บ่งชี้ถึงปริมาณงาน ความจุเฉลี่ยของสายสื่อสาร แบนด์วิธเครือข่ายประสาทเทียม

ปริมาณงานเป็นลักษณะสากลที่อธิบายจำนวนหน่วยสูงสุดของวัตถุที่ผ่านช่องสัญญาณโหนดส่วน คุณลักษณะนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยคนให้สัญญาณ พนักงานขนส่ง ระบบไฮดรอลิกส์ เลนส์ เสียง และวิศวกรรมเครื่องกล ทุกคนให้คำจำกัดความของตัวเอง โดยปกติแล้วจะลากเส้นโดยใช้หน่วยเวลา เชื่อมโยงความหมายทางกายภาพกับความเร็วของกระบวนการอย่างชัดเจน ช่องทางการสื่อสารส่งข้อมูล ดังนั้นลักษณะของปริมาณงานคือบิตเรต (บิต/วินาที, บอด)

หน่วย

บิต/วินาทีมาตรฐานมักถูกเสริมด้วยคำนำหน้า:

1. กิโล: kbps = 1,000 bps
2. เมกะ: Mbps = 1,000,000 bps
3. Giga: Gbit/s = 1 พันล้านบิต/วินาที
4. เทรา: Tbit/s = 1 ล้านล้าน ต่อวินาที
5. เพต้า: Pbit/s = 1 สี่ล้านล้านบิต/วินาที

ขนาดไบต์ถูกใช้ไม่บ่อย (1B = 8 บิต) โดยทั่วไปค่าจะอ้างอิงถึงเลเยอร์ฟิสิคัลของลำดับชั้น OSI ความจุของช่องสัญญาณส่วนหนึ่งถูกพรากไปโดยข้อตกลงของโปรโตคอล: ส่วนหัว, บิตเริ่มต้น... บอดใช้สำหรับวัดความเร็วมอดูเลต ซึ่งแสดงจำนวนสัญลักษณ์ต่อหน่วยเวลา สำหรับระบบไบนารี่ (0, 1) แนวคิดทั้งสองมีค่าเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ระดับการเข้ารหัสที่มีลำดับสัญญาณรบกวนเทียมจะเปลี่ยนความสมดุลของพลังงาน มีบอดน้อยลงที่บิตเรตเดียวกัน ความแตกต่างจะถูกกำหนดโดยฐานของสัญญาณที่ซ้อนทับ ขีดจำกัดบนที่ทำได้ตามทฤษฎีของอัตราการมอดูเลตนั้นสัมพันธ์กับความกว้างสเปกตรัมของช่องสัญญาณตามกฎหมาย Nyquist:

บอด ≤ 2 x ความกว้าง (Hz)

ในทางปฏิบัติ เกณฑ์ดังกล่าวจะบรรลุได้โดยการปฏิบัติตามเงื่อนไข 2 ประการพร้อมกัน:

• การมอดูเลตแถบข้างเดียว
• การเข้ารหัสเชิงเส้น (ฟิสิคัล)

ช่องทางเชิงพาณิชย์แสดงปริมาณงานเพียงครึ่งเดียว เครือข่ายจริงยังส่งเฟรมบิตซึ่งเป็นข้อมูลการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ซ้ำซ้อน อย่างหลังนี้ใช้กับโปรโตคอลไร้สายและสายทองแดงความเร็วสูงพิเศษเป็นสองเท่า ส่วนหัวของแต่ละเลเยอร์ OSI ที่ตามมาจะลดปริมาณงานของช่องสัญญาณจริงอย่างต่อเนื่อง

ผู้เชี่ยวชาญแยกกันกำหนดค่าสูงสุด - ตัวเลขที่ได้รับโดยใช้เงื่อนไขในอุดมคติ ความเร็วการเชื่อมต่อจริงถูกกำหนดโดยอุปกรณ์พิเศษหรือน้อยกว่าโดยซอฟต์แวร์ เมตรออนไลน์มักจะแสดงค่าที่ไม่สมจริงซึ่งอธิบายสถานะของสาขาเดียวของเวิลด์ไวด์เว็บ การขาดมาตรฐานทำให้เกิดความสับสน บางครั้งบิตเรตหมายถึงความเร็วทางกายภาพ บ่อยครั้งน้อยกว่า – ความเร็วเครือข่าย (ลบจำนวนข้อมูลบริการ) ค่ามีความเกี่ยวข้องดังนี้:

ความเร็วเครือข่าย = ความเร็วจริง x ความเร็วโค้ด

ค่าหลังคำนึงถึงความสามารถในการแก้ไขข้อผิดพลาดซึ่งน้อยกว่าหนึ่งเสมอ ความเร็วเครือข่ายต่ำกว่าความเร็วจริงอย่างแน่นอน ตัวอย่าง:

1. ความเร็วเครือข่ายของโปรโตคอล IEEE 802.11a คือ 6..54 Mbit/s บิตเรตที่แท้จริง – 12..72 Mbit/s
2. ความเร็วในการส่งข้อมูลจริงของ 100Base-TX Ethernet คือ 125 Mbps ด้วยระบบการเข้ารหัส 4B5B ที่นำมาใช้ อย่างไรก็ตาม เทคนิคการปรับเชิงเส้นของ NRZI ที่ใช้ทำให้สามารถระบุอัตราสัญลักษณ์ที่ 125 Mbaud ได้
3. Ethernet 10Base-T ไม่มีรหัสแก้ไขข้อผิดพลาด ความเร็วเครือข่ายเท่ากับความเร็วจริง (10 Mbit/s) อย่างไรก็ตาม รหัสแมนเชสเตอร์ที่ใช้จะกำหนดค่าสัญลักษณ์สุดท้ายให้กับ 20 Mbaud
4. ความไม่สมดุลของความเร็วของแชนเนลอัปสตรีม (48 กิโลบิต/วินาที) และดาวน์สตรีม (56 กิโลบิต/วินาที) ของโมเด็มเสียง V.92 เป็นที่รู้จักกันดี เครือข่ายการสื่อสารเซลลูล่าร์หลายรุ่นทำงานในลักษณะเดียวกัน

ความจุของช่องสัญญาณมีชื่อว่า Shannon ซึ่งเป็นขีดจำกัดบนทางทฤษฎีของบิตเรตเครือข่ายในกรณีที่ไม่มีข้อผิดพลาด

ทฤษฎีการเพิ่มขีดความสามารถ

ทฤษฎีสารสนเทศได้รับการพัฒนาโดย Claude Shannon โดยสังเกตความน่าสะพรึงกลัวของสงครามโลกครั้งที่สอง แนะนำแนวคิดเกี่ยวกับความจุของช่องสัญญาณ และพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ การจำลองเส้นที่เชื่อมต่อประกอบด้วยสามช่วงตึก:

1. เครื่องส่ง.
2. ช่องสัญญาณรบกวน (มีแหล่งสัญญาณรบกวน)
3. ผู้รับ

ข้อมูลที่ส่งและรับจะแสดงด้วยฟังก์ชันการแจกแจงแบบมีเงื่อนไข แบบจำลองตัวเก็บประจุของแชนนอนอธิบายด้วยกราฟ ตัวอย่าง Wikipedia ให้ภาพรวมของสื่อที่มีคุณลักษณะของสัญญาณที่ต้องการแยกกันห้าระดับ เสียงรบกวนจะถูกเลือกจากช่วงเวลา (-1..+1) จากนั้นความจุของช่องสัญญาณจะเท่ากับผลรวมของสัญญาณที่มีประโยชน์และโมดูโลการรบกวน 5 ค่าผลลัพธ์มักจะเป็นเศษส่วน ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะกำหนดขนาดของข้อมูลที่ส่งในตอนแรก (ปัดขึ้นหรือลง)

ค่าที่อยู่ห่างกันออกไป (เช่น 1; 3) ไม่สามารถสับสนได้ แต่ละชุดประกอบด้วยข้อความที่สามารถแยกแยะได้ตั้งแต่สามข้อความขึ้นไป เสริมด้วยข้อความคลุมเครือหนึ่งข้อความ แม้ว่าความจุปกติของช่องสัญญาณจะอนุญาตให้ส่ง 5 ค่าพร้อมกันได้ แต่คู่ที่อนุญาตให้เข้ารหัสข้อความโดยไม่มีข้อผิดพลาดก็มีประสิทธิภาพ หากต้องการเพิ่มระดับเสียง ให้ใช้ชุดค่าผสมต่อไปนี้: 11, 23, 54, 42 ระยะโค้ดของลำดับจะมากกว่าสองเสมอ ดังนั้นการรบกวนจึงไม่มีประสิทธิภาพเพื่อป้องกันการรับรู้ชุดค่าผสมที่ถูกต้อง การทำมัลติเพล็กซ์สามารถทำได้ โดยเพิ่มปริมาณงานของช่องทางการสื่อสารอย่างมาก

ค่าที่ไม่ต่อเนื่องห้าค่าจะรวมกันด้วยกราฟด้านเท่า ปลายขอบบ่งบอกถึงคู่ของค่าที่ผู้รับอาจสับสนเนื่องจากมีเสียงรบกวน จากนั้นจำนวนชุดค่าผสมจะแสดงด้วยชุดอิสระของกราฟที่ประกอบขึ้น กราฟิกชุดนี้ประกอบขึ้นโดยการรวมกันซึ่งไม่รวมจุดทั้งสองของขอบด้านเดียว แบบจำลองของแชนนอนสำหรับสัญญาณห้าระดับประกอบด้วยคู่ของค่าเท่านั้น (ดูด้านบน) ความสนใจคำถาม!

• การคำนวณทางทฤษฎีที่ซับซ้อนเกี่ยวข้องกับหัวข้อที่กล่าวถึงเกี่ยวกับความจุของช่องสัญญาณอย่างไร

สิ่งที่ตรงไปตรงมาที่สุด ระบบส่งข้อมูลรหัสดิจิทัลระบบแรก Green Bumblebee (สงครามโลกครั้งที่สอง) ใช้สัญญาณ 6 ระดับ การคำนวณทางทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์ทำให้พันธมิตรได้รับการสื่อสารที่เข้ารหัสที่เชื่อถือได้ ทำให้พวกเขาจัดการประชุมได้มากกว่า 3,000 ครั้ง ยังไม่ทราบความซับซ้อนในการคำนวณของกราฟแชนนอน พวกเขาพยายามที่จะได้รับความหมายในลักษณะวงเวียน และดำเนินคดีต่อไปเมื่อคดีมีความซับซ้อนมากขึ้น เราถือว่าหมายเลข Lovas เป็นตัวอย่างที่มีสีสันของสิ่งที่กล่าวไว้

บิตเรต

ความจุของช่องสัญญาณจริงคำนวณตามทฤษฎี แบบจำลองทางเสียงถูกสร้างขึ้น เช่น การบวกเกาส์เซียน และได้รับการแสดงออกของทฤษฎีบทแชนนอน-ฮาร์ตลีย์:

C = B log2 (1 + S/N)

B – แบนด์วิดท์ (Hz); S/N – อัตราส่วนสัญญาณ/เสียงรบกวน ลอการิทึมฐาน 2 ช่วยให้คุณคำนวณบิตเรต (บิต/วินาที) ขนาดของสัญญาณและเสียงจะเขียนเป็นหน่วยตารางโวลต์หรือวัตต์ การแทนที่เดซิเบลให้ผลลัพธ์ที่ผิด สูตรสำหรับเครือข่ายไร้สายแบบเพียร์ทูเพียร์นั้นแตกต่างกันเล็กน้อย นำความหนาแน่นสเปกตรัมของสัญญาณรบกวนคูณด้วยแบนด์วิธ แยกนิพจน์สำหรับช่องสัญญาณที่จางเร็วและช้า

ไฟล์มัลติมีเดีย

สำหรับแอปพลิเคชันด้านความบันเทิง บิตเรตจะแสดงจำนวนข้อมูลที่จัดเก็บและเล่นทุกๆ วินาที:

1. อัตราการสุ่มตัวอย่างข้อมูลจะแตกต่างกันไป
2. ตัวอย่างขนาดต่างๆ (บิต)
3. บางครั้งมีการเข้ารหัส
4. อัลกอริธึมเฉพาะทางบีบอัดข้อมูล

เลือกค่าเฉลี่ยสีทองที่ช่วยลดบิตเรตให้เหลือน้อยที่สุดและทำให้มั่นใจในคุณภาพที่ยอมรับได้ บางครั้งการบีบอัดจะบิดเบือนวัสดุต้นทางอย่างถาวรด้วยเสียงการบีบอัด บ่อยครั้งที่ความเร็วจะแสดงจำนวนบิตต่อหน่วยเวลาของเสียงหรือวิดีโอที่กำลังเล่น (แสดงโดยเครื่องเล่น) บางครั้งค่าจะคำนวณโดยการหารขนาดไฟล์ด้วยระยะเวลาทั้งหมด เนื่องจากระบุมิติข้อมูลเป็นไบต์ จึงป้อนตัวคูณ 8 บ่อยครั้งบิตเรตมัลติมีเดียจะผันผวน อัตราเอนโทรปีเรียกว่าอัตราขั้นต่ำที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเก็บรักษาวัสดุดั้งเดิมอย่างสมบูรณ์

ซีดี

มาตรฐานซีดีเพลงกำหนดให้สตรีมต้องส่งที่ความถี่สุ่มตัวอย่าง 44.1 kHz (ความลึก 16 บิต) เพลงสเตอริโอทั่วไปประกอบด้วยสองช่องสัญญาณ (ลำโพงซ้าย, ขวา) บิตเรตเพิ่มเป็นสองเท่าเป็นโมโน ปริมาณงานของช่องสัญญาณมอดูเลตรหัสพัลส์ถูกกำหนดโดยนิพจน์:

• บิตเรต = อัตราการสุ่มตัวอย่าง x ความลึก x จำนวนช่องสัญญาณ

มาตรฐานซีดีเพลงให้ตัวเลขสุดท้ายที่ 1.4112 Mbit/s การคำนวณอย่างง่ายแสดงให้เห็นว่า: การบันทึก 80 นาทีใช้พื้นที่ 847 MB ​​ไม่รวมส่วนหัว ขนาดไฟล์ใหญ่จะกำหนดความจำเป็นในการบีบอัดเนื้อหา นี่คือหมายเลขรูปแบบ MP3:

• 32 กิโลบิต/วินาที – ยอมรับได้สำหรับคำพูดที่ชัดแจ้ง
• 96 kbps – การบันทึกคุณภาพต่ำ
• .160 kbit/s ถือเป็นระดับที่อ่อนแอ
• 192 kbps เป็นสิ่งที่อยู่ระหว่างนั้น
• 256 kbps เป็นค่าปกติสำหรับแทร็กส่วนใหญ่
• 320 kbps – คุณภาพระดับพรีเมียม

เห็นผลชัดเจน ลดความเร็วในขณะที่เพิ่มคุณภาพการเล่น ตัวแปลงสัญญาณโทรศัพท์ที่ง่ายที่สุดใช้เวลา 8 kbit/s, Opus - 6 kbit/s วิดีโอมีความต้องการมากขึ้น การสตรีม Full HD แบบไม่บีบอัด 10 บิต (24 เฟรม) จะใช้ความเร็ว 1.4 Gbps ความจำเป็นที่ผู้ให้บริการจะต้องดำเนินการเกินกว่าบันทึกที่กำหนดไว้ก่อนหน้านี้อย่างต่อเนื่องมีความชัดเจน การรับชมวันอาทิตย์สำหรับครอบครัวขั้นพื้นฐานวัดจากประสบการณ์โดยรวมของผู้ชม เป็นการยากที่จะอธิบายให้คนที่คุณรักทราบว่าข้อผิดพลาดในการแปลงภาพเป็นดิจิทัลคืออะไร

กำลังสร้างช่องทางจริง จัดหาแหล่งจ่ายที่มั่นคง เหตุผลที่คล้ายกันนี้อยู่เบื้องหลังความก้าวหน้าของมาตรฐานสื่อดิจิทัล Dolby Digital (1994) ให้ไว้อย่างชัดเจนสำหรับการสูญเสียข้อมูล การแสดงครั้งแรกของ Batman Returns (1992) เล่นจากฟิล์ม 35 มม. ที่มีเสียงบีบอัด (320 kbps) เฟรมวิดีโอถูกถ่ายโอนโดยเครื่องสแกน CCD และอุปกรณ์ก็แยกเสียงออกมาตลอดทาง เมื่อติดตั้งระบบดิจิตอลเซอร์ราวด์ 5.1 ห้องโถงจำเป็นต้องมีการประมวลผลสตรีมแบบดิจิทัลเพิ่มเติม

ระบบจริงมักถูกสร้างขึ้นโดยชุดของช่องสัญญาณ ปัจจุบันความเก๋ไก๋ในอดีตถูกแทนที่ด้วย Dolby Surround 7.1 และ Atmos ก็ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น เทคโนโลยีที่เหมือนกันสามารถนำไปใช้ได้ในรูปแบบดั้งเดิมเกือบทั้งหมด ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างเสียงแปดแชนเนล (7.1):

• ระบบเสียงดอลบี้ดิจิตอลพลัส (3/1.7Mbps)
• Dolby TrueHD (18 เมกะบิต/วินาที)

แบนด์วิธที่ระบุจะแตกต่างกันไป

ตัวอย่างความจุของช่อง

ลองพิจารณาวิวัฒนาการของเทคโนโลยีการส่งข้อมูลดิจิทัล

โมเด็ม

1. คู่อะคูสติก (1972) – 300 บอด
2. โมเด็ม Vadik&Bell 212A (1977) – 1200 บอด
3. ช่อง ISDN (1986) – 2 ช่อง 64 kbit/s (ความเร็วรวม – 144 kbit/s)
4. 32bis (1990) – สูงสุด 19.2 กิโลบิต/วินาที
5. 34 (1994) – 28.8 กิโลบิตต่อวินาที
6. 90 (1995) – 56 kbit/s ดาวน์สตรีม, 33.6 kbit/s อัพสตรีม
7. 92 (1999) – 56/48 kbps ดาวน์สตรีม/อัปสตรีม
8. ADSL (1998) – สูงสุด 10 Mbit/s
9. ADSL2 (2003) – สูงสุด 12 Mbit/s
10. ADSL2+ (2005) – สูงสุด 26 Mbit/s
11. VDSL2 (2005) – 200 เมกะบิต/วินาที
12. เร็ว (2014) – 1 Gbit/s

อีเทอร์เน็ตแลน

1. เวอร์ชันทดลอง (1975) – 2.94 Mbit/s
2. 10BASES (1981, สายโคแอกเชียล) – 10 Mbit/s
3. 10BASE-T (1990, สายคู่บิดเกลียว) – 10 Mbit/s
4. ฟาสต์อีเธอร์เน็ต (1995) – 100 Mbit/s
5. กิกะบิตอีเทอร์เน็ต (1999) – 1 Gbit/s
6. 10 กิกะบิตอีเทอร์เน็ต (2546) – 10 Gbit/s
7. 100 กิกะบิตอีเทอร์เน็ต (2010) – 100 Gbit/s

อินเตอร์เน็ตไร้สาย

1. IEEE 802.11 (1997) – 2 เมกะบิต/วินาที
2. IEEE 802.11b (1999) – 11 เมกะบิต/วินาที
3. IEEE 802.11a (1999) – 54 เมกะบิต/วินาที
4. IEEE 802.11g (2003) – 54 เมกะบิต/วินาที
5. IEEE 802.11n (2007) – 600 เมกะบิต/วินาที
6. IEEE 802.11ac (2012) – 1,000 Mbps

เซลล์

1. รุ่นแรก:
   1. NMT (1981) – 1.2 กิโลบิต/วินาที
2. 2จี:
   1. GSM CSD, D-AMPS (1991) – 14.4 กิโลบิต/วินาที
   2. EDGE (2003) – 296/118.4 กิโลบิตต่อวินาที
3. 3จี:
   1. UMTS-FDD (2001) – 384 กิโลบิต/วินาที
   2. UMTS HSDPA (2007) – 14.4 Mbit/s
   3. UMTS HSPA (2008) – 14.4/5.76 Mbit/s
   4. HSPA+ (2009) – 28/22 Mbit/s
   5. CDMA2000 EV-DO รายได้ B (2010) – 14.7 เมกะบิต/วินาที
   6. HSPA+ MIMO (2011) – 42 เมกะบิต/วินาที
4. 3จี+:
   1. IEEE 802.16e (2007) – 144/35 เมกะบิต/วินาที
   2. LTE (2009) – 100/50 Mbit/s
5. 4จี:
   1. LTE-A (2012) – 115 เมกะบิต/วินาที
   2. WiMAX 2 (2011-2013, IEEE 802.16m) – 1 Gbit/s (สูงสุดจากวัตถุคงที่)

ปัจจุบันญี่ปุ่นกำลังเปิดตัวการสื่อสารเคลื่อนที่รุ่นที่ 5 ซึ่งเพิ่มขีดความสามารถในการส่งแพ็คเกจดิจิทัล

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ความสามารถของอินเทอร์เน็ตก็ขยายออกไปเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ผู้ใช้สามารถใช้ประโยชน์จากสิ่งเหล่านี้ได้อย่างเต็มที่ จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อที่เสถียรและความเร็วสูง ประการแรก ขึ้นอยู่กับปริมาณงานของช่องทางการสื่อสาร ดังนั้นจึงจำเป็นต้องค้นหาวิธีวัดความเร็วการถ่ายโอนข้อมูลและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความเร็วดังกล่าว

ความจุของช่องทางการสื่อสารคืออะไร?

เพื่อทำความคุ้นเคยและเข้าใจคำศัพท์ใหม่ คุณจำเป็นต้องรู้ว่าช่องทางการสื่อสารคืออะไร พูดง่ายๆ ก็คือ ช่องทางการสื่อสารคืออุปกรณ์และวิธีการส่งผ่านข้อมูลในระยะไกล ตัวอย่างเช่น การสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์ดำเนินการโดยใช้เครือข่ายใยแก้วนำแสงและเคเบิล นอกจากนี้ วิธีการสื่อสารทั่วไปคือผ่านช่องสัญญาณวิทยุ (คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกับโมเด็มหรือเครือข่าย Wi-Fi)

แบนด์วิธคือความเร็วสูงสุดของการส่งข้อมูลในหน่วยเวลาหนึ่งๆ

โดยทั่วไป หน่วยต่อไปนี้ใช้เพื่อระบุปริมาณงาน:

การวัดแบนด์วิธ

การวัดปริมาณงานเป็นการดำเนินการที่ค่อนข้างสำคัญ ดำเนินการเพื่อค้นหาความเร็วที่แน่นอนของการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตของคุณ การวัดสามารถทำได้โดยใช้ขั้นตอนต่อไปนี้:

• วิธีที่ง่ายที่สุดคือการดาวน์โหลดไฟล์ขนาดใหญ่และส่งไปที่อีกด้านหนึ่ง ข้อเสียคือไม่สามารถระบุความแม่นยำของการวัดได้
• นอกจากนี้ คุณสามารถใช้ทรัพยากร speedtest.net ได้ บริการนี้ช่วยให้คุณวัดความกว้างของช่องอินเทอร์เน็ต "นำ" ไปยังเซิร์ฟเวอร์ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่เหมาะสำหรับการวัดแบบองค์รวมเช่นกัน โดยบริการจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับสายทั้งหมดไปยังเซิร์ฟเวอร์ และไม่เกี่ยวกับช่องทางการสื่อสารเฉพาะ นอกจากนี้ วัตถุที่กำลังวัดไม่สามารถเข้าถึงอินเทอร์เน็ตทั่วโลกได้
• ทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการวัดคือ Iperf ยูทิลิตี้ไคลเอนต์-เซิร์ฟเวอร์ ช่วยให้คุณสามารถวัดเวลาและจำนวนข้อมูลที่ถ่ายโอนได้ หลังจากการดำเนินการเสร็จสิ้น โปรแกรมจะจัดทำรายงานให้กับผู้ใช้

ด้วยวิธีการข้างต้น คุณสามารถวัดความเร็วที่แท้จริงของการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตของคุณได้โดยไม่มีปัญหาใด ๆ หากค่าที่อ่านได้ไม่ตรงกับความต้องการในปัจจุบันของคุณ คุณอาจต้องพิจารณาเปลี่ยนผู้ให้บริการ

การคำนวณแบนด์วิธ

ในการค้นหาและคำนวณความจุของสายสื่อสาร จำเป็นต้องใช้ทฤษฎีบทแชนนอน-ฮาร์ตลีย์ ข้อความระบุว่า: คุณสามารถค้นหาปริมาณงานของช่องทางการสื่อสาร (สาย) ได้โดยการคำนวณความสัมพันธ์ร่วมกันระหว่างปริมาณงานที่เป็นไปได้ รวมถึงแบนด์วิดท์ของสายการสื่อสาร สูตรการคำนวณปริมาณงานมีดังนี้:

I=Glog 2 (1+A s /A n)

ในสูตรนี้ แต่ละองค์ประกอบมีความหมายของตัวเอง:

• ฉัน- หมายถึงพารามิเตอร์ปริมาณงานสูงสุด
• ช- พารามิเตอร์ของแบนด์วิธที่มีไว้สำหรับการส่งสัญญาณ
• เช่น/ หนึ่ง- อัตราส่วนสัญญาณรบกวนต่อสัญญาณ

ทฤษฎีบทแชนนอน-ฮาร์ตลีย์แนะนำว่าเพื่อลดเสียงรบกวนจากภายนอกหรือเพิ่มความแรงของสัญญาณ ควรใช้สายเคเบิลขนาดกว้างในการรับส่งข้อมูล

วิธีการส่งสัญญาณ

ปัจจุบันมีสามวิธีหลักในการส่งสัญญาณระหว่างคอมพิวเตอร์:

• การส่งสัญญาณผ่านเครือข่ายวิทยุ
• การส่งข้อมูลผ่านสายเคเบิล
• การส่งข้อมูลผ่านการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสง

แต่ละวิธีเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะของช่องทางการสื่อสารซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

ข้อดีของการส่งข้อมูลผ่านช่องสัญญาณวิทยุ ได้แก่ ความหลากหลายในการใช้งาน ความง่ายในการติดตั้ง และการกำหนดค่าของอุปกรณ์ดังกล่าว ตามกฎแล้วเครื่องส่งวิทยุจะใช้ในการรับและวิธีการ อาจเป็นโมเด็มสำหรับคอมพิวเตอร์หรืออะแดปเตอร์ Wi-Fi

ข้อเสียของวิธีการส่งสัญญาณนี้ ได้แก่ ความเร็วที่ไม่เสถียรและค่อนข้างต่ำ การพึ่งพาเสาวิทยุสูง รวมถึงต้นทุนการใช้งานที่สูง (อินเทอร์เน็ตบนมือถือมีราคาแพงกว่าอินเทอร์เน็ตแบบ "คงที่" เกือบสองเท่า)

ข้อดีของการส่งข้อมูลผ่านสายเคเบิลคือ: ความน่าเชื่อถือ ความสะดวกในการใช้งาน และการบำรุงรักษา ข้อมูลถูกส่งผ่านกระแสไฟฟ้า ในทางกลับกัน กระแสไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าหนึ่งจะเคลื่อนที่จากจุด A ไปยังจุด B โดย A จะถูกแปลงเป็นข้อมูลในภายหลัง สายไฟสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การดัดงอ และความเค้นเชิงกลได้เป็นอย่างดี ข้อเสียได้แก่ ความเร็วไม่เสถียร รวมถึงการเชื่อมต่อที่ลดลงเนื่องจากฝนหรือพายุฝนฟ้าคะนอง

บางทีเทคโนโลยีการรับส่งข้อมูลที่ทันสมัยที่สุดในขณะนี้ก็คือการใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสง หลอดแก้วเล็กๆ หลายล้านหลอดถูกนำมาใช้ในการออกแบบช่องสัญญาณสื่อสารของเครือข่ายช่องสัญญาณสื่อสาร และสัญญาณที่ส่งผ่านนั้นเป็นพัลส์แสง เนื่องจากความเร็วแสงสูงกว่าความเร็วปัจจุบันหลายเท่าเทคโนโลยีนี้จึงทำให้สามารถเร่งความเร็วการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตได้หลายร้อยเท่า

ข้อเสีย ได้แก่ ความเปราะบางของสายไฟเบอร์ออปติก ประการแรก ไม่สามารถทนต่อความเสียหายทางกลได้: ท่อที่แตกหักไม่สามารถส่งสัญญาณแสงผ่านตัวมันเองได้ และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันทำให้เกิดการแตกร้าว การแผ่รังสีพื้นหลังที่เพิ่มขึ้นทำให้หลอดขุ่น - ด้วยเหตุนี้สัญญาณจึงอาจลดลง นอกจากนี้สายไฟเบอร์ออปติกหากขาดจะซ่อมแซมได้ยากจึงต้องเปลี่ยนใหม่ทั้งหมด

ข้อมูลข้างต้นแสดงให้เห็นว่าเมื่อเวลาผ่านไป ช่องทางการสื่อสารและเครือข่ายช่องทางการสื่อสารได้รับการปรับปรุง ซึ่งส่งผลให้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลเพิ่มขึ้น

ความจุเฉลี่ยของสายสื่อสาร

จากที่กล่าวมาข้างต้นสรุปได้ว่าช่องทางการสื่อสารมีคุณสมบัติแตกต่างกันซึ่งส่งผลต่อความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูล ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ช่องทางการสื่อสารอาจเป็นแบบมีสาย ไร้สาย หรือขึ้นอยู่กับการใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสง การสร้างเครือข่ายข้อมูลประเภทสุดท้ายมีประสิทธิภาพมากที่สุด และความจุช่องทางการสื่อสารโดยเฉลี่ยคือ 100 Mbit/s

จังหวะคืออะไร? อัตราบิตวัดได้อย่างไร?

อัตราบิตคือการวัดความเร็วการเชื่อมต่อ คำนวณเป็นบิต ซึ่งเป็นหน่วยจัดเก็บข้อมูลที่เล็กที่สุด ต่อ 1 วินาที มันมีอยู่ในช่องทางการสื่อสารในยุคของ "การพัฒนาขั้นต้น" ของอินเทอร์เน็ต: ในเวลานั้นไฟล์ข้อความส่วนใหญ่จะถูกส่งบนเว็บทั่วโลก

ปัจจุบันหน่วยวัดพื้นฐานคือ 1 ไบต์ ในทางกลับกันจะเท่ากับ 8 บิต ผู้ใช้ระดับเริ่มต้นมักทำผิดพลาดร้ายแรง: พวกเขาสับสนระหว่างกิโลบิตและกิโลไบต์ นี่คือจุดที่ความสับสนเกิดขึ้นเมื่อช่องที่มีแบนด์วิดท์ 512 kbps ไม่เป็นไปตามความคาดหวังและสร้างความเร็วเพียง 64 KB/s เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน คุณต้องจำไว้ว่าหากใช้บิตเพื่อระบุความเร็ว รายการจะถูกสร้างขึ้นโดยไม่มีตัวย่อ: bit/s, kbit/s, kbit/s หรือ kbps

ปัจจัยที่ส่งผลต่อความเร็วอินเทอร์เน็ต

ดังที่คุณทราบ ความเร็วสุดท้ายของอินเทอร์เน็ตขึ้นอยู่กับแบนด์วิธของช่องทางการสื่อสาร ความเร็วของการถ่ายโอนข้อมูลยังได้รับผลกระทบจาก:

• วิธีการเชื่อมต่อ

คลื่นวิทยุ เคเบิล และเคเบิลใยแก้วนำแสง คุณสมบัติ ข้อดี และข้อเสียของวิธีการเชื่อมต่อเหล่านี้ได้ถูกกล่าวถึงข้างต้น

• โหลดเซิร์ฟเวอร์

ยิ่งเซิร์ฟเวอร์มีงานยุ่งมากเท่าใด เซิร์ฟเวอร์ก็จะยิ่งรับหรือส่งไฟล์และสัญญาณช้าลงเท่านั้น

• การรบกวนจากภายนอก

การรบกวนมีผลกระทบมากที่สุดต่อการเชื่อมต่อที่ทำโดยใช้คลื่นวิทยุ สาเหตุนี้มีสาเหตุมาจากโทรศัพท์มือถือ วิทยุ และเครื่องรับและส่งสัญญาณวิทยุอื่นๆ

• สถานะของอุปกรณ์เครือข่าย

แน่นอนว่าวิธีการเชื่อมต่อ สถานะของเซิร์ฟเวอร์ และการรบกวนมีบทบาทสำคัญในการรับประกันอินเทอร์เน็ตความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม แม้ว่าสัญญาณข้างต้นจะเป็นเรื่องปกติและความเร็วอินเทอร์เน็ตต่ำ แต่ปัญหาก็ยังซ่อนอยู่ในอุปกรณ์เครือข่ายของคอมพิวเตอร์ การ์ดเครือข่ายสมัยใหม่สามารถรองรับการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตด้วยความเร็วสูงถึง 100 Mbit ต่อวินาที ก่อนหน้านี้ การ์ดสามารถให้ความเร็วสูงสุดที่ 30 และ 50 Mbps ตามลำดับ

จะเพิ่มความเร็วอินเทอร์เน็ตได้อย่างไร?

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ปริมาณงานของช่องทางการสื่อสารขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: วิธีการเชื่อมต่อ ประสิทธิภาพของเซิร์ฟเวอร์ การมีอยู่ของสัญญาณรบกวนและการรบกวน รวมถึงสภาพของอุปกรณ์เครือข่าย หากต้องการเพิ่มความเร็วในการเชื่อมต่อที่บ้าน คุณสามารถเปลี่ยนอุปกรณ์เครือข่ายด้วยอุปกรณ์ขั้นสูงกว่าได้ รวมทั้งเปลี่ยนไปใช้วิธีการเชื่อมต่ออื่น (จากคลื่นวิทยุไปจนถึงเคเบิลหรือไฟเบอร์ออปติก)

ในที่สุด

โดยสรุป ควรจะบอกว่าแบนด์วิธของช่องทางการสื่อสารและความเร็วอินเทอร์เน็ตไม่เหมือนกัน ในการคำนวณปริมาณแรก จำเป็นต้องใช้กฎแชนนอน-ฮาร์ตลีย์ ด้วยเหตุนี้จึงสามารถลดเสียงรบกวนได้และความแรงของสัญญาณเพิ่มขึ้นโดยการเปลี่ยนช่องส่งสัญญาณให้กว้างขึ้น

การเพิ่มความเร็วของการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตของคุณก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่ดำเนินการโดยการเปลี่ยนผู้ให้บริการ เปลี่ยนวิธีการเชื่อมต่อ ปรับปรุงอุปกรณ์เครือข่าย รวมถึงปกป้องอุปกรณ์ในการส่งและรับข้อมูลจากแหล่งที่ทำให้เกิดการรบกวน

งานหลักที่สร้างเครือข่ายคือการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์อย่างรวดเร็ว ด้วยเหตุนี้ เกณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับความจุของเครือข่ายหรือส่วนหนึ่งของเครือข่ายจึงเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีว่าเครือข่ายทำงานได้ดีเพียงใดในหน้าที่หลัก

มีตัวเลือกมากมายในการกำหนดเกณฑ์ประเภทนี้ เช่นเดียวกับในกรณีของเกณฑ์ของประเภท "เวลาปฏิกิริยา" ตัวเลือกเหล่านี้อาจแตกต่างกัน: หน่วยวัดที่เลือกสำหรับจำนวนข้อมูลที่ส่ง, ลักษณะของข้อมูลที่นำมาพิจารณา - เฉพาะข้อมูลผู้ใช้หรือข้อมูลผู้ใช้พร้อมกับบริการ, จำนวนจุดสำหรับการวัดปริมาณการใช้ข้อมูล, วิธีการหาค่าเฉลี่ยผลลัพธ์สำหรับเครือข่ายโดยรวม ให้เราพิจารณาวิธีการต่างๆ ในการสร้างเกณฑ์กำลังการผลิตโดยละเอียด

เกณฑ์ที่แตกต่างกันในหน่วยการวัดข้อมูลที่ส่ง หน่วยวัดข้อมูลที่ส่งมักจะเป็นแพ็กเก็ต (หรือเฟรม ต่อมาคำเหล่านี้จะถูกใช้แทนกัน) หรือบิต ดังนั้นปริมาณงานจะวัดเป็นแพ็กเก็ตต่อวินาทีหรือบิตต่อวินาที

เนื่องจากเครือข่ายคอมพิวเตอร์ทำงานบนหลักการของการสลับแพ็กเก็ต (หรือเฟรม) การวัดปริมาณข้อมูลที่ส่งในแพ็กเก็ตจึงสมเหตุสมผล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปริมาณงานของอุปกรณ์สื่อสารที่ทำงานในระดับดาต้าลิงก์ขึ้นไปมักวัดเป็นแพ็กเก็ตต่อวินาทีเช่นกัน . ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากขนาดแพ็คเก็ตที่แปรผัน (ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับโปรโตคอลทั้งหมดยกเว้น ATM ซึ่งมีขนาดแพ็คเก็ตคงที่ 53 ไบต์) การวัดปริมาณงานในแพ็คเก็ตต่อวินาทีมีความเกี่ยวข้องกับความไม่แน่นอนบางประการ - แพ็คเก็ตของโปรโตคอลใดและของ ไซส์หมายถึงอะไร? ส่วนใหญ่มักจะหมายถึงแพ็กเก็ตของโปรโตคอลอีเธอร์เน็ต ซึ่งเป็นแพ็กเก็ตทั่วไปที่มีขนาดโปรโตคอลขั้นต่ำ 64 ไบต์ (ไม่มีคำนำ) แพ็กเก็ตที่มีความยาวขั้นต่ำถูกเลือกเป็นแพ็กเก็ตอ้างอิงเนื่องจากสร้างโหมดการทำงานที่ยากที่สุดสำหรับอุปกรณ์สื่อสาร - การดำเนินการคำนวณที่ดำเนินการกับแต่ละแพ็กเก็ตที่มาถึงนั้นขึ้นอยู่กับขนาดของมันน้อยมาก ดังนั้นการประมวลผลต่อหน่วยของข้อมูลที่ถ่ายโอน แพ็กเก็ต ความยาวต่ำสุดต้องมีการดำเนินการมากกว่าแพ็กเก็ตที่มีความยาวสูงสุด

การวัดทรูพุตเป็นบิตต่อวินาที (สำหรับเครือข่ายท้องถิ่น ความเร็วที่วัดเป็นล้านบิตต่อวินาที - โดยทั่วไปแล้ว Mb/s) ให้การประมาณความเร็วของข้อมูลที่ส่งได้แม่นยำกว่าการใช้แพ็กเก็ต

เกณฑ์ที่แตกต่างกันโดยคำนึงถึงข้อมูลที่เป็นกรรมสิทธิ์ โปรโตคอลใดๆ มีส่วนหัวที่นำข้อมูลบริการ และช่องข้อมูลที่นำข้อมูลที่ถือเป็นข้อมูลผู้ใช้สำหรับโปรโตคอลที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ในเฟรมโปรโตคอลอีเทอร์เน็ตที่มีขนาดต่ำสุด 46 ไบต์ (จาก 64) แสดงถึงฟิลด์ข้อมูล และอีก 18 ไบต์ที่เหลือเป็นข้อมูลบริการ เมื่อวัดปริมาณงานเป็นแพ็กเก็ตต่อวินาที เป็นไปไม่ได้ที่จะแยกข้อมูลผู้ใช้ออกจากข้อมูลบริการ แต่เมื่อวัดในระดับบิต ก็สามารถทำได้

หากมีการวัดปริมาณงานโดยไม่แบ่งข้อมูลออกเป็นผู้ใช้และบริการ ในกรณีนี้ จะไม่สามารถกำหนดงานในการเลือกโปรโตคอลหรือสแต็กโปรโตคอลสำหรับเครือข่ายที่กำหนดได้ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแม้ว่าเมื่อเปลี่ยนโปรโตคอลหนึ่งด้วยอีกโปรโตคอลหนึ่งเราจะได้รับปริมาณงานเครือข่ายที่สูงขึ้น แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าเครือข่ายจะทำงานเร็วขึ้นสำหรับผู้ใช้ปลายทาง - หากการแบ่งปันข้อมูลบริการต่อหน่วยข้อมูลผู้ใช้สำหรับโปรโตคอลเหล่านี้ แตกต่างออกไป (และโดยทั่วไปสิ่งนี้เป็นจริง) จากนั้นคุณสามารถเลือกตัวเลือกเครือข่ายที่ช้ากว่าให้เหมาะสมที่สุดได้ หากประเภทโปรโตคอลไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อตั้งค่าเครือข่าย คุณสามารถใช้เกณฑ์ที่ไม่แยกข้อมูลผู้ใช้ออกจากโฟลว์ทั่วไปได้

เมื่อทดสอบทรูพุตของเครือข่ายในระดับแอปพลิเคชัน การวัดทรูพุตตามข้อมูลผู้ใช้จะง่ายที่สุด ในการดำเนินการนี้ ก็เพียงพอที่จะวัดเวลาที่ใช้ในการถ่ายโอนไฟล์ขนาดหนึ่งระหว่างเซิร์ฟเวอร์และไคลเอนต์ และแบ่งขนาดไฟล์ตามเวลาผลลัพธ์ ในการวัดปริมาณงานโดยรวม จำเป็นต้องมีเครื่องมือวัดพิเศษ - เครื่องวิเคราะห์โปรโตคอลหรือเอเจนต์ SNMP หรือ RMON ที่ติดตั้งไว้ในระบบปฏิบัติการ อะแดปเตอร์เครือข่าย หรืออุปกรณ์สื่อสาร

เกณฑ์ที่แตกต่างกันตามจำนวนและตำแหน่งของจุดตรวจวัดแบนด์วิธสามารถวัดได้ระหว่างสองโหนดหรือจุดใดๆ บนเครือข่าย ตัวอย่างเช่น ระหว่างคอมพิวเตอร์ไคลเอนต์ 1 และเซิร์ฟเวอร์ 3 ในตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ 1.2 ในกรณีนี้ค่าปริมาณงานผลลัพธ์ที่ได้จะเปลี่ยนไปภายใต้เงื่อนไขการทำงานของเครือข่ายเดียวกัน โดยขึ้นอยู่กับจุดสองจุดที่ทำการวัดระหว่างกัน เนื่องจากคอมพิวเตอร์และเซิร์ฟเวอร์ของผู้ใช้จำนวนมากทำงานบนเครือข่ายในเวลาเดียวกัน คำอธิบายที่สมบูรณ์ของทรูพุตเครือข่ายจึงได้รับจากชุดของทรูพุตที่วัดสำหรับการรวมกันของคอมพิวเตอร์โต้ตอบต่างๆ - ที่เรียกว่าเมทริกซ์การรับส่งข้อมูลของโหนดเครือข่าย มีเครื่องมือวัดพิเศษที่บันทึกเมทริกซ์การรับส่งข้อมูลสำหรับแต่ละโหนดเครือข่าย

เนื่องจากในข้อมูลเครือข่ายระหว่างทางไปยังโหนดปลายทางมักจะผ่านขั้นตอนการประมวลผลระดับกลางหลายขั้นตอนการรับส่งข้อมูลขององค์ประกอบเครือข่ายระดับกลางแต่ละรายการ - ช่องทางแยกส่วนหรืออุปกรณ์สื่อสาร - ถือได้ว่าเป็นเกณฑ์ประสิทธิภาพ

การทราบปริมาณงานทั้งหมดระหว่างสองโหนดไม่สามารถให้ข้อมูลที่ครบถ้วนเกี่ยวกับวิธีการที่เป็นไปได้ในการเพิ่มเนื่องจากจากตัวเลขทั้งหมดเป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าใจว่าขั้นตอนกลางของการประมวลผลแพ็กเก็ตใดที่ทำให้เครือข่ายช้าลงในระดับสูงสุด ด้วยเหตุนี้ ข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณงานขององค์ประกอบเครือข่ายแต่ละรายการจึงมีประโยชน์ในการตัดสินใจว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพอย่างไร

ในตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการพิจารณา แพ็กเก็ตบนเส้นทางจากคอมพิวเตอร์ไคลเอนต์ 1 ไปยังเซิร์ฟเวอร์ 3 ผ่านองค์ประกอบเครือข่ายระดับกลางต่อไปนี้:

เซ็กเมนต์ AR SwitchR เซ็กเมนต์ BR เราเตอร์ R เซ็กเมนต์ CR RepeaterR เซ็กเมนต์ D

แต่ละองค์ประกอบเหล่านี้มีปริมาณงานที่แน่นอน ดังนั้นปริมาณงานเครือข่ายทั้งหมดระหว่างคอมพิวเตอร์ 1 และเซิร์ฟเวอร์ 3 จะเท่ากับปริมาณงานขั้นต่ำของส่วนประกอบเส้นทางและความล่าช้าในการส่งของหนึ่งแพ็กเก็ต (หนึ่งในตัวเลือกสำหรับกำหนดเวลาตอบสนอง) จะเท่ากับผลรวมของความล่าช้าที่แนะนำโดยแต่ละองค์ประกอบ ในการเพิ่มปริมาณงานของเส้นทางที่มีหลายส่วน คุณต้องใส่ใจกับองค์ประกอบที่ช้าที่สุดก่อน - ในกรณีนี้ องค์ประกอบดังกล่าวมักจะเป็นเราเตอร์

เป็นการสมเหตุสมผลที่จะกำหนดปริมาณงานเครือข่ายทั้งหมดเป็นจำนวนข้อมูลโดยเฉลี่ยที่ส่งระหว่างโหนดเครือข่ายทั้งหมดต่อหน่วยเวลา ปริมาณงานเครือข่ายทั้งหมดสามารถวัดได้ในแพ็กเก็ตต่อวินาทีหรือบิตต่อวินาที เมื่อแบ่งเครือข่ายออกเป็นส่วนๆ หรือซับเน็ต ความจุเครือข่ายทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของความจุของซับเน็ต บวกกับความจุของการเชื่อมต่อระหว่างเซกเมนต์หรือระหว่างเครือข่าย

ปริมาณงาน--แนวคิดและประเภท การจำแนกประเภทและคุณสมบัติของหมวดหมู่ "ปริมาณงาน" 2017, 2018

ทิศทางการส่งออกท่อส่งก๊าซธรรมชาติ ผ่านยูเครน: ชายแดน Orenburg-Western (Uzhgorod) สโลวาเกีย, สาธารณรัฐเช็ก, ออสเตรีย, เยอรมัน, ฝรั่งเศส, สวิตเซอร์แลนด์, สโลวีเนีย, อิตาลี Urengoy-Uzhgorod สโลวาเกีย, สาธารณรัฐเช็ก, ออสเตรีย,... . มีหลายปัจจัยที่สามารถบิดเบือนหรือทำลายสัญญาณได้ สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือการรบกวนหรือเสียงรบกวน ซึ่งเป็นสัญญาณที่ไม่ต้องการซึ่งปะปนและบิดเบือนสัญญาณที่ต้องการส่งหรือรับ สำหรับข้อมูลดิจิทัล คำถามเกิดขึ้น: การบิดเบือนเหล่านี้จำกัดอัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่เป็นไปได้มากน้อยเพียงใด ความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการที่สามารถส่งข้อมูลไปตามเส้นทางการสื่อสารหรือช่องทางเฉพาะเรียกว่า ผ่าน ความสามารถ

ช่อง.

มีแนวคิดสี่ประการที่เราจะพยายามเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน

อัตราการถ่ายโอนข้อมูล - ความเร็วเป็นบิตต่อวินาที (บิต/วินาที) ที่คุณทำได้

ส่งข้อมูล

แบนด์วิธ - แบนด์วิธของสัญญาณที่ส่ง ซึ่งจำกัดโดยการส่งสัญญาณไปยังโอห์ม และลักษณะของสื่อที่ส่งสัญญาณ มีหน่วยเป็นวินาที หรือเฮิรตซ์ (Hz)

เสียงรบกวน. ระดับเสียงรบกวนเฉลี่ยในช่องสัญญาณสื่อสาร

ระดับข้อผิดพลาด – ความถี่ของการเกิดข้อผิดพลาดและผลข้างเคียง ข้อผิดพลาดถือเป็นการรับ 1 และการส่งสัญญาณ 0 และในทางกลับกัน

โดยปกติแล้ว เราต้องการใช้แบนด์วิธที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด สำหรับข้อมูลดิจิทัล หมายความว่าสำหรับบางแบนด์ เป็นที่พึงปรารถนาที่จะได้รับอัตราข้อมูลสูงสุดที่เป็นไปได้โดยพิจารณาจากระดับข้อผิดพลาดที่มีอยู่ ข้อจำกัดหลักในการบรรลุประสิทธิภาพดังกล่าวคือการรบกวน

1. วิธีการเข้าถึงสื่อในเครือข่ายไร้สาย

ปัญหาหลักประการหนึ่งในการสร้างระบบไร้สายคือการแก้ปัญหาการเข้าถึงของผู้ใช้จำนวนมากไปยังทรัพยากรที่จำกัดของสื่อการรับส่งข้อมูล มีวิธีการเข้าถึงพื้นฐานหลายวิธี (เรียกอีกอย่างว่าวิธีมัลติเพล็กซ์หรือมัลติเพล็กซ์) โดยขึ้นอยู่กับการแบ่งพารามิเตอร์ เช่น พื้นที่ เวลา ความถี่ และรหัสระหว่างสถานี วัตถุประสงค์ของมัลติเพล็กซ์คือการจัดสรรพื้นที่ เวลา ความถี่ และ/หรือรหัสให้กับแต่ละช่องทางการสื่อสารโดยมีการรบกวนซึ่งกันและกันน้อยที่สุดและใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะของตัวกลางในการส่งสัญญาณให้เกิดประโยชน์สูงสุด

ผนึกด้วยพื้นที่แผนก

ขึ้นอยู่กับการแยกสัญญาณในอวกาศเมื่อเครื่องส่งส่งสัญญาณโดยใช้รหัส กับ, เวลา ที และความถี่ ฉในพื้นที่ สฉัน. กล่าวคือ อุปกรณ์ไร้สายแต่ละเครื่องสามารถส่งข้อมูลได้เฉพาะภายในขอบเขตของอาณาเขตเฉพาะแห่งหนึ่ง ซึ่งอุปกรณ์อื่นใดไม่ได้รับอนุญาตให้ส่งข้อความของตน

ตัวอย่างเช่น หากสถานีวิทยุออกอากาศด้วยความถี่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในพื้นที่ที่ได้รับมอบหมาย และสถานีอื่นบางสถานีในพื้นที่เดียวกันก็เริ่มออกอากาศด้วยความถี่เดียวกันด้วย ผู้ฟังวิทยุจะไม่สามารถรับสัญญาณ "สะอาด" จากสถานีวิทยุใดๆ ได้ ของสถานีเหล่านี้ เป็นอีกเรื่องหนึ่งหากสถานีวิทยุใช้งานความถี่เดียวกันในเมืองต่างๆ สัญญาณของสถานีวิทยุแต่ละแห่งจะไม่มีการบิดเบือนเนื่องจากช่วงการแพร่กระจายของสัญญาณที่จำกัดของสถานีเหล่านี้ ซึ่งช่วยลดการทับซ้อนกัน ตัวอย่างทั่วไปคือระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่

ผนึกพร้อมส่วนความถี่ลความคิด(มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่, FDM)

อุปกรณ์แต่ละเครื่องทำงานที่ความถี่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ซึ่งทำให้อุปกรณ์หลายเครื่องสามารถส่งข้อมูลในพื้นที่เดียวได้ (รูปที่ 3.2.6) นี่เป็นหนึ่งในวิธีการที่รู้จักกันดีที่สุดไม่ทางใดก็ทางหนึ่งที่ใช้ในระบบสื่อสารไร้สายที่ทันสมัยที่สุด

รูปที่ 3.2.6 – หลักการแบ่งความถี่ของช่องสัญญาณ

ภาพประกอบที่ชัดเจนของรูปแบบมัลติเพล็กซ์ความถี่คือการทำงานของสถานีวิทยุหลายแห่งที่ทำงานที่ความถี่ต่างกันในเมืองเดียว หากต้องการแยกความถี่ออกจากกันอย่างน่าเชื่อถือ ความถี่ในการทำงานจะต้องแยกจากกันด้วยช่วงความถี่ป้องกันเพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างกัน

โครงการนี้แม้ว่าจะอนุญาตให้ใช้อุปกรณ์หลายเครื่องในพื้นที่ที่กำหนดได้ แต่ก็นำไปสู่การสิ้นเปลืองทรัพยากรความถี่ที่หายากโดยไม่จำเป็น เนื่องจากต้องมีการจัดสรรความถี่แยกต่างหากสำหรับอุปกรณ์ไร้สายแต่ละเครื่อง

ผนึกด้วยมาตราการชั่วคราวจความเกียจคร้าน(มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา, TDM)

ในรูปแบบนี้ การกระจายช่องสัญญาณเกิดขึ้นตรงเวลา เช่น เครื่องส่งสัญญาณแต่ละตัวจะออกอากาศสัญญาณที่ความถี่เดียวกัน ฉในพื้นที่ สแต่ในช่วงเวลาที่ต่างกัน ที i (โดยปกติจะวนซ้ำ) โดยมีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับการซิงโครไนซ์กระบวนการส่งสัญญาณ (รูปที่ 3.2.7)

รูปที่ 3.2.7 – หลักการแบ่งเวลาของช่องสัญญาณ

รูปแบบนี้ค่อนข้างสะดวก เนื่องจากช่วงเวลาสามารถแจกจ่ายซ้ำระหว่างอุปกรณ์เครือข่ายแบบไดนามิกได้ อุปกรณ์ที่มีการรับส่งข้อมูลมากกว่าจะได้รับการกำหนดช่วงเวลานานกว่าอุปกรณ์ที่มีการรับส่งข้อมูลน้อยกว่า

ข้อเสียเปรียบหลักของระบบไทม์มัลติเพล็กซ์คือการสูญเสียข้อมูลทันทีเมื่อสูญเสียการซิงโครไนซ์ในช่องเช่นเนื่องจากการรบกวนที่รุนแรงโดยไม่ได้ตั้งใจหรือโดยเจตนา อย่างไรก็ตาม ประสบการณ์ที่ประสบความสำเร็จในการใช้งานระบบ TDM ที่มีชื่อเสียง เช่น เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ระบบ GSM บ่งชี้ถึงความน่าเชื่อถือที่เพียงพอของกลไกไทม์มัลติเพล็กซ์

ผนึกแยกรหัส(มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งรหัส, CDM)

ในรูปแบบนี้ เครื่องส่งทั้งหมดจะส่งสัญญาณที่ความถี่เดียวกัน ฉ ในพื้นที่ สและในระหว่างนั้น ทีแต่มีรหัสต่างกัน คฉัน.

ชื่อของกลไกการแยกช่องสัญญาณตาม CDM (การเข้าถึง CDMA, CDM)

มาตรฐานโทรศัพท์มือถือ IS-95a ได้รับการตั้งชื่อรวมถึงมาตรฐานจำนวนหนึ่งสำหรับระบบการสื่อสารเคลื่อนที่รุ่นที่สาม (cdma2000, WCDMA ฯลฯ )

ในรูปแบบ CDM เครื่องส่งแต่ละตัวจะแทนที่แต่ละบิตของสตรีมข้อมูลต้นฉบับด้วยสัญลักษณ์ CDM - ลำดับโค้ดที่มีความยาว 11, 16, 32, 64 เป็นต้น บิต (เรียกว่าชิป) ลำดับรหัสจะไม่ซ้ำกันสำหรับเครื่องส่งสัญญาณแต่ละตัว ตามกฎแล้ว หากใช้รหัส CDM บางอย่างเพื่อแทนที่ "1" ในสตรีมข้อมูลดั้งเดิม ดังนั้นในการแทนที่ "0" จะใช้รหัสเดียวกัน แต่จะกลับด้าน

เครื่องรับรู้รหัส CDM ของเครื่องส่งที่ต้องรับสัญญาณ โดยจะรับสัญญาณทั้งหมดและแปลงสัญญาณให้เป็นดิจิทัลอย่างต่อเนื่อง จากนั้นในอุปกรณ์พิเศษ (สหสัมพันธ์) จะดำเนินการของการบิด (การคูณด้วยการสะสม) ของสัญญาณอินพุตดิจิทัลด้วยรหัส CDM ที่รู้จักและการผกผันของมัน ในรูปแบบที่ค่อนข้างง่าย ดูเหมือนว่าการทำงานของผลคูณสเกลาร์ของเวกเตอร์สัญญาณอินพุตและเวกเตอร์ที่มีรหัส CDM

หากสัญญาณที่เอาท์พุตสหสัมพันธ์เกินระดับเกณฑ์ที่ตั้งไว้ เครื่องรับจะพิจารณาว่าได้รับ 1 หรือ 0 เพื่อเพิ่มความน่าจะเป็นในการรับสัญญาณ เครื่องส่งสามารถส่งแต่ละบิตซ้ำหลายครั้ง ในกรณีนี้ เครื่องรับจะรับรู้สัญญาณจากเครื่องส่งอื่นที่มีรหัส CDM อื่นเป็นสัญญาณรบกวนเสริม

ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากมีความซ้ำซ้อนสูง (แต่ละบิตจะถูกแทนที่ด้วยชิปหลายสิบตัว) กำลังสัญญาณที่ได้รับจึงสามารถเทียบเคียงได้กับกำลังสัญญาณรบกวนในตัว ความคล้ายคลึงกันของสัญญาณ CDM กับสัญญาณรบกวนแบบสุ่ม (เกาส์เซียน) ทำได้โดยใช้รหัส CDM ที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดลำดับเทียมเทียม ดังนั้นวิธีนี้จึงเรียกว่าวิธีการกระจายสเปกตรัมสัญญาณโดยใช้ลำดับโดยตรง (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum) การแพร่กระจายสเปกตรัมจะกล่าวถึงด้านล่าง

ลักษณะที่แข็งแกร่งที่สุดของการปิดผนึกนี้อยู่ที่ความปลอดภัยและความลับที่เพิ่มขึ้นของการส่งข้อมูล: หากไม่มีรหัสก็เป็นไปไม่ได้ที่จะรับสัญญาณ และในบางกรณีก็ตรวจจับการมีอยู่ของมันได้ นอกจากนี้ พื้นที่รหัสยังมีขนาดใหญ่กว่าอย่างไม่มีใครเทียบได้เมื่อเทียบกับรูปแบบมัลติเพล็กซ์ความถี่ ซึ่งทำให้สามารถกำหนดรหัสให้กับตัวส่งสัญญาณแต่ละตัวได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ปัญหาหลักของการมัลติเพล็กซ์โค้ดคือความซับซ้อนของการใช้งานทางเทคนิคของเครื่องรับ และความจำเป็นในการรับรองการซิงโครไนซ์ที่แม่นยำของเครื่องส่งและตัวรับเพื่อให้แน่ใจว่าได้รับแพ็กเก็ตที่รับประกัน

กลไกมัลติเพล็กซ์ผ่านความถี่พาหะมุมฉาก (มุมฉากความถี่สาขาวิชาฉันไซออนมัลติเพล็กซ์, โอเอฟดีเอ็ม)

ช่วงความถี่ที่มีอยู่ทั้งหมดแบ่งออกเป็นคลื่นความถี่ย่อยจำนวนหนึ่ง (ตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพัน) ช่องทางการสื่อสารหนึ่งช่อง (ตัวรับและตัวส่งสัญญาณ) ได้รับการกำหนดสำหรับการส่งสัญญาณของผู้ให้บริการดังกล่าวหลายรายโดยเลือกจากทั้งชุดตามกฎหมายบางประการ การส่งข้อมูลจะดำเนินการพร้อมกันบนผู้ให้บริการย่อยทั้งหมด เช่น ในเครื่องส่งสัญญาณแต่ละตัว สตรีมข้อมูลขาออกจะถูกแบ่งออกเป็น เอ็นกระแสย่อยที่ไหน เอ็น– จำนวนผู้ให้บริการย่อยที่กำหนดให้กับเครื่องส่งนี้

การกระจายของผู้ให้บริการย่อยสามารถเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกระหว่างการดำเนินการ ซึ่งทำให้กลไกนี้มีความยืดหยุ่นไม่น้อยไปกว่าวิธีการมัลติเพล็กซ์แบบเวลา

โครงการ OFDM มีข้อดีหลายประการ ประการแรก เฉพาะบางช่องสัญญาณย่อยเท่านั้นที่จะถูกเลือกเฟด ไม่ใช่สัญญาณทั้งหมด หากสตรีมข้อมูลได้รับการปกป้องด้วยรหัสแก้ไขข้อผิดพลาดในการส่งต่อ การซีดจางนี้ก็จะแก้ไขได้ง่าย แต่ที่สำคัญกว่านั้น OFDM ช่วยให้สามารถระงับการรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ได้ การรบกวนระหว่างสัญลักษณ์มีผลกระทบอย่างมากต่ออัตราข้อมูลที่สูง เนื่องจากระยะห่างระหว่างบิต (หรือสัญลักษณ์) มีขนาดเล็ก

ในรูปแบบ OFDM อัตราการส่งข้อมูลจะลดลง เอ็น ซึ่งจะทำให้คุณสามารถเพิ่มเวลาในการส่งสัญลักษณ์ได้ เอ็นครั้งหนึ่ง. ดังนั้นหากเวลาในการส่งสัญลักษณ์สำหรับสตรีมต้นทางเป็น ต s จากนั้นคาบของสัญญาณ OFDM จะเท่ากับ นทส. สิ่งนี้ช่วยให้คุณลดผลกระทบจากการรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ได้อย่างมาก เมื่อออกแบบระบบ เอ็นถูกเลือกเพื่อให้เกิดคุณค่า นทเกินการแพร่กระจายของความล่าช้าของช่องสัญญาณรูตเฉลี่ยสแควร์อย่างมีนัยสำคัญ