ماذا تعني سرعة نقل البيانات؟ ما هي أقصى سرعات الإنترنت؟ طرق نقل الإشارة

الدرس المفتوح في علوم الكمبيوتر

الموضوع: "نقل المعلومات. سرعة نقل المعلومات"

الأهداف:

التعليمية:

تقديم مفاهيم المصدر والمستقبل وقناة نقل المعلومات.

سرعة نقل المعلومات وقدرة القناة؛

حل المشاكل المتعلقة بسرعة نقل المعلومات

التنموية:

تطوير الاهتمام المعرفي ،

تنمية مهارات العمل الجماعي,

تعليم:

تعليم الدقة والانضباط والمثابرة.

1. تكرار المواد التي سبق دراستها

مفهوم المعلومات

معلومة – بشكل عام، مجموعة من المعلومات حول أي أحداث أو ظواهر أو أشياء تم الحصول عليها نتيجة التفاعل مع البيئة الخارجية. شكل عرض المعلومات هو رسالة.

أنواع وخصائص المعلومات

الأنواع الرئيسية للمعلومات وفقًا لشكل تمثيلها وطرق تشفيرها وتخزينها، والتي لها أهمية كبيرة في علوم الكمبيوتر، هي:

رسم بياني؛

صوت؛

نص؛

رقمية؛

وحدات قياس كمية المعلومات

- 1 بايت = 8 بت،
- 1 كيلو بايت = 1024 بايت،
- 1 ميجابايت = 1024 كيلو بايت،
- 1 جيجا بايت = 1024 ميجابايت،
- 1 تيرابايت = 1024 جيجابايت،
- 1 بيتابايت = 1024 تيرابايت.

2. إدخال مواد جديدة

يتم تشفير كافة أنواع المعلومات في سلسلة من النبضات الكهربائية: هناك نبضة (1)، ولا يوجد نبضة (0)، أي في سلسلة من الأصفار والواحدات. يسمى هذا التشفير للمعلومات في الكمبيوتر بالتشفير الثنائي. وبناء على ذلك، إذا كان من الممكن تخزين ومعالجة هذه النبضات باستخدام أجهزة الكمبيوترمما يعني أنه يمكن نقلها.

لنقل المعلومات التي تحتاجها:

مصدر للمعلومات- النظام الذي يتم من خلاله نقل المعلومات.

قناة نقل المعلومات– الطريقة التي يتم بها نقل المعلومات.

متلقي المعلومات– نظام يحصل على المعلومات اللازمة.

يتم تحويل المعلومات إلى إشارات ملائمة للمرور عبر خط اتصال بواسطة جهاز الإرسال.

في عملية تحويل المعلومات إلى إشارة، يتم تشفيرها. بالمعنى الواسع، الترميز هو تحويل المعلومات إلى إشارة. بالمعنى الضيق، الترميز هو تحويل المعلومات إلى مجموعة من رموز معينة. في حالتنا، التسلسل هو 1 و 0.

على الجانب المتلقي يتم تنفيذه عملية عكسيةفك التشفير، أي استعادة المعلومات المرسلة بناءً على الإشارة المستقبلة.

يقوم جهاز فك التشفير (وحدة فك التشفير) بتحويل الإشارة المستقبلة إلى نموذج مناسب لإدراك المتلقي.

من أهم خصائص نقل المعلومات سرعة نقل المعلومات وسعة القناة.

معدل نقل البيانات- السرعة التي يتم بها إرسال المعلومات أو استقبالها في شكل ثنائي. عادة، يتم قياس سرعة نقل البيانات بعدد البتات المنقولة في ثانية واحدة.

وحدة السرعة الدنيانقل المعلومات - 1 بت في الثانية (1 بت / ثانية)

عرض النطاققناة الاتصال- الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات من المصدر إلى المتلقي.

يتم قياس كلا الكميتين بالبت/ثانية، والتي غالبًا ما يتم الخلط بينها وبين بايت/ثانية ويتم توجيهها إلى موفري خدمات الاتصالات (مقدمي الخدمة) بسبب تدهور السرعة أو عدم تطابق سرعة نقل المعلومات.

يتزامن حل المشكلات المتعلقة بسرعة نقل المعلومات بشكل شبه كامل مع حل المشكلات المتعلقة بالسرعة والوقت والمسافة.

S - حجم المعلومات المرسلة

الخامس – سرعة نقل المعلومات

T – زمن نقل المعلومات

لذلك فإن الصيغ: صالحة عند حل المشكلات المتعلقة بسرعة نقل المعلومات. ومع ذلك، يجب أن نتذكر أن جميع قيم القياس يجب أن تتطابق. (إذا كانت السرعة بالكيلوبايت/ثانية، فإن الوقت بالثواني، والحجم بالكيلوبايت)

دعونا نلقي نظرة على مهمة المثال:

كم ثانية سيستغرق المودم الذي يرسل رسالة بسرعة 28800 بت في الثانية لنقل صورة ملونة بحجم 640*480 بكسل، بشرط أن يتم ترميز لون كل بكسل بـ 3 بايت.

حل:

دعونا نحدد عدد البكسلات في الصورة:

640*480= 307200 بكسل

لأن يتم ترميز كل بكسل بمقدار 3 بايت، ونحدد حجم معلومات الصورة:

307200 * 3 = 921600 بايت

لاحظ أن معدل نقل المعلومات يقاس بالبت/ثانية، ويتم قياس وزن معلومات الصورة بالبايت. فلنحول السرعة إلى بايت/ثانية لسهولة الحساب:

28800: 8 = 3600 بايت/ثانية

نحدد زمن إرسال الرسالة إذا كانت السرعة 3600 بايت/ثانية:

921600: 3600 = 256 ثانية

الإجابة: مطلوب 256 ثانية

مهام:

معدل نقل البيانات عبر اتصال ADSL هو 64000 بت في الثانية. خلال هذا الاتصالنقل ملف بحجم 375 كيلو بايت. تحديد وقت نقل الملف بالثواني.

كم ثانية سيستغرق المودم الذي يرسل رسالة بسرعة 28800 بت في الثانية لنقل 100 صفحة من النص إلى 30 مخزنًا يتكون كل منها من 60 حرفًا، بشرط أن يتم تشفير كل حرف كبايت واحد.

سرعة نقل البيانات من خلال اتصال المودم هي 56 كيلوبت في الثانية. إذاعة ملف نصياستغرق الأمر 12 ثانية من خلال هذا الاتصال. تحديد عدد الأحرف التي يحتوي عليها النص المرسل، إذا كان من المعروف أنه تم تقديمه بتشفير UNICODE.

ينقل المودم البيانات بسرعة 56 كيلوبت في الثانية. استغرق نقل الملف النصي 4.5 دقيقة. تحديد عدد الصفحات التي يحتوي عليها النص المرسل، إذا علم أنه تم تقديمه باليونيكود، ويوجد 3072 حرفًا في الصفحة الواحدة.

متوسط سرعة نقل البيانات باستخدام المودم هو 36 كيلوبت في الثانية. كم ثانية سيستغرق المودم لإرسال 4 صفحات من النص بتشفير KOI8، على افتراض أن كل صفحة تحتوي على متوسط 2304 حرفًا؟

يجب على الكشافة بيلوف أن تنقل الرسالة: "لا يمكن تغيير مكان الاجتماع. يوستاس." يحدد محدد الاتجاه موقع ناقل الحركة إذا استمر لمدة دقيقتين على الأقل. بأي سرعة (بت/ثانية) ينبغي إرسال الصورة الشعاعية الاستطلاعية؟

مهام:

ومن المعروف أن مدة الاتصال المستمر بالإنترنت باستخدام المودم لبعض أجهزة PBX لا تتجاوز 10 دقائق. يُعرِّف أكبر مقاسالملف (KB) الذي يمكن نقله أثناء هذا الاتصال إذا كان المودم ينقل المعلومات بمتوسط سرعة 32 كيلوبت في الثانية.

تحديد وقت الاتصال بالثواني:

10 دقائق * 60 = 600 ثانية.

نحدد حجم الملف الذي يرسله المودم خلال 600 ثانية:

600 ثانية * 32 كيلوبت في الثانية = 19200 كيلوبت في الثانية

التحويل إلى Kbytes حسب ما تتطلبه ظروف المشكلة:

19200 كيلوبت في الثانية/8 = 2400 كيلو بايت.

الجواب: 2400 كيلو بايت

7. سرعة نقل البيانات عبر اتصال ADSL هي 64000 بت في الثانية. يتم نقل ملف بحجم 375 كيلو بايت من خلال هذا الاتصال. تحديد وقت نقل الملف بالثواني.

تحويل حجم الملف إلى بت:

375 كيلو بايت * 8 * 1024 = 3072000 بت

تحديد وقت نقل الملفات بالثواني:

3072000 بت / 64000 بت / ثانية = 48 ثانية.

الجواب: 48 ثانية

8. كم ثانية يستغرق المودم الذي يرسل رسالة بسرعة 28800 بت/ثانية لنقل 100 صفحة من النص إلى 30 سطرًا يتكون كل منها من 60 حرفًا، بشرط أن يتم تشفير كل حرف بايت واحد.

تحديد عدد الأحرف في صفحة واحدة من النص:

30 سطرًا * 60 حرفًا = 1800 حرفًا.

نحدد حجم المعلومات للنص بأكمله، بشرط أن يكون الحرف الواحد = 1 بايت.

1800 حرف * 100 صفحة = 180000 بايت = 1440000 بت

تحديد زمن إرسال الرسالة:

1440000 بت / 28800 بت / ثانية = 50 ثانية.

الجواب: 50 ثانية

9. سرعة نقل البيانات من خلال اتصال المودم هي 56 كيلوبت في الثانية. استغرق نقل ملف نصي عبر هذا الاتصال 12 ثانية. تحديد عدد الأحرف التي يحتوي عليها النص المرسل، إذا كان من المعروف أنه تم تقديمه بتشفير UNICODE.

نحدد حجم المعلومات للنص المرسل:

56 كيلوبت في الثانية * 12 ثانية = 672 كيلوبت في الثانية

تحويل إلى بايت:

672 كيلوبت * 1024/8 = 86016 بايت

نظرًا لأنه عند استخدام ترميز Unicode، يتم ترميز حرف واحد بـ 2 بايت، فنجد عدد الأحرف:

86016 بايت/2 = 43008 حرفًا

الجواب: 43008 حرفا

10. ينقل المودم البيانات بسرعة 56 كيلوبت في الثانية. استغرق نقل الملف النصي 4.5 دقيقة. تحديد عدد الصفحات التي يحتوي عليها النص المرسل، إذا علم أنه تم تقديمه باليونيكود، ويوجد 3072 حرفًا في الصفحة الواحدة.

تحويل الدقائق إلى ثواني:

4.5 دقيقة = 4*60+30=270 ثانية.

تحديد حجم الملف المنقول:

270 ثانية * 56 كيلوبت في الثانية = 15120 كيلوبت في الثانية = 1935360 بايت

تحتوي صفحة واحدة من النص على 3072 حرفًا * 2 بايت = 6144 بايت من المعلومات.

تحديد عدد الصفحات في النص:

1935360 بايت/6144 بايت = 315 صفحة

الجواب: 315 صفحة

11. متوسط سرعة نقل البيانات باستخدام المودم هو

36 كيلوبت في الثانية. كم ثانية سيستغرق المودم لإرسال 4 صفحات من النص بتشفير KOI8، على افتراض أن كل صفحة تحتوي على متوسط 2304 حرفًا؟

في ترميز KOI-8، يتم ترميز كل حرف كبايت واحد.

تحديد حجم الرسالة:

4 صفحات* 2304 حرفًا = 9216 حرفًا = 9216 بايت = 9216*8/1024 = 72 كيلوبت.

تحديد مدة النقل:

72 كيلوبت في الثانية/36 كيلوبت في الثانية = 2 ثانية

الجواب: 2 ثانية

12. يجب على الكشاف بيلوف أن ينقل الرسالة: “لا يمكن تغيير مكان الاجتماع. يوستاس." يحدد محدد الاتجاه موقع ناقل الحركة إذا استمر لمدة دقيقتين على الأقل. بأي سرعة (بت/ثانية) ينبغي إرسال الصورة الشعاعية الاستطلاعية؟

نحدد حجم معلومات الرسالة: "لا يمكن تغيير مكان الاجتماع. يوستاس." – يحتوي على 37 حرفاً أي ما يعادل 37 بايت = 296 بت.

يجب أن يكون وقت النقل أقل من دقيقتين أو 120 ثانية.

في هذه الحالة، يجب أن تكون سرعة الإرسال أكبر من 296 بت/120 ثانية = 2.5 بت/ثانية. قم بالتقريب واحصل على

3 بت / ثانية.

الجواب: 3 بت/ثانية

تسمى كمية المعلومات المنقولة عبر القناة لكل وحدة زمنية سرعة نقل المعلومات.

يتم تقدير سرعة نقل المعلومات عبر قنوات الاتصال بعدد بتات المعلومات المرسلة إلى متلقيها خلال ثانية واحدة ( أجزاء).

لاحظ أنه في المراحل الأولى من تطور الاتصالات السلكية واللاسلكية، كان كل تغيير في معلمة المعلومات للإشارة الحاملة يعطي المتلقي بتًا واحدًا من المعلومات وتم تقدير سرعة الإرسال بـ بأعقاب(على سبيل المثال، تم استخدامه لتقدير سرعة نقل بيانات التلغراف، حيث تحمل كل إشارة "أولية" بتًا واحدًا من المعلومات). اليوم تقدر سرعة الإرسال بـ بت / ثانية، منذ كل تغيير في معلمة المعلومات للإشارة الوسائل الحديثةيمكن أن يحمل نقل البيانات المعلومات في عدة بتات.

إذا من المصدر فيتنتقل عبر قناة الاتصال سالرموز لكل وحدة زمنية، ومتوسط كمية المعلومات لكل رمز ح(ب)، ثم معدل نقل المعلومات: C = s H(B).

متى الإشارات الرقمية(يخضع لتكافؤ الاحتمال والاستقلال) أقصى قدر من الإنتروبيا للمصدر فيمع عدد الأحرف الأبجدية يتم تحديد m بواسطة الصيغة H(B) max = log 2 m .

يسمى الحد الأقصى للسرعة الممكنة لنقل المعلومات الإنتاجيةقناة الاتصال. يتم تحديده حسب الحجم

G= C max = s log 2 m .

تعتمد متغيرات صيغة الإنتاجية على السلسلة الخصائص البدنيةخطوط الاتصال ومصدر الرسالة والطاقة والضوضاء في قناة الاتصال.

لا يتم تحديد عرض النطاق الترددي فقط من خلال الخصائص الفيزيائية لوسط التوصيل (الكابلات المتوازنة أو المحورية أو كابلات الألياف الضوئية، الزوج الملتويوما إلى ذلك)، ولكن أيضًا طيف الإشارات المرسلة. أهم الخصائص الفيزيائية لخطوط الاتصال تشمل التوهين وعرض النطاق الترددي.

يتم عادةً تقييم معلمات خط الاتصال فيما يتعلق بالإشارات الجيبية. إذا قمنا بتطبيق إشارة جيبية ذات تردد وسعة ثابتة على أحد طرفي خط الاتصال (الذي لا يحتوي على مكبرات صوت)، فسنتلقى في الطرف الآخر إشارة ضعيفة، أي. وجود سعة أصغر.

التوهينيصف انخفاضًا في سعة أو قوة الإشارة عندما تمر إشارة ذات تردد أو نطاق تردد معين عبر خط اتصال. بالنسبة للكابلات السلكية، يتم قياسها بالديسيبل لكل متر ويتم حسابها باستخدام الصيغة:

أ = 10 إل جي 10 ف خارج / ف في،

حيث P out و P in هما، على التوالي، قدرة الإشارة عند دخل وخرج الخط الذي يبلغ 1 متر.

يعتمد التوهين على تردد الإشارة. في التين. ويبين الشكل 1.13 شكلاً نموذجيًا لخاصية تردد الاتساع، التي تميز توهين الإشارات ذات الترددات المختلفة. كلما انخفض معامل التوهين، كان خط الاتصال أفضل (لوغاريتم الرقم الأقل من 1 يكون دائمًا رقمًا سالبًا).

التوهين - المعلمة الأكثر أهميةلخطوط الاتصال في شبكات الحاسوب، وتحدد المعايير قيم التوهين القياسية لـ أنواع مختلفةالكابلات المستخدمة لوضع شبكات الحاسب. وبالتالي، يجب أن يكون لدى كبل الزوج الملتوي من الفئة 5 للتوهين ما لا يقل عن -23.6 ديسيبل، والفئة 6 - ما لا يقل عن 20.6 بتردد 100 ميجاهرتز وطول خط يبلغ 100 متر لكابلات الألياف الضوئية: 0.15 إلى 3 ديسيبل لكل 1000 م.

عرض النطاق- نطاق مستمر من الترددات، لكل منها نسبة سعة إشارة الخرج إلى سعة إشارة الدخل لا تقل عن قيمة معينة. غالبًا ما تكون هذه النسبة تساوي 0.5 (انظر الشكل 1.13). تقاس بالهرتز (هرتز). يسمى الفرق بين الترددات القصوى للنطاق عرض النطاق.

في الحقيقة، عرض النطاقهو الفاصل الترددي الذي تستخدمه قناة اتصال معينة لإرسال الإشارات. بالنسبة للحسابات المختلفة، من المهم معرفة قيمة التردد القصوى من نطاق معين (n · m)، لأن هذا هو الذي يحدد السرعة الممكنةنقل المعلومات عبر القناة.

تتميز أجهزة إرسال الإشارة التي ترسل الإشارات إلى خط اتصال (مثل المحول أو المودم). قوة. يتم تحديد مستوى قدرة الإشارة بالديسيبل لكل 1 ميجاوات باستخدام الصيغة (يُشار إلى وحدة الطاقة هذه بـ dBm):

p=10 logP (dBm)، حيث P هي القدرة بوحدة mW.

من الخصائص المهمة لخطوط الاتصال السلكية (على سبيل المثال، الكابلات المحورية). مقاومة مميزة. هذه هي المقاومة الكلية (المعقدة) التي يواجهها الكبل الذي ينتشر عبر الكبل. موجه كهرومغناطيسيةتردد معين. تقاس بالأوم. لتقليل التوهين، من الضروري أن تكون مقاومة موجة الخرج للمرسل مساوية تقريبًا لمقاومة موجة خط الاتصال.

الشكل 1.13. السعة- استجابة الترددقناة الاتصال

من المعروف أنه يمكن الحصول على إشارة من أي شكل عن طريق جمع عدة إشارات جيبية بترددات وسعات مختلفة. تسمى مجموعة الترددات التي يجب جمعها للحصول على إشارة معينة بطيف الإشارة. إذا تم توهين بعض الترددات من الطيف بقوة، ينعكس ذلك على شكل الإشارة. من الواضح أن جودة إرسال الإشارة تعتمد بشكل كبير على عرض النطاق الترددي. لذلك، وفقا لمعايير نقل الجودة العالية المحادثات الهاتفيةيجب أن يكون لخط الاتصال عرض نطاق ترددي لا يقل عن 3400 هرتز.

هناك علاقة بين عرض النطاق الترددي والحد الأقصى من الإنتاجية، والتي أنشأها K. Shannon:

G = F سجل 2 (1 + P c /P w) بت/ثانية، حيث

G - الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي، F - عرض النطاق الترددي بالهرتز، P s - قوة الإشارة، P sh - قوة الضوضاء.

يعد تحديد قوة الإشارة والضوضاء مهمة صعبة للغاية. ومع ذلك، هناك صيغة أخرى حصل عليها نيكويست لهذه القضية إشارات منفصلة، والتي يمكن تطبيقها عندما يكون عدد حالات معلمة المعلومات معروفًا:

G = 2 F سجل 2 M (بت / ثانية)،

حيث F هو عرض النطاق الترددي بالهرتز، وM هو عدد الحالات المحتملة لمعلمة المعلومات. ويترتب على هذه الصيغة أنه عندما تكون M = 2 (أي عندما يحمل كل تغيير في معلمة الإشارة بت واحد من المعلومات)، فإن الإنتاجية تساوي ضعف عرض النطاق الترددي.

عندما يؤثر التداخل (الضوضاء) على الرموز المرسلة، قد يتم تشويه بعضها. بعد ذلك، مع الأخذ في الاعتبار الصيغ المعطاة مسبقًا للإنتروبيا، ستنخفض كمية المعلومات الواردة، وبالتالي إنتاجية قناة الاتصال.

في حالة إرسال رموز رقمية متساوية الاحتمال واحتمالات استبدال متساوية عند إرسال القيم 1(0) إلى false 0(1)، فإن الحد الأقصى للصبيب هو C max = s×=s×، حيث P osh هو الاحتمال من الخطأ.

يتم عرض رسم بياني يوضح شكل اعتماد النسبة C max /s (أي كمية المعلومات المرسلة لكل رمز) على P osh في الشكل 1.14.

الشكل 1.14. اعتماد الإنتاجية على الأخطاء في قناة الاتصال

يتم تشفير كافة أنواع المعلومات في سلسلة من النبضات الكهربائية: هناك نبضة (1)، ولا يوجد نبضة (0)، أي في سلسلة من الأصفار والواحدات. يسمى هذا التشفير للمعلومات في الكمبيوتر بالتشفير الثنائي، ويسمى التسلسل المنطقي للأصفار والواحد لغة الآلة.

يمكن اعتبار هذه الأرقام بمثابة حالتين (أحداث) محتملة بنفس القدر. عند كتابة رقم ثنائي، يتم تنفيذ اختيار إحدى الحالتين المحتملتين (واحد من رقمين)، وبالتالي فإنه يحمل كمية من المعلومات تساوي 1 بت.

حتى وحدة قياس كمية المعلومات (بت) حصلت على اسمها من العبارة الإنجليزية رقم ثنائي، أي رقم ثنائي.

من المهم أن يحمل كل رقم في الكود الثنائي للجهاز معلومات تبلغ 1 بت. وبالتالي، فإن رقمين يحملان بتتين من المعلومات، وثلاثة أرقام تحمل 3 بتات، وما إلى ذلك. كمية المعلومات بالبت تساوي عدد أرقام رمز الجهاز الثنائي.

نقل المعلومات في نظام المعلومات.

يتكون النظام من مرسل للمعلومات وخط اتصال ومستقبل للمعلومات. يجب أولاً تحويل الرسالة إلى إشارة لإرسالها إلى العنوان المناسب. الإشارة هي كمية فيزيائية متغيرة تعرض رسالة. الإشارة- حامل مادي للرسالة، أي كمية مادية متغيرة تضمن نقل المعلومات عبر خط اتصال. يُطلق على الوسيط المادي الذي يتم من خلاله إرسال الإشارات من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال اسم خط الاتصال.

لقد وجدت الإشارات الكهربائية والكهرومغناطيسية والضوءية والميكانيكية والصوتية والموجات فوق الصوتية استخدامًا في التكنولوجيا الحديثة. لنقل الرسائل، من الضروري قبول ناقل يمكن توزيعه بكفاءة على طول خط الاتصال المستخدم في النظام.

يتم تحويل الرسائل إلى إشارات مناسبة للإرسال عبر خط اتصال بواسطة جهاز الإرسال.

في عملية تحويل الرسائل المنفصلة إلى إشارة، يتم تشفير الرسالة. بالمعنى الواسع، التشفير هو تحويل الرسائل إلى إشارة. بالمعنى الضيق، التشفير هو عرض رسائل منفصلة بواسطة إشارات في شكل مجموعات معينة من الرموز. الجهاز الذي يقوم بالتشفير يسمى جهاز التشفير.

أثناء الإرسال، تكون الإشارات عرضة للتداخل. يشير التداخل إلى أي اضطرابات أو مؤثرات خارجية تداخل (تداخل جوي، تأثير مصادر الإشارة الدخيلة)، وكذلك تشويه الإشارات في الجهاز نفسه (تداخل الأجهزة)، مما يتسبب في انحراف عشوائي للرسالة (الإشارة) المستقبلة عن المرسلة واحد.

على الجانب المتلقي، يتم تنفيذ عملية فك التشفير العكسي، أي. استعادة الرسالة المرسلة بناءً على الإشارة المستقبلة.

يقوم جهاز القرار الموجود بعد جهاز الاستقبال بمعالجة الإشارة المستقبلة من أجل استخراج المعلومات منها على أكمل وجه قدر الإمكان.

يقوم جهاز فك التشفير (وحدة فك التشفير) بتحويل الإشارة المستقبلة إلى نموذج مناسب لإدراك المتلقي.

تسمى مجموعة الوسائل المخصصة لنقل الإشارة بقناة الاتصال. ويمكن استخدام نفس خط الاتصال لنقل الإشارات بين العديد من المصادر وأجهزة الاستقبال، أي أن خط الاتصال يمكن أن يخدم عدة قنوات.

عند تجميع أنظمة نقل المعلومات، من الضروري حل مشكلتين رئيسيتين مرتبطتين بنقل الرسائل:

ضمان الحصانة من الضوضاء لنقل الرسائل

ضمان إرسال رسائل عالية الكفاءة

تشير مناعة الضوضاء إلى قدرة المعلومات على الصمود تأثيرات مؤذيةالتشوش في ظل هذه الظروف، أي. بالنسبة لتداخل معين، تحدد الحصانة من الضوضاء دقة نقل المعلومات. يُفهم الإخلاص على أنه مقياس لامتثال الرسالة المستلمة (الإشارة) للرسالة المرسلة (الإشارة).

تشير كفاءة نظام نقل المعلومات إلى قدرة النظام على ضمان نقل كمية معينة من المعلومات بالطريقة الأكثر اقتصادا. الكفاءة تميز قدرة النظام على ضمان نقل كمية معينة من المعلومات بأقل استهلاك لقوة الإشارة والوقت وعرض النطاق الترددي.

تضع نظرية المعلومات معايير لتقييم مناعة الضوضاء وكفاءتها نظم المعلوماتويشير أيضًا إلى الطرق العامة لزيادة مناعة الضوضاء وكفاءتها.

معدل الباود هو السرعة التي يتم بها إرسال أو استقبال المعلومات في شكل ثنائي. عادة، يتم قياس سرعة نقل البيانات بعدد البتات المنقولة في ثانية واحدة.

البتات في الثانية هي وحدة سرعة نقل المعلومات تساوي عدد البتات الثنائية المرسلة بواسطة قناة اتصال في ثانية واحدة، مع مراعاة المعلومات المفيدة ومعلومات الخدمة.

سعة قناة الاتصال هي السرعة القصوى لنقل البيانات من المصدر إلى المتلقي.

الأحرف في الثانية هي وحدة قياس لمعدل نقل المعلومات المفيدة (فقط).

الانتقال إلى وحدات قياس أكبر

لا توجد قيود على القوة القصوى للأبجدية، ولكن هناك أبجدية يمكن اعتبارها كافية (في المرحلة الحالية) للتعامل مع المعلومات، سواء للإنسان أو للإنسان. الأجهزة التقنية. وهي تشمل: الأبجدية اللاتينية، وأبجدية لغة البلد، والأرقام، والأحرف الخاصة - حوالي 200 حرف في المجموع. من الجدول أعلاه يمكننا أن نستنتج أن 7 بتات من المعلومات ليست كافية، مطلوب 8 بتات لتشفير أي حرف من هذه الأبجدية، 256 = 28. 8 بتات تشكل 1 بايت. أي أنه يتم استخدام بايت واحد لترميز حرف أبجدي للكمبيوتر. يشبه توسيع وحدات قياس المعلومات تلك المستخدمة في الفيزياء - حيث يتم استخدام البادئات "كيلو" و"ميجا" و"جيجا". يجب أن نتذكر أن القاعدة ليست 10، بل 2.

1 كيلو بايت (كيلوبايت) = 210 بايت = 1024 بايت،

1 ميجا بايت (ميجابايت) = 210 كيلو بايت = 220 بايت، إلخ.

ستساعد القدرة على تقييم كمية المعلومات الموجودة في الرسالة في تحديد سرعة تدفق المعلومات عبر قنوات الاتصال. تسمى السرعة القصوى لنقل المعلومات عبر قناة الاتصال بعرض النطاق الترددي لقناة الاتصال. وسائل الاتصال الأكثر تقدما اليوم هي الألياف الضوئية. يتم نقل المعلومات على شكل نبضات ضوئية يرسلها باعث الليزر. تتمتع وسائل الاتصال هذه بحصانة عالية من الضوضاء وإنتاجية تزيد عن 100 ميجابت/ثانية.

ومع التقدم التكنولوجي، توسعت أيضًا إمكانيات الإنترنت. ومع ذلك، لكي يتمكن المستخدم من الاستفادة الكاملة منها، فمن الضروري وجود اتصال مستقر وعالي السرعة. بادئ ذي بدء، يعتمد ذلك على إنتاجية قنوات الاتصال. لذلك، من الضروري معرفة كيفية قياس سرعة نقل البيانات وما هي العوامل المؤثرة عليها.

ما هي قدرة قناة الاتصال؟

لكي تتعرف على المصطلح الجديد وتفهمه، عليك أن تعرف ما هي قناة الاتصال. إذا تحدثنا بلغة بسيطةقنوات الاتصال هي الأجهزة والوسائل التي يتم من خلالها النقل عبر مسافة. على سبيل المثال، يتم الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر باستخدام شبكات الألياف الضوئية والكابلات. بالإضافة إلى ذلك، إحدى الطرق الشائعة للاتصال هي عبر قناة الراديو (جهاز كمبيوتر متصل بمودم أو شبكة Wi-Fi).

عرض النطاق الترددي هو السرعة القصوى لنقل المعلومات في وحدة زمنية محددة.

عادة، يتم استخدام الوحدات التالية للإشارة إلى الإنتاجية:

قياس عرض النطاق الترددي

يعد قياس الإنتاجية عملية مهمة إلى حد ما. يتم إجراؤه لمعرفة السرعة الدقيقة للاتصال بالإنترنت. ويمكن إجراء القياس باستخدام الخطوات التالية:

أبسطها هو تنزيل ملف كبير وإرساله إلى الطرف الآخر. العيب هو أنه من المستحيل تحديد دقة القياس.
وبالإضافة إلى ذلك، يمكنك استخدام speedtest.net المورد. تتيح لك الخدمة قياس عرض قناة الإنترنت "المؤدية" إلى الخادم. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة أيضًا غير مناسبة للقياس الشامل؛ حيث توفر الخدمة بيانات حول الخط بأكمله إلى الخادم، وليس حول قناة اتصال معينة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكائن الذي يتم قياسه لا يتمتع بإمكانية الوصول إلى الإنترنت العالمي.
الحل الأمثل للقياس هو الأداة المساعدة لخادم العميل Iperf. يسمح لك بقياس الوقت وكمية البيانات المنقولة. بعد انتهاء العملية يقوم البرنامج بتزويد المستخدم بتقرير.

بفضل الطرق المذكورة أعلاه، يمكنك قياس السرعة الحقيقية لاتصالك بالإنترنت دون أي مشاكل. إذا كانت القراءات لا تلبي احتياجاتك الحالية، فقد تحتاج إلى التفكير في تغيير مقدمي الخدمة.

حساب عرض النطاق الترددي

من أجل إيجاد وحساب سعة خط الاتصال، من الضروري استخدام نظرية شانون-هارتلي. تقول: يمكنك العثور على إنتاجية قناة (خط) الاتصال عن طريق حساب العلاقة المتبادلة بين الإنتاجية المحتملة وعرض النطاق الترددي لخط الاتصال. صيغة حساب الإنتاجية هي كما يلي:

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

في هذه الصيغة، كل عنصر له معناه الخاص:

أنا- يشير إلى الحد الأقصى لمعلمة الإنتاجية.
ز- معلمة عرض النطاق الترددي المخصص لنقل الإشارة.
مثل/ ن- نسبة الضوضاء والإشارة.

تشير نظرية شانون-هارتلي إلى أنه لتقليل الضوضاء الخارجية أو زيادة قوة الإشارة، فمن الأفضل استخدام كابل عريض لنقل البيانات.

طرق نقل الإشارة

توجد اليوم ثلاث طرق رئيسية لنقل الإشارات بين أجهزة الكمبيوتر:

الإرسال عبر شبكات الراديو.
نقل البيانات عبر الكابل.
نقل البيانات عبر اتصالات الألياف الضوئية.

كل من هذه الأساليب لها خصائص فردية لقنوات الاتصال، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

تشمل مزايا نقل المعلومات عبر القنوات الراديوية ما يلي: تعدد الاستخدامات وسهولة التركيب والتكوين لهذه المعدات. كقاعدة عامة، يتم استخدام جهاز إرسال لاسلكي للاستقبال والطريقة. يمكن أن يكون مودمًا لجهاز كمبيوتر أو محول Wi-Fi.

تشمل عيوب طريقة النقل هذه السرعة غير المستقرة والمنخفضة نسبيًا، والاعتماد الكبير على وجود أبراج الراديو، فضلاً عن ارتفاع تكلفة الاستخدام (تبلغ تكلفة الإنترنت عبر الهاتف المحمول ضعف تكلفة الإنترنت "الثابت" تقريبًا).

مزايا نقل البيانات عبر الكابل هي: الموثوقية وسهولة التشغيل والصيانة. تنتقل المعلومات عن طريق التيار الكهربائي. نسبيًا، ينتقل تيار عند جهد معين من النقطة A إلى النقطة B. ويتم تحويل A لاحقًا إلى معلومات. يمكن للأسلاك أن تتحمل التغيرات في درجات الحرارة والانحناء والضغط الميكانيكي بشكل جيد للغاية. وتشمل العيوب السرعة غير المستقرة، فضلا عن تدهور الاتصال بسبب المطر أو العواصف الرعدية.

ربما الأكثر مثالية هذه اللحظةتكنولوجيا نقل البيانات هي استخدام كابلات الألياف الضوئية. يتم استخدام الملايين من الأنابيب الزجاجية الصغيرة في تصميم قنوات الاتصال لشبكة قنوات الاتصال. والإشارة المرسلة من خلالها هي نبضة خفيفة. وبما أن سرعة الضوء أعلى عدة مرات من سرعة التيار، هذه التكنولوجيايسمح بتسريع الاتصال بالإنترنت عدة مئات من المرات.

تشمل العيوب هشاشة كابلات الألياف الضوئية. أولا، لا يمكنهم تحمل الأضرار الميكانيكية: لا يمكن للأنابيب المكسورة أن تنقل إشارة ضوئية من خلال نفسها، والتغيرات المفاجئة في درجات الحرارة تؤدي إلى تشققها. حسنًا، إن زيادة إشعاع الخلفية يجعل الأنابيب غائمة - ولهذا السبب، قد تتدهور الإشارة. بالإضافة إلى ذلك، من الصعب إصلاح كابل الألياف الضوئية إذا انكسر، لذلك يجب استبداله بالكامل.

ما سبق يشير إلى أنه مع مرور الوقت يتم تحسين قنوات الاتصال وشبكات قنوات الاتصال، مما يؤدي إلى زيادة معدلات نقل البيانات.

متوسط سعة خطوط الاتصال

ومما سبق يمكننا أن نستنتج أن قنوات الاتصال تختلف في خصائصها التي تؤثر على سرعة نقل المعلومات. كما ذكرنا سابقًا، يمكن أن تكون قنوات الاتصال سلكية أو لاسلكية أو تعتمد على استخدام كابلات الألياف الضوئية. النوع الأخير من إنشاء شبكات البيانات هو الأكثر فعالية. ويبلغ متوسط سعة قناة الاتصال الخاصة بها 100 ميجابت/ثانية.

ما هو الفوز؟ كيف يتم قياس معدل البت؟

معدل البت هو قياس لسرعة الاتصال. يتم حسابها بالبت، وهي أصغر وحدة لتخزين المعلومات، لكل ثانية واحدة. لقد كانت متأصلة في قنوات الاتصال في عصر “ التنمية في وقت مبكر» الإنترنت: في ذلك الوقت، كانت الملفات النصية تُنقل بشكل رئيسي عبر شبكة الإنترنت العالمية.

حاليا، وحدة القياس الأساسية هي 1 بايت. وهي بدورها تساوي 8 بتات. غالبًا ما يرتكب المستخدمون المبتدئون خطأً فادحًا: فهم يخلطون بين الكيلوبت والكيلوبايت. هذا هو المكان الذي ينشأ فيه الارتباك عندما لا ترقى القناة ذات النطاق الترددي 512 كيلوبت في الثانية إلى مستوى التوقعات وتنتج سرعة تبلغ 64 كيلوبت في الثانية فقط. لتجنب الالتباس، عليك أن تتذكر أنه إذا تم استخدام البتات للإشارة إلى السرعة، فسيتم الإدخال بدون اختصارات: bit/s، أو kbit/s، أو kbit/s، أو kbps.

العوامل المؤثرة على سرعة الإنترنت

كما تعلم، تعتمد السرعة النهائية للإنترنت على النطاق الترددي لقناة الاتصال. تتأثر سرعة نقل المعلومات أيضًا بما يلي:

طرق الاتصال.

موجات الراديو والكابلات وكابلات الألياف الضوئية. تمت مناقشة خصائص ومزايا وعيوب طرق الاتصال هذه أعلاه.

تحميل الخادم.

كلما كان الخادم أكثر انشغالًا، كان استقباله أو إرساله للملفات والإشارات أبطأ.

التدخل الخارجي.

التدخل له أكبر الأثر على الاتصالات التي تم إنشاؤها باستخدام موجات الراديو. يحدث هذا بسبب الهواتف المحمولة وأجهزة الراديو وأجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال الراديوية الأخرى.

ولاية معدات الشبكة.

بالطبع، تلعب طرق الاتصال وحالة الخوادم ووجود التداخل دورًا مهمًا في ضمان الإنترنت عالي السرعة. ومع ذلك، حتى لو كانت المؤشرات المذكورة أعلاه طبيعية، وكانت سرعة الإنترنت منخفضة، فإن المشكلة مخفية في معدات شبكة الكمبيوتر. حديث بطاقات الشبكةقادر على الحفاظ على اتصال بالإنترنت بسرعات تصل إلى 100 ميجابت في الثانية. البطاقات سابقايمكن أن توفر إنتاجية قصوى تبلغ 30 و50 ميجابت في الثانية على التوالي.

كيفية زيادة سرعة الإنترنت؟

كما ذكرنا سابقًا، يعتمد إنتاجية قناة الاتصال على العديد من العوامل: طريقة الاتصال، وأداء الخادم، ووجود الضوضاء والتداخل، بالإضافة إلى حالة معدات الشبكة. لزيادة سرعة الاتصال في المنزل، يمكنك استبدال معدات الشبكة بمعدات أكثر تقدمًا، وكذلك التبديل إلى طريقة اتصال أخرى (من موجات الراديو إلى الكابل أو الألياف الضوئية).

أخيراً

لتلخيص ذلك، تجدر الإشارة إلى أن النطاق الترددي لقناة الاتصال وسرعة الإنترنت ليسا نفس الشيء. لحساب الكمية الأولى، من الضروري استخدام قانون شانون-هارتلي. ووفقا له، يمكن تقليل الضوضاء وزيادة قوة الإشارة عن طريق استبدال قناة الإرسال بقناة أوسع.

من الممكن أيضًا زيادة سرعة اتصالك بالإنترنت. ولكن يتم ذلك عن طريق تغيير المزود، واستبدال طريقة الاتصال، وتحسين معدات الشبكة، وكذلك حماية أجهزة إرسال واستقبال المعلومات من المصادر التي تسبب التداخل.

نحن نعيش في عصر التقنيات الرقمية سريعة التطور. من الصعب بالفعل تخيل الواقع الحديث بدونه حواسيب شخصيةوأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية وغيرها من الأدوات الإلكترونية التي لا تعمل بمعزل عن بعضها البعض، ولكنها مدمجة في شبكة محلية ومتصلة بالشبكة المحلية شبكة عالمية

السمة الهامة لجميع هذه الأجهزة هي الإنتاجية محول الشبكةالذي يحدد معدل نقل البيانات في الشبكة المحلية أو العالمية. بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائص سرعة قناة نقل المعلومات مهمة. في الأجهزة الإلكترونيةالجيل الجديد، ليس من الممكن فقط قراءة المعلومات النصية دون أي خلل أو تجميد، ولكن أيضًا اللعب بشكل مريح ملفات الوسائط المتعددة(صور وصور عالية الدقة، موسيقى، مقاطع فيديو، ألعاب عبر الإنترنت).

كيف يتم قياس سرعة نقل البيانات؟

لتحديد هذه المعلمة، تحتاج إلى معرفة الوقت الذي تم فيه إرسال البيانات وكمية المعلومات المرسلة. مع مرور الوقت، يصبح كل شيء واضحا، ولكن ما هي كمية المعلومات وكيف يمكن قياسها؟

في جميع الأجهزة الإلكترونية، والتي هي في الأساس أجهزة كمبيوتر، يتم تشفير المعلومات المخزنة والمعالجة والمرسلة النظام الثنائيالأصفار (لا توجد إشارة) والآحاد (توجد إشارة). واحد صفر أو واحد هو بت واحد، 8 بت هي بايت واحد، 1024 بايت (اثنان إلى الأس العاشر) هي كيلو بايت واحد، 1024 كيلو بايت هي ميغا بايت واحد. وتأتي بعد ذلك الجيجابايت والتيرابايت ووحدات القياس الأكبر. تُستخدم هذه الوحدات عادةً لتحديد كمية المعلومات المخزنة والمعالجة على أي جهاز معين.

يتم قياس كمية المعلومات المنقولة من جهاز إلى آخر بالكيلوبت والميجابت والجيجابت. الكيلوبت الواحد يساوي ألف بت (1000/8 بايت)، والميغابت الواحد يساوي ألف كيلوبت (1000/8 ميغا بايت)، وهكذا. يُشار عادةً إلى السرعة التي يتم بها إرسال البيانات من خلال كمية المعلومات التي تمر في ثانية واحدة (كيلوبت في الثانية، ميجابت في الثانية، جيجابت في الثانية).

سرعة نقل البيانات عبر خط الهاتف

حاليًا، للاتصال بالشبكة العالمية عبر خط الهاتف، والذي كان في الأصل القناة الوحيدة للاتصال بالإنترنت، يتم استخدام أجهزة المودم في الغالب تقنية ADSL. إنه قادر على تحويل خطوط الهاتف التناظرية إلى وسائط نقل بيانات عالية السرعة. تصل سرعة الاتصال بالإنترنت إلى 6 ميغابت في الثانية، كما أن السرعة القصوى لنقل البيانات عبر خط الهاتف باستخدام التقنيات القديمة لم تتجاوز 30 كيلوبت في الثانية.

سرعة نقل البيانات في شبكات الهاتف المحمول

يتم استخدام معايير 2g و 3g و 4g في شبكات الهاتف المحمول.

تم استبدال 2g بـ 1g بسبب الحاجة إلى التبديل من الإشارة التناظرية إلى الإشارة الرقمية في أوائل التسعينيات. على الهواتف المحمولة التي تدعم 2G، أصبح من الممكن إرسالها المعلومات الرسومية. تجاوز الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات 2 جرام 14 كيلوبت في الثانية. بسبب ظهور الإنترنت عبر الهاتف النقالكما تم إنشاء شبكة 2.5G.

وفي عام 2002، تم تطوير شبكة الجيل الثالث في اليابان، ولكن تم إنتاجها بكميات كبيرة الهواتف المحمولةمع دعم الجيل الثالث 3G بدأ في وقت لاحق من ذلك بكثير. زادت السرعة القصوى لنقل البيانات عبر الجيل الثالث من حيث الحجم ووصلت إلى 2 ميغابت في الثانية.

حوامل أحدث الهواتف الذكيةلدينا الفرصة للاستفادة من جميع مزايا شبكة 4G. ولا يزال تحسينها مستمرا. وسوف تسمح للأشخاص الذين يعيشون في صغيرة المناطق المأهولة بالسكان، الوصول بحرية إلى الإنترنت وجعله أكثر ربحية من الاتصال من الأجهزة الثابتة. الحد الأقصى لسرعة نقل البيانات 4G هائل بكل بساطة - 1 جيجابت في الثانية.

تنتمي شبكات LTE إلى نفس جيل 4G. معيار LTE هو الإصدار الأول والأقدم من 4G. وبالتالي، فإن الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات في LTE أقل بكثير ويبلغ 150 ميغابت في الثانية.

معدل بيانات الألياف البصرية

يعد نقل المعلومات عبر كابل الألياف الضوئية هو الأسرع على الإطلاق في شبكات الكمبيوتر. وفي عام 2014، حقق العلماء في الدنمارك أقصى معدل لنقل البيانات عبر الألياف الضوئية يبلغ 43 تيرابايت في الثانية.

وبعد بضعة أشهر، أثبت علماء من الولايات المتحدة وهولندا سرعة 255 تيرابايت في الثانية. الحجم هائل، ولكن هذا أبعد ما يكون عن الحد. ومن المخطط أن تصل السرعة في عام 2020 إلى 1000 تيرابايت في الثانية. سرعة نقل البيانات عبر الألياف الضوئية غير محدودة عمليا.

سرعة التحميل بالواي فاي

Wi-Fi هو اسم تجاري للاتصالات اللاسلكية شبكات الحاسب، متحدًا بمعيار IEEE 802.11، الذي يتم من خلاله نقل المعلومات عبر قنوات الراديو. أقصى سرعة نقل نظريا بيانات واي فايهو 300 ميغابت في الثانية، ولكن في الواقع أفضل النماذجبالنسبة لأجهزة التوجيه لا يتجاوز 100 ميغابت في الثانية.

مزايا Wi-Fi هي القدرة اتصال لاسلكيإلى الإنترنت باستخدام جهاز توجيه واحد لعدة أجهزة في وقت واحد ومستوى منخفض من انبعاث الراديو، وهو أمر أقل من مستوى الحجم هاتف خليويفي وقت استخدامها.