Как найти скорость пропускной способности

Расчеты пропускной способности могут помочь предприятию определить скорость, с которой продукция достигает потребителей. Иногда называемая скоростью потока, эта информация может помочь предприятию принимать обоснованные решения о производственном процессе от инвестиций до производства и получения дохода. Знание того, как измерить пропускную способность, является первым шагом к использованию этой информации для принятия решений, которые могут положительно повлиять на доход. В этой статье мы рассмотрим определение показателя пропускной способности, компоненты показателя пропускной способности и формулу для расчета показателя пропускной способности.

Что такое пропускная способность?

Пропускная способность измеряет скорость, с которой единицы продукции проходят через производственный процесс от начала до конца. Единицей при расчете пропускной способности может быть любой объект, имеющий значение для конкретного бизнеса, как материальный, так и нематериальный. Расчет пропускной способности может включать отдельные физические предметы, клиентов или взаимодействия, например, количество проданных туфель в минуту или количество клиентов, обслуживаемых в час. Определение пропускной способности может помочь бизнесу принимать решения о проведении операций, которые минимизируют накладные расходы и максимизируют доход.

Каковы компоненты коэффициента пропускной способности?

Пропускная способность рассчитывается с использованием запасов и времени потока. Термины запасы и поток могут использоваться для обозначения разных вещей в обычном разговоре, но они означают нечто конкретное при расчете пропускной способности для целей бизнеса.

Инвентаризация

Запасы для целей расчета пропускной способности означают количество единиц продукции, задействованных в операциях предприятия в данный момент времени. Например, инвентаризация клиентов в маникюрном салоне включает клиентов, ожидающих обслуживания, а также тех, кто обслуживается в данный момент. Это более широкое определение для запасов, чем то, которое используется в бухгалтерском учете, где запасы означают только текущее количество единиц продукции. В случае с маникюрным салоном учетные запасы включают только тех клиентов, которые обслуживаются в данный момент времени.

Время потока

Время потока — это количество времени, которое продукт проводит в производственном процессе от начала до конца. Иногда этот показатель также называют временем обработки. У продукта может быть более одного пути через операции предприятия. В данном случае используется самое длительное время, которое может потребоваться продукту для прохождения производственного процесса.

Какова формула для коэффициента пропускной способности?

Формула для расчета пропускной способности такова:

I=R*T

В этой формуле I представляет инвентарь, R представляет пропускную способность, а T представляет время. Поскольку желаемым конечным результатом является коэффициент производительности, или R, вы можете перестроить формулу, решив R таким образом:

R=IT

Как рассчитать пропускную способность

Компоненты коэффициента пропускной способности могут отличаться, поскольку вы можете учитывать различные виды запасов и проводить измерения в течение различных периодов времени. Процесс расчета пропускной способности, однако, обычно происходит следующим образом:

1. Измерьте инвентаризацию

Помните, что инвентарь в контексте производительности — это каждая единица, участвующая в операционном цикле в данный момент времени. Сюда входят товары, готовые к продаже, и товары, находящиеся в процессе производства. Если вы измеряете запасы по количеству клиентов, это будет включать в себя как обслуживание клиентов, так и ожидание клиентов. В вашем расчете пропускной способности это число будет представлено как I. Например, если у вас на складе и в производстве находится в общей сложности 300 праздничных шляп, то I будет равно 300.

2. Определите единицу времени

Показатель пропускной способности измеряется как функция бизнес-единиц с течением времени. В зависимости от типа информации, которую вы ищете, вы можете захотеть узнать общее количество единиц за одну секунду, одну минуту, один час или другой промежуток времени. Этот период времени будет представлен как T в уравнении пропускной способности. Например, если вы хотите измерить количество гамбургеров, произведенных и проданных за 8-часовую смену, то T=8.

3. Составьте уравнение

Когда вы определите свой запас и желаемый промежуток времени, просто разделите показатель запаса на меру времени. Например, если вы определили, что у вас 10 клиентов ожидают и обслуживаются, и вы посчитали этих клиентов в течение двух часов, вы составите уравнение в виде R(пропускная способность)=10 и клиенты (инвентарь) 2 часа (время). Таким образом, в данном случае пропускная способность равна пяти клиентам в час.

4. Проанализируйте свои результаты

Показатели пропускной способности наиболее полезны, когда специалисты по управлению операциями и другие руководители предприятий используют их для анализа эффективности бизнеса. Поскольку каждый бизнес вмещает уникальный набор элементов операций в зависимости от его размера, накладных расходов и операционных затрат, вы можете обнаружить, что анализ пропускной способности является относительным. Вы можете извлечь смысл из показателей пропускной способности внутри компании, сравнивая один день с другим или с бизнес-подразделениями в разных местах. Вы также можете сравнить показатели пропускной способности вашего предприятия с другими в той же отрасли, если такая информация доступна.

Пример расчета пропускной способности

Рассмотрите следующие примеры при определении пропускной способности для вашего собственного бизнеса:

Пример 1

Владелец кафе хочет знать пропускную способность кофейных напитков в течение одного 12-часового дня. Они подсчитывают количество напитков, приготовленных за этот период времени, и определяют, что было приготовлено и продано 300 кофейных напитков. В данном примере I (запасы) = 300 напитков, а T (время) = 12 часов. Владелец кафе рассчитывает пропускную способность путем деления инвентаризации на время, или 300 напитков, деленных на 12 часов. 30012 = 25. Их пропускная способность составляет 25 напитков в час.

Пример 2

Менеджер завода хочет узнать пропускную способность по болтам, производимым в секунду. Они знают, что каждую минуту 3000 болтов находятся в производстве и на складе вместе взятых. В этом примере I (запасы) = 3000 и T (время) = 60 секунд. Используя уравнение R (пропускная способность) = 3000 болтов разделить на 60 секунд, можно определить, что пропускная способность составляет 50 болтов в секунду.

Пример 3

Менеджер магазина сотовых телефонов знает, что в течение четырех часов 20 покупателей заходят в магазин, ожидают помощи и получают обслуживание, прежде чем уйти. Если они хотят узнать свою пропускную способность, они могут разделить инвентарь (20 клиентов) на период времени (4 часа), чтобы получить результат 5 клиентов в час.

Пропускная
способность дискретных каналов связи

Пропускной
способностью канала связи называется
максимально возможная скорость передачи
по этому каналу, которая обеспечивается
при источнике с максимальной энтропией.

Еще раз подчеркнем,
пропускная способность – характеристика
канала связи. Для дискретного канала
она зависит от технической скорости
передачи, которая ограничивается полосой
пропускания канала, и от потерь информации.
Последние зависят от помех, действующих
в канале, способов обработки сигналов
в передатчике и приемнике, а также и от
технической скорости передачи. Рассмотрим
с точки зрения пропускной способности
дискретный канал связи без помех и
дискретный канал связи с помехами.

Пропускная
способность дискретного канала без
помех

Докажем, что для
дискретного канала пропускная
способность зависит
от технической скорости передачи.

Известно,
что среднее количество информации,
переносимое одним символом, равно
энтропии символа на входе канала

[бит/символ].

Скорость
передачи информации I`
будет зависеть от количества информации,
приходящейся на один символ

или
энтропии символа H(X)
на входе канала и скорости передачи
элементарных символов сигнала
(электрических
кодовых сигналов)

.

Т.е.:

[бит./с].
(2.6)

Из
выражения (2.6) следует, что пропускная
способность канала связи это действительно
наибольшая теоретически достижимая
для данного канала скорость передачи
информации. От свойства сигнала пропускная
способность не зависит.

Пропускная
способность
представляет
собой максимальное количество информации,
которое можно передать по каналу при
данных условиях за единицу времени.
Математически это записывается в
следующей форме:

(2.7)

где
С
– пропускная способность,

–
количество информации передаваемое в
единицу времени с помощью входных
сигналов X
и выходных Y.

Запись

означает, что отыскание максимума
выражения (2.7) ведется по всем возможным
источникам сообщений.

Считая,
скорость передачи

заданной и раскрывая значение I`(…)
получим, что максимальная скорость
передачи информации будет обеспечена
при максимальном значении энтропии
сигнала.

Известно,
что максимальное значение энтропии
обеспечивается при равномерном
распределении вероятностей и статисческой
независимости символов алфавита сигнала.
Таким образом:

, (2.8)

— количество
букв в алфавите.
Из
формулы видно, что пропускная способность
измеряется в единицах измерения
количества информации за единицу
времени.

Рассмотрим
методику определения пропускной
способности канала связи без помех на
следующем примере.

В
информационном канале без помех для
передачи сообщений используется алфавит
с четырьмя различными символами

=4,
а код каждого сообщения содержит

=2
бита. Длительности всех разрядов,
соответствующих битам одинаковы и равны
одной миллисекунде: t_с=
1 мс.

Определить
пропускную способность канала передачи.

Решение.

Для
расчета пропускной способности
дискретного канала без помех используется
выражение (2.12).

.

Скорость
передачи одного символа

,

где

–
средняя длительность передачи символа.

Так
как код каждого символа содержит 2 бита,
то длительность всех сигналов будет
постоянна и равна

[мс].

.

И,
следовательно

.

Пропускная
способность дискретного канала с
помехами

При определении
пропускной способности канала
предполагается, что задано свойства
канала (структура и уровень сигнала и
помех, вид модуляции, методы кодирования
и декодирования и др.). Эти свойства
определяют статистические связи между
принимаемыми сигналами, которые в свою
очередь выражаются условными вероятностями
вида р(х_iy_i)
и р(у_iх_i)
(рис.2.2). При заданных таким образом
свойствах канала максимальную скорость
передачи информации можно обеспечить
выбором оптимального ансамбля сигналов.
При этом накладываются ограничения в
отношении уровня сигнала, его структуры,
спектра, объёма алфавита и др. Выбор
оптимального ансамбля сигналов означает
выбор оптимального распределения
вероятностей р(х_i).

В
соответствии с этим пропускная способность
дискретного канала с помехами определяется
как максимальная скорость передачи
информации, которая может быть достигнута
при заданных свойствах канала и наложенных
ограничениях:

.
(2.9)

В
соотношении (2.9) максимум берётся по
всем допустимым распределениям
вероятности р(х_i).
Здесь

–
максимальное число сообщений, которое
может быть передано по каналу за единицу
времени. Величина V_max
зависит от электрических характеристик
канала и вида модуляции. При передаче
с большой скоростью, т.е. короткими
импульсами, через канал с ограниченной
полосой, недостаточно для неискаженного
воспроизведения этих импульсов возникает
взаимное перекрытия ряда соседних
сигналов, снижающее достоверность
приёма. Предельная удельная скорость
передачи дискретных сигналов, при
которой может быть достигнут безыскаженный
прием, составляет 2 бода на 1 Герц полосы
канала.

Для
двоичного канала V_max
представляет собой максимально возможную
скорость манипуляции В_max.
Напомним, что в отсутствие помех Н(XY)=0.
Пропускная способность двоичного канала
равна скорости манипуляции В_max.

В
дальнейшем будем рассматривать только
такие каналы, которые называют каналами
без памяти. Дискретный
канал называется
каналом без
памяти,
если вероятность перехода любого
входного символа в любой выходной не
зависит от того, какие символы передавались
до этого и как они были приняты.

Если
алфавит входных (X)
и выходных (Y)
сигналов состоит из двух символов, то
канал называется двоичным. Диаграмма
переходных вероятностей такого канала
представлена на рис. 2.4.

Алфавит
входных сигналов имеет два символа х₀
и
х₁
.
Выбранный случайным образом источником
сообщений, один из этих символов подаётся
на вход дискретного канала. На приёме
регистрируется у₀
и
y₁
. Выходной алфавит тоже имеет два символа.
Символ у₀
может быть зарегистрирован при передаче
сигнала х₀
. Вероятность такого события – р(y_0x₀).
Символ у₀
может быть зарегистрирован при передаче
сигнала х₁
. Вероятность такого события – р(y_0x₁).
Символ y₁
может быть зарегистрирован при передачи
сигналов х₀
и
х₁
с вероятностями р(y_1x₀)
и р(y_1
x₁)
соответственно. Правильному приёму
соответствуют события с вероятностями
появления р(y_1x₁)
и р(y_0x₀).
Ошибочный прием символа происходит при
появлении событий с вероятностями
р(y_1x₀)
и р(y_0x₁).
Стрелки на рисунке 2.5 показывают, что
возможные события заключаются в переходе
символа х₁
в
y₁
и х₀
в
y₀
(это соответствует безошибочному
приему), а также в переходе х₁
в y₀
и х₀
в
y₁
(это соответствует ошибочному приему).
Такие переходы характеризуются
соответствующими вероятностями р(y_1x₁),
р(y_0x₀),
р(y_1x₀),
р(y_0x₁),
а сами вероятности называют переходными.
Переходные вероятности характеризуют
вероятности воспроизведения на выходе
канала переданных символов.

Канал
без памяти называют симметричным, если
соответствующие переходные вероятности
одинаковы, а именно одинаковы вероятности
правильного приёма, а также одинаковы
вероятности любых ошибок. То есть:

Канал с произвольным
объёмом алфавита называется симметричным,
если

(2.11)

В
(2.11)

– объём алфавита сигналов.

Дискретный
канал считается полностью определенным,
если известна скорость передачи отдельных
элементов дискретных сигналов и
определены (переходные) вероятности

.

Переходные
вероятности

и распределение вероятностей р(х_i)
позволяют определить апостериорную
неопределённость

не устраняемую полностью при приеме,
так как в канале с помехами возможно
искажение передаваемых сигналов.
Напомним, что

определяется выражением

(2.12)

В выражении 2.12

условная энтропия входного символа

при принятом символе

;
р(х_iy_j
)
– условная вероятность передачи х_i,
если принят y_j.
Границы условной энтропии

определяются неравенством

(2.13)

При
чем



при отсутствии помех в канале. Это
означает, что остаточной (апостериорной)
неопределённости нет. Помеха не искажает
передаваемые сигналы. Сообщение на
приеме восстанавливаются полностью и
из них извлекается вся информация.

при
обрыве канала. При обрыве канала
информация по каналу не передается и
неопределенность на приёме не уменьшается.

Таким
образом, при неполной достоверности
сообщений, среднее количество информации
равно разности безусловной энтропии
Н(X)
и условной энтропии

характеризующей остаточную неопределённость
сообщений. И в результате передачи по
каналу одного элемента сообщения X
неопределенность на выходе уменьшиться
в среднем на величину

(2.14)

В
выражении 2.14 условная вероятность

определяется распределением вероятностей

и переходными вероятностями

(2.15)

где q
= 1-р
– вероятность ошибочного приема символа,
р
– вероятность правильного приёма
символа, N
– алфавит сигналов.

Подставляя
(2.15) в выражение (2.9) для пропускной
способности получаем

(2.16)

Максимальное
значение энтропия принимает при равно
вероятных символах сообщения. Т.к. Н(Y)
= log
N,
где N
– алфавит выходных сигналов, то для
пропускной способности можем окончательно
записать

[бит/сек].
(2.17)

Пропускная
способность канала в расчете на один
символ
определяется путем деления С
на количество элементов сообщения,
передаваемых в единицу времени, т.е. на
скорость передачи

.
Пропускная
способность канала в расчете на один
символ
составляет

[бит/символ].
(2.18)

Из
выражения 2.18 следует, что при

и

пропускная
способность симметричного канала равна
нулю. Действительно, представляя значения
q
и p
выражение 2.18 получаем

Этот
случай соответствует обрыву канала.
Физически, это означает, что по каналу
идет передача информации, на выходе
канала её получить невозможно, т.к. при
любом переданном символе x_i

все принимаемые символы у_j

равновероятные, т.е. р(у_j|x_i)
= 1/N.
Максимальной пропускная способность
становится при отсутствии помех. В этом
случае вероятность ошибки q
становится равной 0: q
= 0, а вероятность безошибочного приёма
р=
1. Подставляя эти значения в (2.18) получаем

[бит/сек].

В
частном случае двоичного симметричного
канала без памяти, т.е. при N=
2 получаем:

Cс
=
1 + p
log p
+ (1-p)
log (1-p).

Беря
различные значения р,
можем определить пропускную способность
для такого канала.

Проанализируем
пропускную способность симметричного
канала без памяти при N
= 2:

C
=
1 + p
log p
+ (1-p)
log (1-p)

где

— вероятность правильного приема,

— вероятность
ошибки.

C

Из графика (рис.2.2)
видно, что пропускная способность
максимальна, если вероятность ошибки
q равна 0. При
увеличении вероятности q
от 0 до 0,5 пропускная способность С
уменьшается до нуля. В точке q=0,5
пропускная способность равна нулю. Этот
случай соответствует обрыву канала.
При дальнейшем возрастании вероятности
ошибок q пропускная
способность С начинает увеличиваться
и достигает максимума при q=1.
это означает, что все переданные «1» под
воздействием помех переходят в «0», а
все «0» переходят в «1». Поэтому, изменением
полярности на приеме можно полностью
исключить ошибки.

Пропускная
способность непрерывных
каналов связи

Определение
пропускной способности непрерывного
канала с

белым шумом

Непрерывный
канал связи, как и дискретный,
характеризуется количеством передаваемой
информации и пропускной способностью
– максимально возможной скоростью
передачи информации.

Рассмотрим
непрерывный канал с дискретным временем,
т.е. канал, по которому со скоростью

передаются отсчеты дискретного по
времени и непрерывного по интенсивности
сигнала.

В
соответствии со схемой (рис.2.1)

,

где

–
дифференциальная энтропия суммы



на выходе непрерывного канала;

– условная
дифференциальная энтропия суммы

при известном входном сигнале

.

Если
помехи в канале связи являются аддитивными,
т.е.

,
то можно показать, что

,

где

–
дифференциальная энтропия помехи. Тогда
среднее количество информации, переносимое
одним отсчетом, равно

,

а
скорость передачи информации

.

В
частном случае, если средние мощности
сигнала и шума на выходе канала ограничены
(в определенной полосе частот), а
распределение плотности вероятностей

и

являются нормальными (гауссовскими),
то

,

,

где
Р_с
и Р_п
– средние мощности полезного сигнала

и помехи

на выходе канала;

Р_с+Рп
–
средняя мощность (дисперсия) суммы

(при независимости

и n(t)).

Тогда
пропускная
способность непрерывного канала с
дискретным временем рассчитывается по
формуле:

(2.20)

где
Р_с
/Р­_п
– отношение
сигнал/помеха
на выходе канала связи.

В
полностью непрерывном канале с широкой
полосой пропускания

минимальная скорость передачи отсчетов
определяется в соответствии с теоремой
Котельникова

,
так
что

(2.21)

Это выражение
называется формулой Шеннона, которая
справедлива лишь по отношению к гауссовым
каналам, т.е. к каналам с белым гауссовским
шумом.

Соседние файлы в папке Лекции

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

С течением технического прогресса расширились и возможности интернета. Однако для того, чтобы пользователь мог ими воспользоваться в полной мере, необходимо стабильное и высокоскоростное соединение. В первую очередь оно зависит от пропускной способности каналов связи. Поэтому необходимо выяснить, как измерить скорость передачи данных и какие факторы на нее влияют.

Что такое пропускная способность каналов связи?

Для того чтобы ознакомиться и понять новый термин, нужно знать, что представляет собой канал связи. Если говорить простым языком, каналы связи – это устройства и средства, благодаря которым осуществляется передача данных (информации) на расстоянии. К примеру, связь между компьютерами осуществляется благодаря оптоволоконным и кабельным сетям. Кроме того, распространен способ связи по радиоканалу (компьютер, подключенный к модему или же сети Wi-Fi).

Пропускной же способностью называют максимальную скорость передачи информации за одну определенную единицу времени.

Обычно для обозначения пропускной способности используют следующие единицы:

Измерение пропускной способности

Измерение пропускной способности – достаточно важная операция. Она осуществляется для того, чтобы узнать точную скорость интернет-соединения. Измерение можно осуществить с помощью следующих действий:

• Наиболее простое – загрузка объемного файла и отправление его на другой конец. Недостатком является то, что невозможно определить точность измерения.
• Кроме того, можно воспользоваться ресурсом speedtest.net. Сервис позволяет измерить ширину интернет-канала, «ведущего» к серверу. Однако для целостного измерения этот способ также не подходит, сервис дает данные обо всей линии до сервера, а не о конкретном канале связи. Кроме того, подвергаемый измерению объект не имеет выхода в глобальную сеть Интернет.
• Оптимальным решением для измерения станет клиент-серверная утилита Iperf. Она позволяет измерить время, количество переданных данных. После завершения операции программа предоставляет пользователю отчет.

Благодаря вышеперечисленным способам, можно без особых проблем измерить реальную скорость интернет-соединения. Если показания не удовлетворяют текущие потребности, то, возможно, нужно задуматься о смене провайдера.

Расчет пропускной способности

Для того чтобы найти и рассчитать пропускную способность линии связи, необходимо воспользоваться теоремой Шеннона-Хартли. Она гласит: найти пропускную способность канала (линии) связи можно, рассчитав взаимную связь между потенциальной пропускной способностью, а также полосой пропускания линии связи. Формула для расчета пропускной способности выглядит следующим образом:

I=Glog₂ (1+A_s/A_n).

В данной формуле каждый элемент имеет свое значение:

• I – обозначает параметр максимальной пропускной способности.
• G – параметр ширины полосы, предназначенной для пропускания сигнала.
• A_s/A_n – соотношение шума и сигнала.

Теорема Шеннона-Хартли позволяет сказать, что для уменьшения внешних шумов или же увеличения силы сигнала лучше всего использовать широкий кабель для передачи данных.

Способы передачи сигнала

На сегодняшний день существует три основных способа передачи сигнала между компьютерами:

• Передача по радиосетям.
• Передача данных по кабелю.
• Передача данных через оптоволоконные соединения.

Каждый из этих способов имеет индивидуальные характеристики каналов связи, речь о которых пойдет ниже.

К преимуществам передачи информации через радиоканалы можно отнести: универсальность использования, простоту монтажа и настройки такого оборудования. Как правило, для получения и передачи данных беспроводным способом используется радиопередатчик. Он может представлять собой модем для компьютера или же Wi-Fi адаптер.

Недостатками такого способа передачи можно назвать нестабильную и сравнительно низкую скорость, большую зависимость от наличия радиовышек, а также дороговизну использования (мобильный интернет практически в два раза дороже «стационарного»).

Плюсами передачи данных по кабелю являются: надежность, простота эксплуатации и обслуживания. Информация передается посредством электрического тока. Условно говоря, ток под определенным напряжением перемещается из пункта А в пункт Б. А позже преобразуется в информацию. Провода отлично выдерживают перепады температур, сгибания и механическое воздействие. К минусам можно отнести нестабильную скорость, а также ухудшение соединения из-за дождя или грозы.

Пожалуй, самой совершенной на данный момент технологией по передаче данных является использование оптоволоконного кабеля. В конструкции каналов связи сети каналов связи применяются миллионы мельчайших стеклянных трубок. А сигнал, передаваемый по ним, представляет собой световой импульс. Так как скорость света в несколько раз выше скорости тока, данная технология позволила в несколько сотен раз ускорить интернет-соединение.

К недостаткам же можно отнести хрупкость оптоволоконных кабелей. Во-первых, они не выдерживают механические повреждения: разбившиеся трубки не могут пропускать через себя световой сигнал, также резкие перепады температур приводят к их растрескиванию. Ну а повышенный радиационный фон делает трубки мутными – из-за этого сигнал может ухудшаться. Кроме того, оптоволоконный кабель тяжело восстановить в случае разрыва, поэтому приходится полностью его менять.

Вышесказанное наводит на мысль о том, что с течением времени каналы связи и сети каналов связи совершенствуются, что приводит к увеличению скорости передачи данных.

Средняя пропускная способность линий связи

Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что каналы связи различны по своим свойствам, которые влияют на скорость передачи информации. Как говорилось ранее, каналы связи могут быть проводными, беспроводными и основанными на использовании оптоволоконных кабелей. Последний тип создания сетей передачи данных наиболее эффективен. И его средняя пропускная способность канала связи – 100 мбит/c.

Что такое бит? Как измеряется скорость в битах?

Битовая скорость – показатель измерения скорости соединения. Рассчитывается в битах, мельчайших единицах хранения информации, на 1 секунду. Она была присуща каналам связи в эпоху «раннего развития» интернета: на тот момент в глобальной паутине в основном передавались текстовые файлы.

Сейчас базовой единицей измерения признается 1 байт. Он, в свою очередь, равен 8 битам. Начинающие пользователи очень часто совершают грубую ошибку: путают килобиты и килобайты. Отсюда возникает и недоумение, когда канал с пропускной способностью 512 кбит/с не оправдывает ожиданий и выдает скорость всего лишь 64 КБ/с. Чтобы не путать, нужно запомнить, что если для обозначения скорости используются биты, то запись будет сделана без сокращений: бит/с, кбит/с, kbit/s или kbps.

Факторы, влияющие на скорость интернета

Как известно, от пропускной способности канала связи зависит и конечная скорость интернета. Также на скорость передачи информации влияют:

• Способы соединения.

Радиоволны, кабели и оптоволоконные кабели. О свойствах, преимуществах и недостатках этих способов соединения говорилось выше.

• Загруженность серверов.

Чем больше загружен сервер, тем медленнее он принимает или передает файлы и сигналы.

• Внешние помехи.

Наиболее сильно помехи оказывают влияние на соединение, созданное с помощью радиоволн. Это вызвано сотовыми телефонами, радиоприемниками и прочими приемниками и передатчиками радиосигнала.

• Состояние сетевого оборудования.

Безусловно, способы соединения, состояние серверов и наличие помех играют важную роль в обеспечении скоростного интернета. Однако даже если вышеперечисленные показатели в норме, а интернет имеет низкую скорость, то дело скрывается в сетевом оборудовании компьютера. Современные сетевые карты способны поддерживать интернет-соединение со скоростью до 100 Мбит в секунду. Раньше карты могли максимально обеспечивать пропускную способность в 30 и 50 Мбит в секунду соответственно.

Как увеличить скорость интернета?

Как было сказано ранее, пропускная способность канала связи зависит от многих факторов: способа соединения, работоспособности сервера, наличия шумов и помех, а также состояния сетевого оборудования. Для увеличения скорости соединения в бытовых условиях можно заменить сетевое оборудование на более совершенное, а также перейти на другой способ соединения (с радиоволн на кабель или оптоволокно).

В заключение

В качестве подведения итогов стоит сказать о том, что пропускная способность канала связи и скорость интернета — это не одно и то же. Для расчета первой величины необходимо воспользоваться законом Шеннона-Хартли. Согласно ему, шумы можно уменьшить, а также увеличить силу сигнала посредством замены канала передачи на более широкий.

Увеличение скорости интернет-соединения тоже возможно. Но оно осуществляется путем смены провайдера, замены способа подключения, усовершенствования сетевого оборудования, а также ограждения устройств для передачи и приема информации от источников, вызывающих помехи.

В дискретной системе связи при отсутствии помех информация на выходе канала связи (канала ПИ) полностью совпадает с информацией на его входе, поэтому скорость передачи информации численно равна производительности источника сообщений:

. (21)

При наличии помех часть информации источника теряется и скорость передачи информации оказывается меньшей, чем производительность источника. Одновременно в сообщение на выходе канала добавляется информация о помехах (рис.5).

Поэтому при наличии помех необходимо учитывать на выходе канала не всю информацию, даваемую источником, а только взаимную информацию:

бит/с. (22)

На основании формулы (20) имеем

или

, (23)

где H¢(x) — производительность источника;

H¢(x/y) — «ненадёжность» канала(потери) в единицу времени;

H¢(y) — энтропия выходного сообщения в единицу времени;

H¢(y/x)=H’(n) –энтропия помех ( шума) в единицу времени.

Пропускной способностью канала связи (канала передачи информации) C называется максимально возможная скорость передачи информации по каналу

. (24)

Для достижения максимума учитываются все возможные источники на выходе и все возможные способы кодирования.

Таким образом, пропускная способность канала связи равна максимальной производительности источника на входе канала, полностью согласованного с характеристиками этого канала, за вычетом потерь информации в канале из-за помех.

В канале без помех C=max H¢(x), так как H¢(x/y)=0. При использовании равномерного кода с основанием k, состоящего из n элементов длительностью tэ, в канале без помех

,

при k=2 бит/c. (25)

Для эффективного использования пропускной способности канала необходимо его согласование с источником информации на входе. Такое согласование возможно как для каналов связи без помех, так и для каналов с помехами на основании двух теорем, доказанных К.Шенноном.

1-ая теорема (для канала связи без помех):

Если источник сообщений имеет энтропию H (бит на символ), а канал связи – пропускную способность C (бит в секунду), то можно закодировать сообщения таким образом, чтобы передавать информацию по каналу со средней скоростью, сколь угодно близкой к величине C, но не превзойти её.

К.Шеннон предложил и метод такого кодирования, который получил название статистического или оптимального кодирования. В дальнейшем идея такого кодирования была развита в работах Фано и Хаффмена и в настоящее время широко используется на практике для “cжатия сообщений”.

2-ая теорема (для каналов связи с помехами):

Если пропускная способность канала равна C, а производительность источника H’(x)<C, то путём соответствующего кодирования можно передавать информацию по каналу связи со скоростью, сколь угодно к C и с вероятностью ошибки, сколь угодно близкой к нулю. Если же H’(x)>C, то можно закодировать источник таким образом, что ненадёжность будет меньше, чем H’(x)-C+e, где e. – сколь угодно малая величина.

Не существует способа кодирования, обеспечивающего ненадёжность, меньшую, чем H'(x)-C.

К сожалению, теорема К.Шеннона для каналов с шумами(помехами) указывает только на возможность такого кодирования, но не указывает способа построения соответствующего кода. Однако известно, что при приближении к пределу, устанавливаемому теоремой Шеннона, резко возрастает время запаздывания сигнала в устройствах кодирования и декодирования из-за увеличения длины кодового слова n. При этом вероятность ошибки на выходе канала стремится к величине

. (26)

Cледовательно, имеет место “обмен” верности передачи на скорость и задержку передачи.

Вопросы

1. Что такое пропускная способность канала связи, как она определяется?
2. Чему равна пропускная способность канала связи без помех?
3. Как влияют помехи на величину пропускной способности?
4. Что утверждает теорема Шеннона для канала связи без помех?
5. Что утверждает теорема Шеннона для канала связи с помехами?