаджетов, которые функционируют не изолированно друг от друга, а объединены в локальную сеть и подключены к глобальной сети

Важной характеристикой всех этих устройств является пропускная способность сетевого адаптера, определяющая скорость передачи данных в локальной или глобальной сети. Кроме этого, имеют значение скоростные характеристики канала передачи информации. В электронных устройствах нового поколения возможно не только чтение текстовой информации без сбоев и зависаний, но и комфортное воспроизведение мультимедийных файлов (картинки и фотографии в высоком разрешении, музыка, видео, онлайн-игры).

В чем измеряется скорость передачи данных?

Чтобы определить этот параметр, надо знать время, за которые были переданы данные, и количество переданной информации. Со временем все понятно, а что такое количество информации и как его можно измерить?

Во всех электронных устройствах, являющихся по сути компьютерами, хранимая, обрабатываемая и передаваемая информация кодируется в двоичной системе нулями (нет сигнала) и единицами (есть сигнал). Один нуль или одна единица – это один бит, 8 бит составляют один байт, 1024 байт (два в десятой степени) – один килобайт, 1024 килобайта – один мегабайт. Далее идут гигабайты, терабайты и более крупные единицы измерения. Данные единицы обычно используются для определения объема информации, хранящейся и обрабатываемой на каком-либо конкретном устройстве.

Количество же передаваемой от одного устройства к другому информации измеряют в килобитах, мегабитах, гигабитах. Один килобит – это тысяча бит (1000/8 байт), один мегабит – тысяча килобит (1000/8 мегабайт) и так далее. Скорость, с которой передаются данные, принято указывать в количестве информации, проходящей за одну секунду (число килобит в секунду, мегабит в секунду, гигабит в секунду).

Скорость передачи данных по телефонной линии

В настоящее время для подключения к глобальной сети по телефонной линии, которая изначально была единственным каналом подключения к Интернету, используется преимущественно модемная технология ADSL. Она способна превратить аналоговые телефонные линии в средства высокоскоростной передачи данных. Интернет-соединение достигает скорости 6 мегабит в секунду, а максимальная скорость передачи данных по телефонной линии по древним технологиям не превышала 30 килобит в секунду.

Скорость передачи данных в мобильных сетях

Стандарты 2g, 3g и 4g используются в мобильных сетях.

2g пришел на замену 1g в связи с необходимостью перехода аналогового сигнала на цифровой в начале 90-х годов. На мобильных телефонах, поддерживавших 2g, стало возможно пересылать графическую информацию. Максимальная скорость передачи данных 2g превысила показатель 14 килобит в секунду. В связи с появлением мобильного интернета была также создана сеть 2,5g.

В 2002 году в Японии была разработана сеть третьего поколения, но массовое производство мобильных телефонов с поддержкой 3g началось значительно позже. Максимальная скорость передачи данных по 3g выросла на порядки и достигла 2 мегабит в секунду.

Обладатели новейших смартфонов имеют возможность воспользоваться всеми преимуществами сети 4g. Ее усовершенствование продолжается до сих пор. Она позволит людям, проживающим в малых населенных пунктах, свободно получать доступ в Интернет и сделает его значительно выгоднее подключения со стационарных устройств. Максимальная скорость передачи данных 4g просто огромная – 1 гигабит в секунду.

К тому же поколению, что и 4g, принадлежат сети lte. Стандарт lte является первой, самой ранней версией 4g. Следовательно, максимальная скорость передачи данных в lte существенно ниже и составляет 150 мегабит в секунду.

Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю

Передача информации по оптоволоконному кабелю на сегодняшний день является самой быстрой в компьютерных сетях. В 2014 году в Дании учеными была достигнута максимальная скорость передачи данных по оптоволокну 43 терабита в секунду.

Через несколько месяцев ученые из США и Нидерландов продемонстрировали скорость 255 терабит в секунду. Величина колоссальная, но это далеко не предел. В 2020 году планируется достижение показателя 1000 терабит в секунду. Скорость передачи данных по оптоволокну практически не ограничена.

Скорость загрузки информации по Wi-Fi

Wi-Fi – торговая марка, обозначающая беспроводные компьютерные сети, объединенные стандартом IEEE 802.11, в которых информация передается по радиоканалам. Теоретически максимальная скорость передачи данных wifi составляет 300 мегабит в секунду, а в реальности у лучших моделей роутеров она не превышает 100 мегабит в секунду.

Преимуществами Wi-Fi являются возможность беспроводного подключения к Интернету с помощью одного роутера сразу нескольких устройств и низкий уровень радиоизлучения, который на порядок меньше, чем у сотовых телефонов в момент их использования.

Ключевые слова:

· скорость передачи данных

· биты в секунду

Скорость передачи данных – важнейшая характеристика линии связи. Изучив этот параграф, вы научитесь решать задачи, связанные с передачей данных по сети.

Единицы измерения

Вспомним, в каких единицах измеряется скорость в уже знакомых нам ситуациях. Для автомобиля скорость – это расстояние, пройденное за единицу времени; скорость измеряется в километрах в час или метрах в секунду. В задачах перекачки жидкости скорость измеряется в литрах в минуту (или в секунду, в час).

Неудивительно, что в задачах передачи данных скоростью будем называть количество данных, переданное по сети за единицу времени (чаще всего – за секунду).

Количество данных можно измерить в любых единицах количества информации: битах, байтах, Кбайтах и др. Но на практике скорость передачи данных чаще всего измеряют в битах в секунду (бит/с).

В скоростных сетях скорость обмена данными может составлять миллионы и миллиарды битов в секунду, поэтому используются кратные единицы: 1 кбит/c (килобит в секунду), 1 Мбит/c (мегабит в секунду) и 1 Гбит/c (гигабит в секунду).

1 кбит/с = 1 000 бит/с 1 Мбит/с = 1 000 000 бит/с 1 Гбит/с = 1 000 000 000 бит/с

Обратите внимание, что здесь приставки «кило-», «мега-» и «гига-» обозначают (как и в международной системе единиц СИ) увеличение ровно в тысячу, миллион и миллиард раз. Напомним, что в традиционных единицах измерения количества информации «кило-» означает увеличение в 1024 раза, «мега-» – в 1024 2 и «гига-» – в 1024 3 .

Задачи

Пусть скорость передачи данных по некоторой сети равна v бит/с. Это значит, что за одну секунду передаётся v битов, а за t секунд – v× t битов.

Задача 1 . Скорость передачи данных по линии связи 80 бит/с. Сколько байтов будет передано за 5 минут?

Решение . Как вы знаете, количество информации рассчитывается по формуле I = v× t . В данном случае v = 80 бит/с и t = 5 мин. Но скорость задана в битах в секунду , а время – в минутах , поэтому для получения правильного ответа нужно минуты перевести в секунды:

t = 5 × 60 = 300 с

и только потом выполнить умножение. Сначала получаем количество информации в битах:

I = 80 бит/c × 300 с = 24000 битов

Затем переводим его в байты:

I = 24000: 8 байтов = 3000 байтов

Ответ: 3000 байт.

Задача 2 . Скорость передачи данных по линии связи 100 бит/с. Сколько секунд потребуется на передачу файла размером 125 байтов?

Решение . Нам известна скорость передачи данных (v = 100 бит/с) и количество информации (I = 125 байтов). Из формулы I = v× t получаем

t = I : v.

Но скорость задана в битах в секунду, а количество информации – в байтах . Поэтому для того, чтобы «состыковать» единицы измерения, нужно сначала перевести количество информации в биты (или скорость в байты в секунду!):

I = 125 × 8 битов = 1000 битов.

Теперь находим время передачи:

t = 1000 : 100 = 10 с.

Ответ: 10 секунд.

Задача 3 . Какова средняя скорость передачи данных (в битах в секунду), если файл размером 200 байтов был передан за 16 с?

Решение . Нам известно количество информации (I = 200 байтов) и время передачи данных (t = 16 с). Из формулы I = v× t получаем

v = I : t.

Но объём файла задан в байтах , а скорость передачи нужно получить в битах в секунду. Поэтому сначала переведём количество информации в биты:

I = 200 × 8 битов = 1600 битов.

Теперь находим среднюю скорость

v = 1600 : 16 = 100 бит/с.

Обратите внимание, что речь идёт именно о средней скорости передачи, потому что во время обмена данными она могла изменяться.

Ответ: 100 бит/с.

1. В каких единицах измеряется скорость передачи данных в компьютерных сетях?

2. Что означают приставки «кило-», «мега-» и «гига-» в единицах измерения скорости передачи данных? Как вы думаете, почему эти приставки не такие, как в единицах измерения количества информации?

3. Какая формула используется для решения задач на скорость передачи данных?

4. Как вы думаете, в чём заключается главная причина ошибок в решении таких задач?

1. Сколько байтов информации будет передано за 24 секунды по линии связи со скоростью 1500 бит в секунду?

2. Сколько байтов информации будет передано за 15 секунд по линии связи со скоростью 9600 бит/c?

3. Сколько байтов информации передается за 16 секунд по линии связи со скоростью 256000 бит в секунду?

4. Сколько секунд потребуется на передачу файла размером 5 Кбайт по линии связи со скоростью 1024 бит/с?

5. Сколько секунд потребуется на передачу файла размером 800 байт по линии связи со скоростью 200 бит/с?

6. Сколько секунд потребуется на передачу файла размером 256 Кбайт по линии связи со скоростью 64 байта в секунду?

7. Книжка, в которой 400 страниц текста (каждая страница содержит 30 строк по 60 символов в каждой), закодирована в 8-битной кодировке. Сколько секунд потребуется для передачи этой книжки по линии связи со скоростью 5 кбит/c?

8. Сколько бит в секунду передается по линии связи, если файл размером 400 байт был передан за 5 с?

9. Сколько бит в секунду передается по линии связи, если файл размером 2 Кбайта был передан за 8 с?

10. Сколько байтов в секунду передается по линии связи, если файл размером 100 Кбайт был передан за 16 с?

Самое важное в главе 1: · Информатика изучает широкий круг вопросов, связанных с автоматической обработкой данных. · Человек получает информацию об окружающем мире с помощью органов чувств. · Данные – это зафиксированная (закодированная) информация. Компьютеры работают только с данными. · Сигнал – это изменение свойств носителя информации. Сообщение – это последовательности сигналов. · Основные информационные процессы – это передача и обработка информации (данных). · Минимальная единица измерения количества информации – это бит. Так называется количество информации, которое можно закодировать с помощью одной двоичной цифры («0» или «1»). · С помощью i битов можно закодировать 2 i разных вариантов. · 1 байт содержит 8 битов. · В единицах измерения количества информации используются двоичные приставки: 1 Кбайт = 2 10 байтов = 1024 байтов 1 Мбайт = 2 20 байтов 1 Гбайт = 2 30 байтов · Информационный объем текста определяется длиной текста и мощностью алфавита. Чем больше символов содержит алфавит, тем больше будет информационный объём одного символа (и текста в целом). · Большинство рисунков кодируется в компьютерах в растровом формате, то есть, в виде набора точек разного цвета (пикселей). Пиксель – это наименьший элемент рисунка, для которого можно задать свой цвет. · Информационный объем рисунка определяется количеством пикселей и количеством используемых цветов. Чем больше цветов используется в рисунке, тем больше будет информационный объём одного пикселя (и рисунка в целом). · Скорость передачи данных обычно измеряется в битах в секунду (бит/с). · В единицах измерения скорости передачи данных используются десятичные приставки: 1 кбит/с = 1 000 бит/c 1 Мбит/с = 1 000 000 бит/c 1 Гбит/с = 1 000 000 000 бит/c

Конечно, вместо 0 и 1 можно использовать два любых знака.

Английское слово bit – это сокращение от выражения binary digit , «двоичная цифра».

Существует и другой тип языков, к которому относятся китайский, корейский, японский языки. В них используются иероглифы , каждый из которых обозначает отдельное слово или понятие.

Английское слово pixel – это сокращение от picture element , элемент рисунка.

- Зачем вам в Решётах нубук?
- Чтоб безразмерно использовать возможности блюпупа, и коммутироваться с другими абонентами по всему региону Россия с помощью Ви-Фи!
(С) Уральские Пельмени

Впервые рабочая группа IEEE 802.11 была анонсирована в 1990 году и вот уже 25 лет идёт непрекращающаяся работа над беспроводными стандартами. Основным трендом является постоянное увеличение скоростей передачи данных. В данной статье я попробую проследить путь развития технологии и показать, за счёт чего обеспечивалось увеличение производительности и чего стоит ждать в ближайшем будущем. Предполагается, что читатель знаком с основными принципами беспроводной связи: видами модуляции, глубиной модуляции, шириной спектра и т.д. и знает основные принципы работы Wi-Fi сетей. На самом деле существует не так много способов увеличения пропускной системы связи и большинство из них было реализовано на разных этапах совершенствования стандартов группы 802.11.

Рассмотрению будут подвергнуты стандарты, определяющие физический уровень, из взаимно совместимой линейки a/b/g/n/aс. Стандарты 802.11af (Wi-Fi на частотах эфирного телевиденья), 802.11ah (Wi-Fi в диапазоне 0.9 МГц, предназначенный для реализации концепции IoT) и 802.11ad (Wi-Fi для скоростной связи периферийных устройств наподобие мониторов и внешних дисков) несовместимы друг с другом, имеют различные сферы применения и не подходят для анализа эволюции технологий передачи данных на большом интервале времени. Кроме того, вне рассмотрения останутся стандарты, определяющие стандарты безопасности (802.11i), QoS (802.11e), роуминга (802.11r) и т.д., так как они только косвенно влияют на скорость передачи данных. Здесь и далее речь идёт о канальной, так называемой брутто-скорости, которая является заведомо большей, чем фактическая скорость передачи данных из-за большого количества служебных пакетов в радиообмене.

Первым стандартом беспроводной связи был 802.11 (без буквы). Он предусматривал два типа среды передачи: радиочастота 2.4 ГГц и инфракрасный диапазон 850-950 нм. ИК-устройства не были широко распространены и в будущем развития не получили. В диапазоне 2.4 ГГц было предусмотрено два способа расширения спектра (расширение спектра является неотъемлемой процедурой в современных системах связи): расширение спектра методом скачкообразного изменения частоты (FHSS) и методом прямой последовательности (DSSS). В первом случае все сети используют одну и ту же полосу частот, но с различными алгоритмами перестроения. Во втором случае уже появляются частотные каналы от 2412 МГц до 2472 МГц с шагом 5 МГц, сохранившиеся по сей день. В качестве расширяющей последовательности используется последовательность Баркера длиной 11 чипов. При этом максимальная скорость передачи данных составляла от 1 до 2 Мбит/с. В то время даже с учётом того, что в самых идеальных условиях полезная скорость передачи данных по Wi-Fi не превышает 50% канальной, такие скорости выглядели весьма привлекательно в сравнении со скоростями модемного доступа к сети Интернет.

Для передачи сигнала в 802.11 использовалась 2-х и 4-х позиционная манипуляция, что обеспечивало работу системы даже в неблагоприятных условиях сигнал/шум и не требовало сложных приёмо-передающих модулей.
Например, для реализации информационной скорости 2 Мбит/с каждый передаваемый символ заменяется на последовательность из 11 символов.

Таким образом чиповая скорость составляет 22 Мбит/с. За один такт передачи передаются 2 бита (4 уровня сигнала). Таким образом скорость манипуляции составляет 11 бод и основной лепесток спектра при этом занимает 22 МГц, величину, которую применительно к 802.11, часто называют шириной канала (на самом деле спектр сигнала является бесконечным).

При этом согласно критерию Найквиста (число независимых импульсов в единицу времени ограничено удвоенной максимальной частотой пропускания канала) для передачи такого сигнала достаточно полосы 5.5 МГц. Теоретически устройства формата 802.11 должны удовлетворительно работать и на каналах, отстоящих друг от друга на 10 МГц (в отличии от более поздних реализаций стандарта, требующих вещания на частотах, отстоящих друг от друга не менее, чем на 20 МГц).

Очень быстро скоростей 1-2 Мбит/с стало не хватать и на смену 802.11 пришёл стандарт 802.11b, в котором скорость передачи данных была увеличена до 5.5, 11 и 22 (опционально) Мбит/с. Увеличение скорости было достигнуто путём уменьшения избыточности помехоустойчивого кодирования с 1/11 до ½ и даже 2/3 за счёт внедрения блочных (CCK) и сверхточных (PBCC) кодов. Кроме того, максимальное число ступеней модуляции было увеличено до 8-и на один передаваемый символ (3 бита на 1 бод). Ширина канала и используемые частоты не изменились. Но при уменьшении избыточности и увеличении глубины модуляции неизбежно выросли требования к соотношению сигнал/шум. Так как увеличение мощности устройств невозможно (ввиду экономии энергии мобильных устройств и законодательных ограничений), то это ограничение проявилось в небольшом сокращении зоны обслуживания на новых скоростях. Площадь обслуживания на унаследованных скоростях 1-2 Мбит/с не изменилась. От способа расширения спектра методом скачкообразной перестройки частоты было решено полностью отказаться. Больше в семействе Wi-Fi он не использовался.

Следующий шаг увеличения скорости до 54 Мбит/с был реализован в стандарте 802.11a (данный стандарт начал разрабатываться раньше, чем стандарт 802.11b, но финальная версия была выпущена позже). Увеличение скорости в основном было достигнуто за счёт увеличения глубины модуляции до 64 уровней на один символ (6 бит на 1 бод). Кроме того, была радикально пересмотрена радиочастотная часть: расширение спектра методом прямой последовательности было заменено на расширение спектра методом разделения последовательного сигнала на параллельные ортогональные поденсущие (OFDM). Использование параллельной передачи на 48 подканалах позволило снизить межсимвольную интерференцию за счёт увеличения длительности отдельных символов. Передача данных осуществлялась в диапазоне 5 ГГц. При этом ширина одного канала составляет 20 МГц.

В отличие от стандартов 802.11 и 802.11b, даже частичное перекрытие этой полосы может привести к ошибкам передачи. К счастью в диапазоне 5 ГГц расстояние между канали составляет эти самые 20 МГц.

Стандарт 802.11g не стал прорывом в плане скорости передачи данных. Фактически этот стандарт стал компиляцией 802.11a и 802.11b в диапазоне 2,4 ГГц: в нём поддерживались скорости обоих стандартов.

Однако данная технология требует высокого качества изготовления радио части устройств. Кроме того, данные скорости принципиально не реализуемы на мобильных терминалах (основной целевой группе стандарта Wi-Fi): наличие 4-х антенн на достаточном разнесении не может быть реализовано в малогабаритных устройствах как по соображениям отсутствия места, так и из-за отсутствия достаточного на 4 приёмопередатчика энергии.

В большинстве случаев скорость 600 Мбит/с является не более, чем маркетинговой уловкой и нереализуема на практике, так как фактически её можно добиться только между стационарными точками доступа, установленными в пределах одной комнаты при хорошем соотношении сигнал/шум.

Следующий шаг в скорости передачи был выполнен стандартом 802.11ac: максимальная скорость, предусмотренная стандартом, составляет до 6,93 Гбит/с, однако фактически такая скорость ещё не достигнута ни на одном оборудовании, представленном на рынке. Увеличение скорости достигнуто за счёт увеличения полосы пропускания до 80 и даже до 160 МГц. Такая полоса не может быть предоставлена в диапазоне 2,4 ГГц, поэтому стандарт 802.11ac функционирует только в диапазоне 5 ГГц. Ещё один фактор увеличения скорости – увеличение глубины модуляции до 256 уровней на один символ (8 бит на 1 бод) К сожалению, такая глубина модуляции может быть получена только вблизи точки из-за повышенных требований к соотношению сигнал/шум. Указанные улучшения позволили добиться увеличения скорости до 867 Мбит/с. Остальное увеличение получено за счёт ранее упомянутых потоков MIMO 8x8:8. 867х8=6,93 Гбит/с. Технология MIMO была усовершенствована: впервые в стандарте Wi-Fi информация в одной сети может передаваться двум абонентам одновременно с использованием различных пространственных потоков.

В более наглядном виде результаты в таблице:

В таблице перечислены основные способы увеличения пропускной способности: «-» - метод не применим, «+» - скорость была увеличена за счёт данного фактора, «=» - данный фактор остался без изменений.

Ресурсы уменьшения избыточности уже исчерпаны: максимальная скорость помехоустойчивого кода 5/6 была достигнута в стандарте 802.11a и с тех пор не увеличивалась. Увеличение глубины модуляции теоретически возможно, но следующей ступенью является 1024QAM, которая является очень требовательной к соотношению сигнал/шум, что предельно снизит радиус действия точки доступа на высоких скоростях. При этом возрастут требования к исполнению аппаратной части приёмопередатчиков. Уменьшение межсимвольного защитного интервала также вряд ли будет направлением совершенствования скорости – его уменьшение грозит увеличением ошибок, вызванных межсимвольной интерференцией. Увеличение полосы канала сверх 160 МГц так же вряд ли возможно, так как возможности по организации непересекающихся сот будут сильно ограничены. Ещё менее реальным выглядит увеличение количества MIMO-каналов: даже 2 канала являются проблемой для мобильных устройств (из-за энергопотребления и габаритов).

Из перечисленных методов увеличения скорости передачи большая часть в качестве расплаты за своё применение забирает полезную площадь покрытия: снижается пропускная способность волн (переход от 2,4 к 5 ГГц) и повышаются требования к соотношению сигнал шум (увеличение глубины модуляции, повышение скорости кода). Поэтому в своём развитии сети Wi-Fi постоянно стремятся к уменьшению площади, обслуживаемой одной точкой в пользу скорости передачи данных.

В качестве доступных направлений совершенствования могут использоваться: динамическое распределение OFDM поднесущих между абонентами в широких каналах, совершенствование алгоритма доступа к среде, направленное на уменьшение служебного траффика и использование техник компенсации помех.

Подводя итог вышесказанному попробую спрогнозировать тенденции развития сетей Wi-Fi: вряд ли в следующих стандартах удастся серьёзно увеличить скорость передачи данных (не думаю, что больше, чем в 2-3 раза), если не произойдёт качественного скачка в беспроводных технологиях: почти все возможности количественного роста исчерпаны. Обеспечить растущие потребности пользователей в передаче данных можно будет только за счёт увеличения плотности покрытия (снижения радиуса действия точек за счёт управления мощностью) и за счёт более рационального распределения существующей полосы между абонентами.

Вообще тенденция уменьшения зон обслуживания, похоже, является основным трендом в современных беспроводных коммуникациях. Некоторые специалисты считают, что стандарт LTE достиг пика своей пропускной способности и не сможет далее развиваться по фундаментальным причинам, связанным с ограниченностью частотного ресурса. Поэтому в западных мобильных сетях развиваются технологии оффлоада: при любом удобном случае телефон подключается к Wi-Fi от того же оператора. Это называют одним из основных способов спасения мобильного Интернета. Соответственно роль Wi-Fi сетей с развитием сетей 4G не только не падает, а возрастает. Что ставит перед технологией всё новые и новые скоростные вызовы.