Единица измерения скорости передачи данных. Большая энциклопедия нефти и газа. Хронология мировых рекордов скоростей передачи данных

Что же такое скорость интернета и в каких единицах измерения измеряется скорость интернет соединения: биты или может быть байты?

Скорость интернета представляет собой максимальное число данных, принятых персональным компьютером (ПК) либо переданных в Сеть за определённую единицу времени. Если посмотреть на изменение скорости передачи данных, то чаще всего можно встретить: в килобитах/секунду (Кб/сек; Кбит/сек), либо в мегабитах (Мб/сек; Мбит/сек). Размер каких-либо файлов всегда указывается в байтах, Кбайтах, Мбайтах и Гбайтах.

Все мы знаем, что 1 байт - это 8 бит, Если скорость Вашего интернет соединения равна 100 Мбит/сек, то следуя из расчетов (100/8=12.5), можно сделать вывод что компьютер за одну секунду может передать или принять не более 12.5 Мбайт информации. Если размер файла который Вы хотите скачать равен 1.5 Гбайт, то на процесс скачивания Вы затратите не более двух минут.

От чего же всё-таки зависит скорость интернет соединения?

В первую очередь скорость интернет соединения зависит от Вашего тарифного плана, который Вам установил интернет провайдер . Так же на скорость влияет технология канала передачи информации и загруженность Сети другими пользователями. Если ограничить общую пропускную возможность канала, то тогда чем больше пользователей находится в Сети и чем больше они скачивают файлов и информации, тем больше падает скорость соединения, так как остается меньше "свободного места" в Сети.

Во-вторых есть зависимость от скорости загрузки сайтов на которых Вы находитесь. Например, если на момент загрузки сервер может отдавать пользователю данные со скоростью не менее 10 Мбит/сек, то даже если Вы подключены к максимальному тарифному плану, большего Вы можете не ждать.

Факторы, которые влияют на скорость интернета :

1. При проверке, скорость сервера, к которому вы обращаетесь.

2. Скорость и настройки Вашего Wi-Fi роутера.

3. Все работающие на компьютере программы и приложения в момент проверки.

4. Также брандмауэры и антивирусы работающие в фоновом режиме.

5. Настройки Вашей операционной системы (ОС) и самого компьютера.

Как можно увеличить скорость Вашего интернет соединения?

1. Вредоносное или нежелательное программное обеспечение, оно может повлиять в первую очередь на снижение скорости интернет соединения.

2. Вирусы, черви и троянские программы, которые случайным образом попали в Ваш компьютер, могут забирать часть пропускной возможности канала. Для решения этой проблемы необходимо использовать антивирусные программы, которые будут бороться с заражением Вашего ПК.

3. Когда Вы используете Wi-Fi который не защищен паролем, Вы тоже подвергаете себя риску, так как к нему обычно подключаются другие пользователи. Поэтому на Wi-Fi необходимо устанавливать пароль.

4. Также снижают скорость интернет соединения параллельно работающие программы, потому что они приводят к увеличению нагрузки процессора, поэтому скорость резко снижается.

Некоторые действия способны увеличить скорость интернет соединения, например:

1. Увеличение пропускной скорости порта. Это в том случае если у Вас подключено высокое интернет соединение, а скорость резко упала. Зайдите в меню "Пуск", далее "Панель управления" потом в «Система» и в раздел "Оборудование", после этого кликните по "Диспетчеру устройств". Находите «Порты (COM либо LPT)», затем разворачиваете их содержимое и отыскиваете "Последовательный порт (СОМ 1)". После этого нужно кликнуть правой кнопкой мышки и открыть "Свойства". После этого откроется окно, в котором нужно перейти в графу "Параметры порта". После того как открылось окно, нажимаем параметр "Скорость" (бит в секунду) и кликаем на цифру 115200 - далее ОК! После всех этих действий пропускная скорость порта увеличена. Поскольку по молчанию установлена скорость - 9600 бит/сек.

2. Также для увеличения скорости можно попробовать отключить планировщик пакетов QoS. Для этого нужно запустить утилиту gpedit.msc. В "Пуске" выполнить поиск - gpedit.msc. Далее нужно нажать "Конфигурация компьютера" после "Административные шаблоны". Потом зайти в "Сеть", далее "Планировщик пакетов QoS". Далее нужно "Ограничить резервируемую пропускную способность" потом "Включить" и выставить 0%. Нажимаем "Применить" и перезагружаем компьютер.

3.Перезагрузите маршрутизатор. Перезапуск модема или маршрутизатора поможет решить многие проблемы с соединением. Отключите, подождите 30 секунд и снова включите его.

Вот эти действия, в некоторых случаях, помогут Вам увеличить скорость.

29 апреля 2016 22:29

Каждый тип интернета имеет свои особенности и физическую природу, а соответственно и различные причины падения скорости. Сразу скажем, что для стрим-видео и игра типа GTA http://gta-gaming.ru/index/gta_kriminalnaja_rossija_skachat/0-26 нужен кабельный интернет.

Мобильный интернет

Как самый неустойчивый можно назвать мобильный интернет. Все мы знакомы с ним на практике и можем это подтвердить. Сигнал 3G действительно хороший, позволяет закачивать музыку, видео. Но довольно нестабильный в силу особенностей сигнала мобильного интернета – он есть не везде, карта покрытия касается больше крупных городов и пригородов, имеет чисто технические ограничения.

Кабельный интернет

Скорость кабельной связи вроде бы должна быть стабильной. Но на самом деле пользователи замечают колебания, а иногда и временную пропажу связи. Чем это объяснить? Во-первых, скорость будет зависеть от вашего оборудования. То есть насколько хорошо подобрано оборудование по своим техническим характеристикам и будет определять качество интернет-связи. Кроме этого еще необходимо, чтобы работы по проведению сетевых коммуникаций были выполнены качественно (скорость падает, если сетевой кабель имеет некачественные соединения). Сетевой адаптер в компьютере должен отвечать новейшим требованиям, если вы хотите успевать за развитием технологий. Также выбор роутера и свича сопряжен с некоторыми вопросами подбора по нужным техническим характеристикам.

Беспроводной интернет WIFI

На скорость беспроводного интернета влияет не только оборудование. Если у вас проведен сетевой кабель в квартиру и установлен роутер для раздачи wifi, то во многом скорость будет зависеть от выбора роутера, его настроек. Но разберем все детально и по порядку.

Что влияет на скорость беспроводного интернета

Обратите внимание, на каком стандарте wifi работает ваш роутер. Также важно, чтобы сетевой адаптер в вашем ноутбуке был если не новой модели, то по крайней мере не старой. Некоторые стандарты уже могут быть устаревшими, что снижает скорость. Например, если адаптер на вашем компьютере имеет стандарт 802.11g, то скорость может существенно снизится – до 15 – 20 Мбит/с (квартирный wifi).
Если ваш роутер поддерживает частоту 5 Ггц, то вы можете ускорить передачу данных. Обычно роутеры настраивают для работы на частоте 2.4 Ггц. Скорость беспроводной связи можно увеличить простым способом, если перейти на частоту 5 Ггц (принимающий адаптер также должен поддерживать эту частоту). Дело в том, что в бытовых условиях мало роутеров поблизости будет работать на этой же частоте, то есть шумы будут минимальны, а значит качество сигнала повысится.
Хорошо, если вы работаете в сети в той же комнате, где стоит роутер. Более мощное wifi оборудование потребуется, если роутер стоит за стеной или за двумя. Если стены толстые или помещение более 50 кв. метров, то мощность роутера необходима повыше. Иногда лучше взять несколько роутеров и оборудовать несколько wifi спотов.
Не устанавливайте роутер в закрытом шкафчике, а тем более в металлическом щитке или за железной дверью. Металл усложняет прохождение сигнала, а скорость падает до предельных значений.
Если работать в диапазоне 2.4 Ггц, могут наблюдаться помехи от соседних wifi сетей. Даже если вы решили не переходить на другой частотный диапазон, то в настройках роутера найдите наименее загруженный канал. Но при сильно загруженных каналах лучше приобрести роутер, который будет мощнее или же будет поддерживать два частотных диапазона – 2.4 и 5 Ггц.

Что зависит от провайдера?

Провайдер гарантирует определенную скорость и прописывает это в договоре с вами. Эту скорость он просчитывает в зависимости от своих возможностей, а именно, что влияет на скорость и зависит только от провайдера:
Загруженность предоставляемых пользователям каналов.
Качество кабеля, который проведен до квартир пользователей, а также качество и надежность всех кабельных соединений.
Качество всего провайдерского оборудования, которое находится на узлах, а также от оборудования, которое возможно провайдер вам выделяет для пользования. Сюда же относится сетевое оборудование, которое вы берете в аренду у провайдера.

Параметры, зависящие от абонента

• Есть параметры, которые зависят только от абонента, то есть от вас. Перечислим:
• Качество приобретаемого в магазине сетевого оборудования (сетевые адаптеры и роутер).
• Качество кабельных соединений, надежность интернет-розеток, качество кабеля.
• Технические параметры компьютера или ноутбука (любого устройства, в том числе и мобильного). Поддерживает ли сетевой адаптер на этом устройстве стандарт wifi 802.11n.
• Программное обеспечение, которое способно влиять прямым или непрямым способом на скорость передачи данных (антивирус, torrent-клиент). Соответственно, на компьютере не должны находится вредоносные программы, вирусов, трояны - они способны тормозить передачу данных.

Неуправляемые параметры

• Загруженность интернет-серверов, их мощность.
• Качество тех каналов передачи, которые относятся ко всемирной сети интернет и находятся за пределами сети вашего провайдера (кабеля, которые связывают континенты и пр.).
• Помехи от соседних wifi – сигналов, а также размещение роутера относительно природных и других ограничений (стены, двери), расстояние до роутера. Мощность передатчиков в вашем роутере должна соответствовать размеру помещения.
• Обычно скорость, которую предлагает и гарантирует среднестатистический провайдер – 100Мбит/c. При желании вы можете найти возможность за дополнительную плату повысить скорость в 2 и больше раз. Однако, предлагаемая скорость более чем достаточна для стандартных задач, работы, развлечений.

Как проверить скорость передачи данных?

Чтобы самому протестировать скорость интернета, можно воспользоваться интернет-сервисами, они довольно популярны. Только измеряйте скорость непосредственно от кабеля, который идет от вашего провайдера, чтобы точно знать скорость, которую обеспечивает вам ваш оператор. Далее можете проверить скорость на вашем ноуте или компьютере – так вы будет знать где именно вы теряете в скорости. Имейте в виду, что разница в 5 Мбит/с, если сравнить тесты на различных сайта будут считатся в пределах нормы. Это обусловлено особенностями работы этих сервисов.

Детальнее о стандартах wifi

Иногда случается, что человек покупает роутер, на коробке которого написано, что он поддерживает скорость 150 Мбит/с или даже больше. Но в результате скорость передачи данных около 20 Мбит/с. Причина кроется в стандартах. Если подключение осуществляется по стандарту 802.11g (таково ваше хоть одно устройство), то пропускная способность будет максимум 54 Мбит/с.
Стандарт 802.11n дает пропускную скорость до 150 Мбит/с. «До» означает, что реально этой скорости не достичь, так как ее часть пойдет на нужды сети, так сказать. На практике цифры будут ближе к 90 Мбит/с или даже 50 Мбит/c. В первом случае с предыдущим стандартом также реальная скорость будет не 54 Мбит/с, а всего лишь около 23 Мбит/с.
Если ли роутеры с такими стандартами, чтобы скорость была повыше? Есть, и это дорогие модели роутеров. Они могут давать скорости более 100 Мбит/с.
Иногда пользователи думают, что при наведении мышей на значок компьютера в трее показываемая скорость 100 Мбит/с означает реальную скорость связи. На самом же деле это указатель максимально возможной скорости, на которую способно ваше оборудование. В данном случае сетевой адаптер компьютера или ноутбука. То есть эта цифра никак не связана со скоростью интернета от вашего провайдера, ваш компьютер не замеряет эту скорость. Ее измерить вы можете на специальных веб-сервисах.

Какой кабель лучше: медная витая пара или оптоволоконный кабель?

Пропускная способность этих двух кабелей на малых расстояниях примерно одинаковая. Обычно провайдер тянет к вашему дому оптоволоконный кабель, а разводку по квартирам делает уже из медной витой пары. Для расстояний до 100 метров витая пара зарекомендовала себя хорошо: можно получить скорости 200 – 1000 Мбит/с. Это при условии, если использовать все 8 жил кабеля, а также подключить его к гигабитному порту. 4-жильный медный провод дает возможность получить скорость 100 Мбит/с. Этой скорости вполне достаточно для работы и развлечений.
Итак, для расстояний до 100 метров используют медную витую пару из 4 жил, для расстояний свыше 100 метров используют оптоволоконный кабель.

Почему нельзя разводку по квартирам делать из оптоволокна

• Он легко повреждается, и требует замены.
• Если у одного пользователя неисправное оборудование по приему сигнала, то это дает фоновый шум на весь дом. Из-за этого абоненты на этой линии не могут работать.
• С оптоволокном сложнее осуществить защиту персональных данных.

Общая информация

В большинстве случаев в сетях информация передается последовательно. Биты данных поочередно передаются по каналу связи, кабельному или беспроводному. На Рисунке 1 изображена последовательность бит, передаваемая компьютером или какой-либо другой цифровой схемой. Такой сигнал данных часто называют исходным. Данные представлены двумя уровнями напряжения, например, логической единице соответствует напряжение +3 В, а логическому нулю - +0.2 В. Могут использоваться и другие уровни. В формате кода без возврата к нулю (NRZ) (Рисунок 1) сигнал не возвращается к нейтральному положению после каждого бита, в отличие от формата с возвращением к нулю (RZ).

Битрейт

Скорость передачи данных R выражается в битах в секунду (бит/с или bps). Скорость является функцией продолжительности существования бита или времени бита (T B) (Рисунок 1):

Эту скорость называют также шириной канала и обозначают буквой C. Если время бита равно 10 нс, то скорость передачи данных определится как

R = 1/10 × 10 - 9 = 100 млн. бит/с

Обычно это записывается как 100 Мб/с.

Служебные биты

Битрейт, как правило, характеризует фактическую скорость передачи данных. Однако в большинстве последовательных протоколов данные являются только частью более сложного кадра или пакета, включающего в себя биты адреса источника, адреса получателя, обнаружения ошибок и коррекции кода, а также прочую информацию или биты управления. В кадре протокола данные называются полезной информацией (payload). Биты, не являющиеся данными, называются служебными (overhead). Иногда количество служебных бит может быть существенным - от 20% до 50%, в зависимости от общего числа полезных бит, передаваемых по каналу.

К примеру, кадр протокола Ethernet, в зависимости от количества полезных данных, может иметь до 1542 байт или октетов. Полезных данных может быть от 42 до 1500 октетов. При максимальном числе полезных октетов служебных будет только 42/1542, или 2.7%. Их было бы больше, если полезных байт было бы меньше. Это соотношение, известное также под названием эффективность протокола, обычно выражают в процентах количества полезных данных от максимального размера кадра:

Эффективность протокола = количество полезных данных/размер кадра = 1500/1542 = 0.9727 или 97.3%

Как правило, чтобы показать истинную скорость передачи данных по сети, фактическая скорость линии увеличивается на коэффициент, зависящий от количества служебной информации. В One Gigabit Ethernet фактическая скорость линии равна 1.25 Гб/с, тогда как скорость передачи полезных данных составляет 1 Гб/с. Для 10-Gbit/s Ethernet эти величины равны, соответственно, 10.3125 Гб/с и 10 Гб/с. При оценке скорости передачи данных по сети также могут использоваться такие понятия, как пропускная способность, скорость передачи полезных данных или эффективная скорость передачи данных.

Скорость передачи в бодах

Термин «бод» происходит от фамилии французского инженера Эмиля Бодо (Emile Baudot), который изобрел 5-битовый телетайпный код. Скорость передачи в бодах выражает количество изменений сигнала или символа за одну секунду. Символ - это одно из нескольких изменений напряжения, частоты или фазы.

Двоичный формат NRZ имеет два представляемых уровнями напряжения символа, по одному на каждый 0 или 1. В этом случае скорость передачи в бодах или скорость передачи символов - то же самое, что и битрейт. Однако на интервале передачи можно иметь более двух символов, в соответствии с чем на каждый символ отводится несколько бит. При этом данные по любому каналу связи могут передаваться только с помощью модуляции.

Когда средство передачи не может обработать исходный сигнал, на первый план выходит модуляция. Конечно, речь идет о беспроводных сетях. Исходные двоичные сигналы не могут передаваться непосредственно, они должны переноситься на несущую радиочастоту. В некоторых протоколах кабельной передачи данных также применяется модуляция, позволяющая повысить скорость передачи. Это называется «широкополосной передачей».
Выше: модулирующий сигнал, исходный сигнал

Используя составные символы, в каждом можно передавать по несколько бит. Например, если скорость передачи символов равна 4800 бод, и каждый символ состоит из двух бит, полная скорость передачи данных будет 9600 бит/с. Обычно количество символов представляется какой-либо степенью числа 2. Если N - количество бит в символе, то число требуемых символов будет S = 2N. Таким образом, полная скорость передачи данных:

R = скорость в бодах × log 2 S = скорость в бодах × 3.32 log 1 0 S

Если скорость в бодах равна 4800, и на символ отводится два бита, количество символов 22 = 4.

Тогда битрейт равен:

R = 4800 × 3.32log(4) = 4800 × 2 = 9600 бит/с

При одном символе на бит, как в случае с двоичным форматом NRZ, скорости передачи в битах и бодах совпадают.

Многоуровневая модуляция

Высокий битрейт можно обеспечить многими способами модуляции. Например, при частотной манипуляции (FSK) в каждом символьном интервале для представления логических 0 и 1 обычно используются две различные частоты. Здесь скорость передачи в битах равна скорости передачи в бодах. Но если каждый символ представляет два бита, то требуются четыре частоты (4FSK). В 4FSK скорость передачи в битах в два раза превышает скорость в бодах.

Еще одним распространенным примером является фазовая манипуляция (PSK). В двоичной PSK каждый символ представляет 0 или 1. Двоичному 0 соответствует 0°, а двоичной 1 - 180°. При одном бите на символ скорость в битах равна скорости в бодах. Однако соотношение числа бит и символов несложно увеличить (см. Таблицу 1).

Таблица 1.	Двоичная фазовая манипуляция.
Биты Фазовый сдвиг (градусов)

Например, в квадратурной PSK на один символ приходится два бита. При использовании такой структуры и двух бит на бод скорость передачи в битах превышает скорость в бодах в два раза. При трех битах на один бод модуляция получит обозначение 8PSK, и восемь различных фазовых сдвигов будут представлять три бита. А при 16PSK 16 фазовых сдвигов представляют 4 бита.

Одной из уникальных форм многоуровневой модуляции является квадратурная амплитудная модуляция (QAM). Для создания символов, представляющих множество битов, QAM использует комбинацию различных уровней амплитуд и смещений фаз. Например, 16QAM кодирует четыре бита на символ. Символы представляют собой сочетание различных уровней амплитуды и фазовых сдвигов.

Для наглядного отображения амплитуды и фазы несущей для каждого значения 4-битного кода используется квадратурная диаграмма, имеющая также романтическое название «сигнальное созвездие» (Рисунок 2). Каждая точке соответствует определенная амплитуда несущей и фазовый сдвиг. В общей сложности 16 символов кодируются четырьмя битами на символ, в результате чего битрейт превышает скорость передачи в бодах в 4 раза.

Почему несколько бит на бод?

Передавая больше одного бита на бод можно отправлять данные с высокой скоростью по более узкому каналу. Следует напомнить, что максимально возможная скорость передачи данных определяется пропускной способностью канала передачи.
Если рассмотреть наихудший вариант чередования нулей и единиц в потоке данных, то максимальная теоретическая скорость передачи C в битах для данной полосы пропускания B будет равна:

Или полоса пропускания при максимальной скорости:

Для передачи сигнала со скоростью 1 Мб/с требуется:

B = 1/2 = 0.5 МГц или 500 кГц

При использовании многоуровневой модуляции с несколькими битами на символ максимальная теоретическая скорость передачи данных будет равна:

Здесь N - количество символов в символьном интервале:

log 2 N = 3.32 log10N

Полоса пропускания, требуемая для обеспечения желаемой скорости при заданном количестве уровней, вычисляется следующим образом:

Например, полоса пропускания, необходимая для достижения скорости передачи 1 Мб/с при двух битах на один символ и четырех уровнях, может быть определена как:

log 2 N = 3.32 log 10 (4) = 2

B = 1/2(2) = 1/4 = 0.25 МГц

Количество символов, необходимых для получения желаемой скорости передачи данных в фиксированной полосе пропускания, может быть вычислено как:

3.32 log 10 N = C/2B

Log 10 N = C/2B = C/6.64B

N = log-1 (C/6.64B)

Используя предыдущий пример, количество символов, необходимых для передачи со скоростью 1 Мб/с по каналу 250 кГц, определится следующим образом:

log 10 N = C/6.64B = 1/6.64(0.25) = 0.60

N = log-1 (0.602) = 4 символа

Эти расчеты предполагают, что в канале отсутствуют шумы. Для учета шума нужно применить теорему Шеннона-Хартли:

C = B log 2 (S/N + 1)

C -пропускная способность канала в битах в секунду,
В - полоса пропускания канала в герцах,
S/N -отношение сигнал/шум.

В форме десятичного логарифма:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1)

Какова максимальная скорость в канале 0.25 МГц с отношением S/N равным 30 дБ? 30 дБ переводится в 1000. Следовательно, максимальная скорость:

C = 3.32B log 10 (S/N + 1) = 3.32(0.25) log 10 (1001) = 2.5 Мб/с

Теорема Шеннона-Хартли конкретно не утверждает, что для достижения этого теоретического результата должна применяться многоуровневая модуляция. Используя предыдущую процедуру, можно узнать, сколько бит требуется на один символ:

log 10 N = C/6.64B = 2.5/6.64(0.25) = 1.5

N = log-1 (1.5) = 32 символа

Использование 32 символов подразумевает пять бит на символ (25 = 32).

Примеры измерения скорости передачи в бодах

Практически все высокоскоростные соединения используют какие-либо формы широкополосной передачи. В Wi-Fi в схемах модуляции с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) применяются QPSK, 16QAM и 64QAM.

То же самое верно для WiMAX и технологии сотовой связи Long-Term Evolution (LTE) 4G. Передаче сигналов аналогового и цифрового телевидения в системах кабельноого ТВ и высокоскоростного доступ в Интернет основана на 16QAM и 64QAM, в то время как в спутниковой связи используют QPSK и различные версии QAM.

Для систем наземной мобильной радиосвязи, обеспечивающих общественную безопасность, недавно были приняты стандарты модуляции речевой информации и данных с помощью 4FSK. Этот сужающий полосу пропускания способ разработан для сокращения полосы с 25 кГц на канал до 12.5 кГц, и, в конечном счете, до 6.25 кГц. В результате в том же спектральном диапазоне можно разместить больше каналов для других радиостанций.

Телевидение высокой четкости в США использует метод модуляции, называемый eight-level vestigial sideband (8-уровневая передача сигналов с частично подавленной боковой полосой), или 8VSB. В этом методе отводится три бита на символ при 8 уровнях амплитуды, что позволяет передавать 10,800 тыс. символов в секунду. При 3 битах на символ полная скорость будет равна 3 × 10,800,000 = 32.4 Мб/с. В сочетании с методом VSB, который передает только одну полную боковую полосу частот и часть другой, видео- и аудиоданные высокой четкости могут передаваться по телевизионному каналу шириной 6 МГц.

Думаете, скорость вашего широкополосного подключения к интернету быстрая? Осторожно, после прочтения данной статьи ваше отношение к слову "быстро" относительно передачи данных может сильно измениться. Представьте объем вашего жесткого диска на компьютере и определитесь, какая скорость его заполнения является быстрой -1 Гбит/с или может быть 100 Гбит/с, тогда 1 терабайтный диск заполнится уже через 10 сек? Если бы книга рекордов Гиннеса констатировала рекорды по скорости передачи информации, то ей бы пришлось обработать все приведенные далее эксперименты.

В конце ХХ в., то есть еще относительно недавно, скорости в магистральных каналах связи не превышали десятков Гбит/с. В то же время пользователи интернета с помощью телефонных линий и модемов наслаждались скоростью в десятки килобит в секунду. Интернет был по карточкам и цены за услугу были немаленькие - тарифы приводились, как правило, в у.е. На загрузку одной картинки порой даже уходило несколько часов и как точно подметил один из пользователей интернета того времени: "Это был интернет, когда за одну ночь можно было только несколько женщин в интернете посмотреть". Такая скорость передачи данных медленная? Возможно. Однако стоит помнить, что все в мире относительно. Например, если бы сейчас был 1839 г., то неким подобием интернета для нас бы представляла самая протяженная в мире оптическая телеграфная линии связи Петербург-Варшава. Длина этой линии связи для ХIХ века кажется просто заоблачной - 1200 км, состоит она из 150 ретранслирующих транзитных вышек. Любой гражданин может воспользоваться этой линией и послать "оптическую" телеграмму. Скорость "колоссальная" - 45 символов на расстояние 1200 км можно передать всего за 22 минуты, никакая конная почтовая связь здесь и рядом не стояла!

Вернемся в ХХI век и посмотрим, что в сравнении с описанными выше временами мы сегодня имеем. Минимальные тарифы у крупных провайдеров проводного интернета исчисляются уже не единицами, а несколькими десятками Мбит/с; смотреть видео с разрешением менее 480pi мы не уже хотим, такое качество картинки нас уже не устраивает.

Посмотрим среднюю скорость интернета в разных странах мира. Представленные результаты составлены CDN-провайдером Akamai Technologies. Как видно, даже в республике Парагвай уже в 2015 году средняя скорость соединения по стране превышала 1.5 Мбит/с (кстати, Парагвай имеет близкий для нас русских по транслитерации домен - *.py).

На сегодняшний день средняя скорость интернет соединений в мире составляет 6.3 Мбит/с . Наибольшая средняя скорость наблюдается в Южной Корее 28.6 Мбит/с, на втором месте Норвегия -23.5 Мбит/с, на третьем Швеция - 22.5 Мбит/с. Ниже приведена диаграмма, показывающая среднюю скорость интернета по лидирующим в этом показателе странам на начало 2017 года.

Хронология мировых рекордов скоростей передачи данных

Поскольку сегодня неоспоримым рекордсменом по дальности и скорости передачи являются волоконно-оптические системы передачи, акцент будет делаться именно на них.

С каких скоростей все начиналось? После многочисленных исследований в период с 1975 по 1980 гг. появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система, работающая с излучением на длине волны 0,8 мкм на полупроводниковом лазере на основе арсенида галлия.

22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с . При такой скорости, можно организовать одновременную передачу до 94 простейших цифровых телефонных каналов.

Максимальная скорость оптических систем передачи в экспериментальных исследовательских установках этого времени доходило до 45 Мбит/с , максимальное расстояние между регенераторами - 10 км .

В начале 1980-х передача светового сигнала проходила в многомодовых волокнах уже на длине волны 1,3 мкм с помощью InGaAsP-лазеров. Максимальная скорость передачи была ограничена значением 100 Мбит/с вследствие дисперсии.

При использовании одномодовых ОВ в 1981 году при лабораторных испытаниях добились рекордной для того времени скорости передачи 2 Гбит/с на расстоянии 44 км .

Коммерческое внедрение таких систем в 1987 году обеспечивало скорость до 1,7 Гбит/с с протяженностью трассы 50 км .

Как можно было заметить, оценивать рекорд системы связи стоит не только по скорости передачи, здесь также крайне важно на какое расстояние данная система способна обеспечить данную скорость. Поэтому для характеристики систем связи обычно пользуются произведением общей пропускной способности системы B [бит/с] на ее дальность L [км].

В 2001 году при применении технологии спектрального уплотнения была достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40 Гбит/с), но дальность передачи была ограничена значением 117 км (B∙L = 1278 Тбит/с∙км).

В этом же году был проведен эксперимент по организации 300 каналов со скоростью 11,6 Гбит/с каждый (общая пропускная способность 3.48 Тбит/с ), длина линии составила свыше 7380 км (B∙L = 25 680 Тбит/с∙км).

В 2002 г. была построена межконтинентальная оптическая линия протяженностью 250 000 км с общей пропускной способностью 2.56 Тбит/с (64 WDM канала по 10 Гбит/с, трансатлантический кабель содержал 4 пары волокон).

Теперь с помощью единственного оптоволокна можно одновременно передавать 3 миллиона! телефонных сигналов или 90 000 сигналов телевидения.

В 2006 г. Nippon Telegraph и Telephone Corporation организовали скорость передачи 14 триллион бит в секунду (14 Тбит/с ) по одному оптическому волокну при длине линии 160 км (B∙L = 2240 Тбит/с∙км).

В этом эксперименте они публично продемонстрировали передачу за одну секунду 140 цифровых HD фильмов. Величина 14 Тбит/с появилась в результате объединения 140 каналов по 111 Гбит/с каждый. Использовалось мультиплексирование с разделением по длине волны, а также поляризационное уплотнение.

В 2009 г. Bell Labs достигли параметра B∙L = 100 пета бит в секунду умножить на километр, преодолев, таким образом, барьер в 100 000 Тбит/с∙км.

Для достижения таких рекордных результатов исследователи из лаборатории Bell Labs в Villarceaux, Франция, использовали 155 лазеров, каждый из которых работает на своей частоте и осуществляет передачу данных на скорости 100 Гигабит в секунду. Передача осуществлялась через сеть регенераторов, среднее расстояние между которыми составляло 90 км. Мультиплексирование 155 оптических канала по 100 Гбит/с позволило обеспечить общую пропускную способность 15,5 Тбит/с на расстоянии 7000 км . Чтобы осмыслить значение этой скорости, представьте, что идет передача данных из Екатеринбурга во Владивосток со скоростью 400 DVD-дисков в секунду.

В 2010 г. NTT Network Innovation Laboratories добились рекорда скорости передачи 69.1 терабит в секунду по одному 240-километровому оптическому волокну. Используя технологию волнового мультиплексирования (WDM), они мультиплексировали 432 потока (частотный интервал составил 25 ГГц) с канальной скоростью 171 Гбит/с каждый.

В эксперименте применялись когерентные приемники, усилители с низким уровнем собственных шумов и с ультра-широкополосным усилением в С и в расширенном L диапазонах. В сочетании с модуляцией QAM-16 и поляризационного мультиплексирования, получилось достичь значения спектральной эффективности 6.4 бит/с/Гц.

На графике ниже видна тенденция развития волоконно-оптических систем связи на протяжении 35 лет с начала их появления.

Из данного графика возникает вопрос: "а что дальше?" Каким образом можно еще в разы повысить скорость и дальность передачи?

В 2011 г. мировой рекорд пропускной способности установила компания NEC, передав более 100 терабит информации в секунду по одному оптическому волокну. Этого объема данных, переданного за 1 секунду, достаточно, чтобы просматривать HD фильмы непрерывно в течение трех месяцев. Или это эквивалентно передаче за секунду содержимого 250 двухсторонних Blu-ray дисков.

101,7 терабит были переданы за секунду на расстояние 165 километров с помощью мультиплексирования 370 оптических каналов, каждый из которых имел скорость 273 Гбит/с.

В этом же году National Institute of Information and Communications Technology (Токио, Япония) сообщил о достижении 100-терабного порога скорости передачи посредством применения многосердцевинных ОВ. Вместо того чтобы использовать волокно только с одной световедущей жилой, как это происходит современных коммерческих сетях, команда использовали волокно с семью сердцевинами. По каждой из них осуществлялась передача со скоростью 15.6 Тбит/с, таким образом, общая пропускная способность достигла 109 терабит в секунду.

Как заявили тогда исследователи, использование многосердцевинных волокон пока является достаточно сложным процессом. Они имеют большое затухание и критичны к взаимным помехам, поэтому сильно ограничены по дальности передачи. Первое применение таких 100 терабитных систем будет внутри гигантских центров обработки данных компаний Google, Facebook и Amazon.

В 2011 г. команда ученых из Германии из технологического института Karlsruhe Institute of Technology (KIT) без использования технологии xWDM передала данные по одному ОВ со скоростью 26 терабит в секунду на расстояние 50 км . Это эквивалентно передачи в одном канале одновременно 700 DVD-дисков в секунду или 400 миллионов телефонных сигналов.

Начали появляться новые услуги, такие как облачные вычисления, трехмерное телевидение высокой четкости и приложения виртуальной реальности, что опять требовало беспрецедентной высокой емкости оптического канала. Для решения этой проблемы исследователи из Германии продемонстрировали применение схемы оптического быстрого преобразования Фурье для кодирования и передачи потоков данных со скоростью 26.0 Тбит/с. Для организации такой высокой скорости передачи была использована не просто классическая технология xWDM, а оптическое мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и соответственно декодирование оптических OFDM потоков.

В 2012 г. японская корпорация NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) и три ее партнера: фирма Fujikura Ltd., университет Hokkaido University и университет Technical University of Denmark установили мировой рекорд пропускной способности, передав 1000 терабит (1 Пбит / с ) информации в секунду по одному оптическому волокну на расстояние 52.4 км . Передача одного петабита в секунду эквивалентна передаче 5000 двухчасовых HD фильмов за одну секунду.

С целью значительного улучшения пропускной способности оптических коммуникационных систем, было разработано и протестировано волокно с 12-тью сердцевинами, расположенных особым образом в виде соты. В данном волокне благодаря его особой конструкции взаимные помехи между соседними сердцевинами, которые обычно являются главной проблемой в обычных многосердцевинных ОВ, значительно подавлены. В результате применения поляризационного мультиплексирования, технологии xWDM, квадратурной амплитудной модуляции 32-QAM и цифрового когерентного приема, ученые успешно повысили эффективность передачи в расчете на одну сердцевину более чем в 4 раза, в сравнении с предыдущими рекордами для многосердцевинных ОВ.

Пропускная способность составила 84.5 терабит в секунду на одну сердцевину (скорость канала 380 Гбит/с х 222 каналов). Общая пропускная способность на одно волокно составила 1.01 петабит в секунду (12 х 84.5 терабит).

Также в 2012 г. немного позднее исследователи из лаборатории NEC в Принстоне, Нью-Джерси, США, и Нью-Йоркского научно-исследовательского центра Corning Inc., успешно продемонстрировали сверхвысокую скорость передачи данных со скоростью 1.05 петабит в секунду. Данные передавались с помощью одного многосердцевинного волокна, которое состояло из 12 одномодовых и 2 маломодовых сердцевин.

Данное волокно было разработано исследователями Corning. Объединив технологии спектрального и поляризационного разделения с пространственным мультиплексированием и оптической системы MIMO, а также используя многоуровневые форматы модуляции, исследователи в результате достигли общей пропускной способности 1.05 Пбит/с, поставив, таким образом, новый мировой рекорд самой высокой скорости передачи по одному оптическому волокну.

Летом 2014 года рабочая группа в Дании, используя новое волокно, предложенное японской компанией Telekom NTT, установила новый рекорд -организовав с помощью одного лазерного источникаскорость в 43 Тбит/с . Сигнал от одного лазерного источника передавался по волокну с семью сердцевинами.

Команда Датского технического университета совместно с NTT и Fujikura ранее уже достигала самой высокой в мире скорости передачи данных в 1 петабит в секунду. Однако тогда были использованы сотни лазеров. Сейчас же рекорд в 43 Тбит/с был достигнут с помощью одного лазерного передатчика, что делает систему передачи более энергоэффективной.

Как мы убедились, в связи есть свои интересные мировые рекорды. Для новичков в этой области стоит отметить, что многие представленные цифры до сих пор не встречаются повсеместно в коммерческой эксплуатации, поскольку были достигнуты в научных лабораториях в единичных экспериментальных установках. Однако и сотовый телефон когда-то был прототипом.

Чтобы не перегружать ваш носитель информации, пока остановим текущий поток данных.

Продолжение следует…

Под термином “информация ” понимают различные сведения, которые поступают к получателю. В литературе встречается наиболее часто следующее определение информации: информация – это сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования. Это могут быть сведения о результатах измерения, наблюдения за каким-либо объектом и т.п. В дальнейшем нас будут интересовать лишь вопросы, связанные с информацией как объектом передачи.

Сообщение является формой представления информации. Одно и то же сведение может быть представлено в различной форме. Например, сведение о часе приезда вашего приятеля может быть передано по телефону или же в виде телеграммы. В первом случае мы имеем дело с информацией, представленной в непрерывном виде (непрерывное сообщение). Во втором случае – с информацией, представленной в дискретном виде (дискретное сообщение). При передаче сведений по телеграфу информация заложена в буквах, из которых составлены слова, и цифрах. Очевидно, что на конечном отрезке времени число букв или цифр конечное. Это и является отличительной особенностью дискретного или счетного сообщения. В то же время число различных возможных значений звукового давления, измеренное при разговоре, даже на конечном отрезке времени будет бесконечным. В современных цифровых системах телефонной связи в канал связи передаются кодовые комбинации, несущие информацию об отсчетах квантованного аналогового сигнала. Следовательно, такой телефонный квантованный сигнал относится к классу дискретных, и поэтому будем в дальнейшем рассматривать только вопросы передачи дискретных сообщений. В случае телефонной связи под сообщением будем понимать некоторую последовательность отсчетов квантованного аналогового сигнала, передаваемую в канале связи в виде последовательности кодовых комбинаций.

К числу основных информационных характеристик сообщений относятся количество информации в отдельных сообщениях, энтропия и производительность источника сообщений.

Количество информации в сообщении (символе) определяется в битах – единицах измерения количества информации. Чем меньше вероятность появления того или иного сообщения, тем большее количество информации мы извлекаем при его получении. Если в памяти источника имеется два независимых сообщения (а 1 и а 2) и первое из них выдается с вероятностью =1, то сообщение а 1 не несет информации, ибо оно заранее известно получателю.

Было предложено определять количество информации, которое приходится на одно сообщение a i , выражением

.

С реднее количество информации Н(А), которое приходится на одно сообщение, поступающее от источника без памяти, получим, применив операцию усреднения по всему объему алфавита:

. (2.1)

Выражение (2.1) известно как формула Шеннона для энтропии источника дискретных сообщений. Энтропия – мера неопределенности в поведении источника дискретных сообщений. Энтропия равна нулю, если с вероятностью единица источником выдается всегда одно и то же сообщение (в этом случае неопределенность в поведении источника сообщений отсутствует). Энтропия максимальна, если символы источника появляются независимо и с одинаковой вероятностью.

Определим энтропию источника сообщений, если К = 2 и . Тогда

Отсюда 1 бит – это количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника состоит из двух равновероятных символов.

Если в предыдущем примере взять , то Н(А) < 1 бит/сообщ. Таким образом, один бит – максимальное среднее количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника включает два независимых символа.

Среднее количество информации, выдаваемое источником в единицу времени, называют производительностью источника

(бит/с). (2.2)

где Т – среднее время, отводимое на передачу одного символа (сообщения).

Для определения количества единичных элементов, передаваемых в одну секунду ввели понятие скорость модуляции (телеграфирования):

В=1/t (Бод)

Для каналов передачи дискретных сообщений вводят аналогичную характеристику – скорость передачи информации по каналу R (бит/с). Она определяется количеством бит, передаваемых в секунду. Максимально возможное значение скорости передачи информации по каналу называется пропускной способностью канала:

где 2D F – полоса пропускания канала,

Р с – мощность сигнала,

Р п – мощность помехи.

Сообщение, поступающее от источника, преобразуется в сигнал, который является его переносчиком в системах электросвязи.

Рис. 2.2. Принцип передачи сообщений

Система электросвязи обеспечивает доставку сигнала из одной точки пространства в другую с заданными качественными показателями. Схема передачи сообщений, в состав которой входят преобразователи сообщение–сигнал–сообщение, приведена на рис. 2.2.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения понятиям “информация”, “сообщение”.
2. Как измеряется количество информации?
3. Определить энтропию источника вырабатывающего независимые символы а 1 и а 2 , если р(а 1) = 0,3. Сравнить полученное значение с вариантом, когда р(а 1) = р(а 2) = 0,5.

Список литературы

1. Кох Р., Яновский Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. – М.: Радио и связь, 2001. – 280 с.
2. Концепция развития рынка телекоммуникационных услуг Российской Федерации. “СвязьИнформ”, 2001, № 10. с. 9-32.