Communicatie-0/Communicatiesnelheid

Snelheid van communicatie

Beschouw in het morsecode-voorbeeld van het vorige hoofdstuk het bericht in de vorm van een reeks lettertekens. Hoe snel komt dit bericht bij Bob aan? Waar hangt dit van af?

• de tekensnelheid: het aantal tekens per seconde dat een telegrafist kan versturen, en de lengte van het bericht.
• de transportsnelheid van de tekens en de lengte van de verbinding van Alice naar Bob.

Je kunt een bericht in een verbinding vergelijken met een serie auto's op een weg: de snelheid waarmee de auto's achter elkaar vertrekken, het aantal auto's, de snelheid waarmee de auto's rijden, en de lengte van de weg bepalen de tijd tussen vertrek en aankomst.

De maximale transportsnelheid van de tekens wordt beperkt door de lichtsnelheid. De lichtsnelheid lijkt verwaarloosbaar in ons dagelijks leven - maar voor computers is dat niet helemaal het geval: de lichtsnelheid is ca. 30 cm/nsec (0,3.10^9 m/s) - een "foot per nanosecond", zoals uitgelegd door Grace Hopper (https://www.youtube.com/watch?v=JEpsKnWZrJ8). Een elektrisch signaal in een draad kan zich voortplanten met ca. 0,9 maal de lichtsnelheid. Een processor met een kloksnelheid van 3 GHz. kan in 1 nsec. ongeveer 3 instructies uitvoeren: de lichtsnelheid is "10 cm per instructie". Met andere woorden: in de tijd dat een signaal 1 km aflegt, kan deze processor tenminste 10.000 instructies uitvoeren.

De tijd die nodig is voor het transporteren van een bericht hangt af van (i) de omvang van het bericht, en van (ii) de snelheid van de verbinding. Twee begrippen geven samen de snelheid van een verbinding aan:

• de bandbreedte: het aantal tekens (meestal: bits) dat de verbinding per seconde kan transporteren; (in bits per seconde; ook wel: bitsnelheid) en
• de latency: de tijd dat een teken onderweg ("verborgen") is (in seconden).

In het bovenstaande model is de bandbreedte de tekensnelheid. De latency is de lengte van de verbinding gedeeld door de transportsnelheid.

De bandbreedte wordt soms ook uitgedrukt in Hz, als er sprake is van een analoge verbinding. Bijvoorbeeld: de bandbreedte van een analoge telefoonverbinding is ongeveer 3000Hz (300-3400Hz).

Bij digitale communicatie zijn er nog meer factoren die de latency beïnvloeden: bijvoorbeeld de rekentijd die nodig is om een bericht de juiste kant op te sturen (routering), en de rekentijd die nodig is voor het coderen en decoderen van een bericht.

Ook bij andere informatieprocessen: rekenen en opslag/terugzoeken, hebben we te maken met de begrippen bandbreedte (of bitsnelheid) en latency.

We kunnen de bandbreedte van een verbinding eenvoudig vergroten door meerdere parallelle verbindingen te gebruiken:

Het verkleinen van de latency is in het algemeen veel lastiger; vaak betekent dit het verkleinen van de afstand en van het aantal tussenstappen (voor routering e.d.) in de communicatie.

Als tijd (snelheid) een grote rol speelt, dan is de afstand waarover gecommuniceerd wordt van belang. Dit zie je bijvoorbeeld bij de aandelenhandel van Wall Street: de computers van handelaren, met allerlei slimme algoritmen, worden zo dicht mogelijk in de buurt geplaatst van de computers waarmee de beurstransacties plaatsvinden - om de "flitshandel" mogelijk te maken waarbij aandelen in fracties van een seconde gekocht en verkocht worden. (Zie bijvoorbeeld: Kevin Slavin, How algorithms shape our world; https://www.youtube.com/watch?v=TDaFwnOiKVE).

---

Verwerking

(1) Hoe lang ben je ongeveer bezig met het downloaden van een bestand van 1GByte, over een verbinding met een bandbreedte van 1Mbit/s, en een latency van 100ms? (Reken voor het gemak 1Byte = 10 bits.)

(2) Hoe lang ben je ongeveer bezig met het downloaden van een bestand van 1KByte, over een verbinding met een bandbreedte van 1Mbit/s, en een latency van 100ms? (Reken voor het gemak 1Byte = 10 bits.)

(3) Wat is de snelheid van je internetverbinding? Thuis? Op school? Probeer de daadwerkelijke snelheid te bepalen, niet de snelheid waarmee de internet-aanbieder adverteert.

(4) Je loopt met een USB-stick van 10GByte van het ene lokaal naar het andere. Je bent 100 sec. onderweg.

1. wat is de bandbreedte van dit datatransport (in bits/sec)?
2. wat is de latency (in sec)?
3. hoe kun je de bandbreedte verdubbelen?
4. hoe kun je de latency verminderen?

(5) Welke verbinding heeft een grotere bandbreedte: een telefoonlijn of een tv-kabel? Kun je dit aannemelijk maken op basis van de toepassing (telefoon vs. televisie)?

(6) Bij een voetbalwedstrijd juichen de buren altijd even eerder. Hoe kun je dit verklaren?

1. de buren hebben nog analoge televisie;
2. de buren hebben een internetverbinding met een grotere bandbreedte;
3. de buren zitten dichter bij het scherm;

(7) Geef voor de soorten communicatie die je eerder beschreven hebt aan wat de bandbreedte en de latency is van van het gebruikte communicatiekanaal.

(8) Wat heb je liever voor internet-telefonie: een verbinding met een kleine bandbreedte (200 kbit/s) en een lage latency (20msec), of een verbinding met een grote bandbreedte (200 Mbits/s) en een grote latency (2000msec)?