Egy távoli űreszközzel való kapcsolatnál két eltérő kérdés merül fel. Mennyi idő alatt jut el hozzá a jel első része, és mennyi ideig tart az összes adat elküldése? A távolság a terjedési késleltetést, az adatsebesség a továbbítás időtartamát határozza meg. A kettőt külön kell kiszámítani, majd a konkrét kommunikációs folyamat szerint összegezni.
Az űrkommunikációs késleltetés kalkulátora a távolságból egyirányú és oda-vissza jelutat ad. A fájl méretével és az átviteli sebességgel külön számolhatsz. Így egy tudományos-fantasztikus jelenet időzítését ugyanúgy ellenőrizheted, mint egy oktatási feladat számait, miközben az idealizált feltevéseket is láthatóvá teszed.
A fénysebesség az alap, az útvonal pedig a bemenet
Vákuumban a fénysebesség pontos értéke 299 792 458 m/s, azaz 299 792,458 km/s. Ezt a NIST méterdefiníciót ismertető oldala is megadja. Rádiójel és fényjel vákuumbeli terjedésénél egyaránt ez az érték szerepel az egyszerű modellben.
Az egyirányú idő képlete: idő másodpercben = távolság kilométerben / 299 792,458. A távolság az adó és a vevő közötti jelút hossza. Egy égitest Naptól mért távolságát ezért nem lehet automatikusan a Földdel való kommunikáció távolságaként beírni.
A bolygók egymáshoz viszonyított helyzete változik. Egy megadott 150 millió kilométeres példa szemléltető pillanatnyi távolságot jelent, nem a Mars állandó földtávolságát. A pontos valós feladathoz az adott időpont és az érintett űreszköz helyzete is szükséges.
Hold-távolságú példa: a gyors válasz sem azonnali
Vegyünk 384 400 km jelúthosszt szemléltető adatként. Az egyirányú terjedési idő 384 400 / 299 792,458 ≈ 1,2822 másodperc. Az ideális oda-vissza idő ennek kétszerese, körülbelül 2,5644 másodperc.
Ha a földi fél a kérdés végén azonnal elindít egy rövid jelet, az 1,28 másodperc múlva ér a távoli félhez. Az ott azonnal kibocsátott válasz újabb 1,28 másodperc után jut vissza. A beszélgetésnél ehhez hozzáadódik a kérdés kimondásának, értelmezésének és a válasz megszületésének ideje.
A kétirányú kapcsolatban ezért külön jelöld a terjedési késést és az emberi reakciót. Ha a távoli fél 3 másodpercet vár a válasz előtt, a kezdő jel és a válasz első részének visszaérkezése közötti idő a modellben 2,5644 + 3 ≈ 5,5644 másodperc. Ez még nem tartalmaz hosszú üzenetet vagy feldolgozási sort.
Nagyobb távolság: egy rövid parancs visszaigazolása
Most a szemléltető jelút 150 millió kilométer. Az egyirányú késés körülbelül 500,346 másodperc, vagyis 8 perc 20,35 másodperc. Az oda-vissza idő körülbelül 1000,692 másodperc, azaz 16 perc 40,69 másodperc.
Ha a távoli űreszköz egy rövid parancsot a beérkezés után 10 másodperccel igazol vissza, a földi oldalon legkorábban körülbelül 16 perc 50,69 másodperc után látható a visszaigazolás ebben a modellben. Az időadat a megadott állandó távolságra vonatkozik; az adás és vétel alatti mozgást elhanyagoljuk.
A NASA kommunikációs áttekintése külön tárgyalja a nagy távolságokból eredő késleltetést és a kommunikáció további műszaki feltételeit. Az alapképlet a jelút idejét adja. Antennaláthatóság, időablakok, feldolgozás és más gyakorlati korlátok ettől függetlenül hosszabbíthatják a folyamatot.
Mikor érkezik meg egy százmegabájtos fájl?
Legyen a fájl mérete 100 MB, ahol most a decimális megabájtot használjuk: 100 000 000 bájt. Nyolc bit tartozik egy bájthoz, tehát összesen 800 000 000 bitet kell elküldeni. A feltételezett hasznos adatsebesség 2 Mbit/s, vagyis 2 000 000 bit másodpercenként.
A fájl adásának időtartama 800 000 000 / 2 000 000 = 400 másodperc, vagyis 6 perc 40 másodperc. Ha a link az adás kezdetekor használható, az első bit a 150 millió kilométeres példában 500,346 másodperc után érkezik meg. Az utolsó bit 400 másodperccel később, összesen körülbelül 900,346 másodperc után jut a vevőhöz.
Az adás kezdete és a teljes fájl beérkezése között tehát körülbelül 15 perc 0,35 másodperc telik el. Az adás és a terjedés részben párhuzamosan zajlik: miközben az utolsó biteket még küldöd, az elsők már úton vannak. A letöltési idő kalkulátor az adatméret és sebesség szerinti részt segít kiszámítani.
Mi történik gyorsabb adatátvitellel?
Ha a hasznos adatsebességet 20 Mbit/s-ra emeled, a 100 MB adásának időtartama 40 másodpercre csökken. Az utolsó bit beérkezése így 500,346 + 40 ≈ 540,346 másodperc, körülbelül 9 perc 0,35 másodperc az indulástól.
Az első bit terjedési ideje továbbra is 500,346 másodperc. A gyorsabb adatsebesség a teljes adatfolyam kiküldésének idejét rövidítette. A távolság szerinti késést változatlan jelút mellett nem módosította.
A lézeres kommunikáció és a rádiós kommunikáció összevetésénél ugyanez az elválasztás szükséges. Eltérhet az elérhető adatsebesség és a kapcsolat megvalósítása, de a vákuumbeli fénysebességet a kommunikációs eljárás választása nem írja át. Az adatsebesség mértékegysége bit/másodperc; a terjedési sebességé méter/másodperc.
A visszaigazolás és az újraküldés további időt kér
Tegyük fel, hogy az eredeti, 2 Mbit/s-os példában a vevő csak a teljes fájl után küld rövid visszaigazolást. A teljes beérkezés 900,346 másodperc, és a visszaút újabb 500,346 másodperc. Feldolgozás nélkül a földi oldalon az adás kezdetétől számítva körülbelül 1400,692 másodperc, vagyis 23 perc 20,69 másodperc után érkezik vissza az igazolás.
Ha egy protokoll minden apró rész után megvárná a teljes oda-vissza választ, a sok várakozás erősen korlátozhatná a hasznos teljesítményt. Emiatt a kapcsolatszervezés a nagy késleltetésű hálózatokban külön tervezési feladat. A kalkulátor egyetlen protokoll működését sem szimulálja.
A NASA késleltetést és megszakítást tűrő hálózatokról szóló ismertetője az adatok tárolására és későbbi továbbítására épülő megoldásokat is bemutat. Ez segít megérteni, hogy egy ideiglenesen elérhetetlen következő csomópont esetén a teljes szállítási idő miért lehet jóval nagyobb a puszta fényútnál.
Így építs követhető számítási sorrendet
Először írd le az adó és a vevő helyzetét, és add meg a közöttük feltételezett távolságot. A fény utazási idejének kalkulátorával a távolsági léptéket is ellenőrizheted. Ezután válaszd külön az egyirányú időt, az adás időtartamát, a feldolgozást és a visszaigazolást.
Az adatsebességnél tisztázd, hogy nyers kapcsolatsebesség vagy már hasznos adatsebesség szerepel. A kódolás, fejlécek és újraküldések miatt a kettő eltérhet. A százmegabájtos példában eleve hasznos sebességet feltételeztünk, ezért ugyanarra a többletre újabb automatikus veszteséget nem adtunk hozzá.
Végül ellenőrizd, melyik időpontot kérdezed: első bit, teljes fájl vagy földi visszaigazolás. A három helyes eredmény ugyanarra a kapcsolatra is különböző. A pontosan megfogalmazott kérdés teszi használhatóvá az egyszerű távolság–sebesség osztást.