Задержка (инженерия)

Задержка , с общей точки зрения, — это временная задержка между причиной и следствием некоторого физического изменения в системе наблюдаемой . Задержка , как ее называют в игровых кругах , относится к задержке между входом в симуляцию и визуальным или слуховым ответом, часто возникающим из-за задержки сети в онлайн-играх. ^[1]

Задержка физически является следствием ограниченной скорости, с которой может распространяться любое физическое взаимодействие . Величина этой скорости всегда меньше или равна скорости света . Следовательно, каждая физическая система с любым физическим разделением (расстоянием) между причиной и следствием будет испытывать некоторую латентность, независимо от природы стимуляции, которой она подверглась.

Точное определение задержки зависит от наблюдаемой системы или характера моделирования. В средствах связи нижний предел задержки определяется средой, используемой для передачи информации. В надежных системах двусторонней связи задержка ограничивает максимальную скорость передачи информации, поскольку часто существует ограничение на объем информации, передаваемой в любой момент времени. Заметная задержка оказывает сильное влияние на удовлетворенность пользователей и удобство использования в области взаимодействия человека и машины . ^[2]

Коммуникации

Онлайн-игры чувствительны к задержкам ( лагам ), поскольку быстрое время реакции на новые события, происходящие во время игровой сессии, вознаграждается, а медленное время ответа может повлечь за собой штрафы. Из-за задержки передачи игровых событий игрок с подключением к Интернету с высокой задержкой может демонстрировать медленную реакцию, несмотря на соответствующее время реакции . Это дает игрокам с соединением с низкой задержкой техническое преимущество.

Рынки капитала

Джоэл Хасбрук и Гидеон Саар (2011) измеряют задержку при выполнении финансовых транзакций на основе трех компонентов: время, необходимое для того, чтобы информация дошла до трейдера, выполнение алгоритмов трейдера для анализа информации и принятия решения о ходе действий, а также сгенерированное действие. дойти до биржи и реализоваться. Хасбрук и Саар противопоставляют это тому, как задержки измеряются на многих торговых площадках, которые используют гораздо более узкие определения, такие как задержка обработки, измеряемая от поступления заказа (на компьютере продавца) до передачи подтверждения (от компьютер продавца). ^[3] Торговля с использованием компьютеров развилась до такой степени, что миллисекундное улучшение скорости сети дает финансовым учреждениям конкурентное преимущество. ^[4]

Сети с коммутацией пакетов

Сетевая задержка в сети с коммутацией пакетов измеряется либо как односторонняя задержка (время от источника, отправляющего пакет до места назначения, принимающего его), либо как время задержки туда и обратно (односторонняя задержка от источника к месту назначения плюс -задержка на пути от пункта назначения обратно к источнику). Чаще всего указывается задержка туда и обратно, поскольку ее можно измерить из одной точки. Многие программные платформы предоставляют услугу под названием ping , которую можно использовать для измерения задержки в обоих направлениях. Ping использует протокола управляющих сообщений Интернета (ICMP), эхо-запрос который заставляет получателя отправлять полученный пакет в качестве немедленного ответа, таким образом, он обеспечивает приблизительный способ измерения времени задержки туда и обратно. Ping не может выполнять точные измерения, ^[5] главным образом потому, что ICMP предназначен только для целей диагностики или управления и отличается от реальных протоколов связи, таких как TCP . Более того, маршрутизаторы и интернет-провайдеры могут применять разные политики формирования трафика к разным протоколам. ^[6]^[7] Для более точных измерений лучше использовать специальное программное обеспечение, например: hping , Netperf или Iperf .

Однако в нетривиальной сети типичный пакет будет пересылаться по множеству каналов и шлюзов, каждый из которых не начнет пересылать пакет до тех пор, пока он не будет полностью получен. В такой сети минимальная задержка представляет собой сумму задержки передачи каждого канала плюс задержку пересылки каждого шлюза. На практике минимальная задержка также включает задержки в очередях и обработке. Задержка в очереди возникает, когда шлюз получает несколько пакетов из разных источников, направляющихся к одному и тому же пункту назначения. Поскольку обычно одновременно может передаваться только один пакет, некоторые пакеты должны стоять в очереди для передачи, что приводит к дополнительной задержке. Задержки обработки возникают, пока шлюз определяет, что делать с вновь полученным пакетом. Bufferbloat также может привести к увеличению задержки на порядок и более. Сочетание задержек распространения, сериализации, постановки в очередь и обработки часто приводит к сложному и переменному профилю задержки в сети.

Задержка ограничивает общую пропускную способность в надежных системах двусторонней связи, как это описано продуктом задержки полосы пропускания .

Волоконная оптика

Задержка в оптическом волокне во многом зависит от скорости света . Это будет соответствовать задержке 3,33 мкс на каждый километр длины пути. Индекс преломления большинства оптоволоконных кабелей составляет около 1,5, а это означает, что свет в вакууме распространяется примерно в 1,5 раза быстрее, чем в кабеле. Это дает задержку около 5,0 мкс на каждый километр. В более коротких городских сетях может наблюдаться более высокая задержка из-за большего расстояния в стояках зданий и кросс-соединениях. Чтобы рассчитать задержку соединения, необходимо знать расстояние, пройденное оптоволокном, которое редко является прямой линией, поскольку ему приходится пересекать географические контуры и препятствия, такие как дороги и железнодорожные пути, а также другие права доступа. -способ.

Из-за несовершенства волокна свет ухудшается при прохождении через него. На расстояниях более 100 километров усилители или регенераторы используются . Необходимо учитывать задержку, вносимую этими компонентами.

Спутниковая передача

Спутники на геостационарных орбитах находятся достаточно далеко от Земли, поэтому задержка связи становится значительной – около четверти секунды для перехода от одного наземного передатчика к спутнику и обратно к другому наземному передатчику; около половины секунды для двусторонней связи от одной земной станции к другой, а затем обратно к первой. Низкая околоземная орбита иногда используется для сокращения этой задержки за счет более сложного спутникового слежения на земле и необходимости большего количества спутников в спутниковой группировке для обеспечения непрерывного покрытия.

Аудио

Задержка звука — это задержка между входом аудиосигнала и его выходом из системы. Потенциальные факторы, способствующие задержке в аудиосистеме, включают аналого-цифровое преобразование , буферизацию , цифровую обработку сигнала , время передачи , цифро-аналоговое преобразование и скорость звука в воздухе.

Видео

Задержка видео — это степень задержки между моментом запроса передачи видеопотока и фактическим временем начала передачи. Сети, которые демонстрируют относительно небольшие задержки, известны как сети с малой задержкой, а их аналоги известны как сети с высокой задержкой.

Рабочий процесс

Любой отдельный рабочий процесс в системе рабочих процессов может подвергаться некоторой операционной задержке. Может даже случиться так, что отдельная система может иметь более одного типа задержки, в зависимости от типа участника или поведения, направленного на достижение цели. Лучше всего это иллюстрируют следующие два примера, касающиеся авиаперелетов .

С точки зрения пассажира задержку можно описать следующим образом. Предположим, Джон Доу летит из Лондона в Нью-Йорк . Латентность его поездки — это время, которое ему понадобится, чтобы добраться из своего дома в Англии до отеля, в котором он остановился в Нью-Йорке. Это не зависит от пропускной способности воздушного сообщения Лондон-Нью-Йорк: независимо от того, совершали поездку 100 пассажиров в день или 10 000, задержка поездки останется неизменной.

С точки зрения летного состава задержка может быть совершенно разной. Возьмем, к примеру, персонал аэропортов Лондона и Нью-Йорка. Только ограниченное количество самолетов может совершить трансатлантическое путешествие, поэтому, когда один из них приземляется, его необходимо как можно быстрее подготовить к обратному полету. Это может занять, например:

35 минут на уборку самолета
15 минут на заправку самолета
10 минут на погрузку пассажиров
30 минут на погрузку груза

Если предположить, что все вышеперечисленное выполняется последовательно, минимальное время оборота самолета составит:

35 + 15 + 10 + 30 = 90

Однако уборку, заправку и погрузку груза можно производить одновременно. Пассажиров можно загружать только после завершения уборки. Тогда уменьшенная задержка составит:

35 + 10 = 45

15

30

Минимальная задержка = 45

Людей, участвующих в преобразовании, интересует только время, необходимое для выполнения их индивидуальных задач. Однако когда все задачи выполняются одновременно, можно сократить задержку до длины самой длинной задачи. Если у некоторых шагов есть предварительные условия, становится сложнее выполнять все шаги параллельно. В приведенном выше примере требование очистить самолет перед посадкой пассажиров приводит к минимальной задержке, превышающей любую отдельную задачу.

Механика

Любой механический процесс сталкивается с ограничениями, моделируемыми ньютоновской физикой . Поведение дисководов является примером механической задержки. Здесь это время поиска положения рычага привода над соответствующей дорожкой, а затем задержка вращения для данных, закодированных на пластине, для поворота из текущего положения в положение под головкой чтения и записи диска .

Компьютерные аппаратные и программные комплексы

Компьютеры выполняют инструкции в контексте процесса . В контексте многозадачности компьютера выполнение процесса может быть отложено, если другие процессы также выполняются. Кроме того, операционная система может планировать, когда выполнять действие, заданное процессом. Например, предположим, что процесс дает команду установить выходное напряжение компьютерной карты «высокое-низкое-высокое-низкое» и т. д. с частотой 1000 Гц. Операционная система планирует процесс для каждого перехода (высокий-низкий или низкий-высокий) на основе аппаратных часов, таких как таймер событий высокой точности . Задержка — это задержка между событиями, генерируемыми аппаратными часами, и фактическими переходами напряжения от высокого к низкому или от низкого к высокому.

Многие операционные системы для настольных компьютеров имеют ограничения производительности, которые создают дополнительную задержку. Эту проблему можно решить с помощью расширений и исправлений реального времени, таких как PREEMPT RT .

Во встроенных системах выполнение инструкций в реальном времени часто поддерживается операционной системой реального времени .

Обратите внимание, что в программных системах сравнение «средней» и «медианной» задержки может вводить в заблуждение, поскольку лишь немногие выбросы могут их исказить. Вместо этого архитекторы программного обеспечения и разработчики программного обеспечения должны использовать «99-й процентиль». ^[8]

Симуляторы

В приложениях моделирования задержка относится к временной задержке, часто измеряемой в миллисекундах , между первоначальным входом и выходом, четко различимым для обучаемого или субъекта симулятора. Задержку иногда также называют транспортной задержкой . Некоторые авторитеты ^{[ ВОЗ? ]} различайте задержку и транспортную задержку, используя термин «задержка» в смысле дополнительной временной задержки системы, превышающей время реакции моделируемого транспортного средства, но это требует детального знания динамики транспортного средства и может быть спорным.

В симуляторах, имеющих как визуальную, так и двигательную системы, особенно важно, чтобы задержка системы движения не превышала задержку зрительной системы, иначе могут возникнуть симптомы симуляционной болезни . Это связано с тем, что в реальном мире сигналы движения представляют собой сигналы ускорения и быстро передаются в мозг, обычно менее чем за 50 миллисекунд; Через несколько миллисекунд за этим следует ощущение изменения визуальной сцены. Визуальная смена сцены — это, по сути, изменение перспективы или смещение объектов, таких как горизонт, которому требуется некоторое время, чтобы достичь заметных величин после первоначального ускорения, вызвавшего смещение. Таким образом, симулятор должен отражать реальную ситуацию, гарантируя, что задержка движения равна или меньше, чем у зрительной системы, а не наоборот.

См. также

Ссылки

^ «Задержка» . Архивировано 22 апреля 2021 г. на Wayback Machine . Проверено 27 октября 2020 г.
^ Содерс, Стив. «Скорость и итоговый результат» . Проверено 23 февраля 2023 г.
^ Хасбрук, Джоэл; Саар, Гидеон. «Торговля с малой задержкой» (PDF) . п. 1. Архивировано из оригинала (PDF) 11 ноября 2011 года . Проверено 18 июля 2011 г.
^ «Высокочастотный трейдинг: когда миллисекунды означают миллионы» . Телеграф . Проверено 25 марта 2018 г.
^ «Не злоупотребляйте пингом!» . Архивировано из оригинала 12 октября 2017 года . Проверено 29 апреля 2015 г.
^ Шейн Чен (2005). «Обсуждение сетевых протоколов/Стратегии формирования трафика» . сайт KnowPlace.org . Архивировано из оригинала 9 января 2007 г.
^ «Основное качество обслуживания, часть 1. Контроль и формирование трафика на маршрутизаторе Cisco IOS» . CCIE R&S . 19 сентября 2012 года . Проверено 29 апреля 2015 г.
^ Основы приложений с интенсивным использованием данных Крупномасштабный анализ данных «под капотом» . 2021. ISBN 9781119713012 .

Дальнейшее чтение

М. Брайан Блейк (декабрь 2003 г.). «Координация работы нескольких агентов для организации процессов, ориентированных на рабочие процессы» (PDF) . Журнал «Информационные системы и управление электронным бизнесом» . Спрингер-Верлаг. Архивировано из оригинала (PDF) 1 сентября 2006 г.

Внешние ссылки

Имитация задержки сетевого соединения в Linux

[1] «Задержка» . Архивировано 22 апреля 2021 г. на Wayback Machine . Проверено 27 октября 2020 г.

[2] Содерс, Стив. «Скорость и итоговый результат» . Проверено 23 февраля 2023 г.

[3] Хасбрук, Джоэл; Саар, Гидеон. «Торговля с малой задержкой» (PDF) . п. 1. Архивировано из оригинала (PDF) 11 ноября 2011 года . Проверено 18 июля 2011 г.

[4] «Высокочастотный трейдинг: когда миллисекунды означают миллионы» . Телеграф . Проверено 25 марта 2018 г.

[5] «Не злоупотребляйте пингом!» . Архивировано из оригинала 12 октября 2017 года . Проверено 29 апреля 2015 г.

[6] Шейн Чен (2005). «Обсуждение сетевых протоколов/Стратегии формирования трафика» . сайт KnowPlace.org . Архивировано из оригинала 9 января 2007 г.

[7] «Основное качество обслуживания, часть 1. Контроль и формирование трафика на маршрутизаторе Cisco IOS» . CCIE R&S . 19 сентября 2012 года . Проверено 29 апреля 2015 г.

[8] Основы приложений с интенсивным использованием данных Крупномасштабный анализ данных «под капотом» . 2021. ISBN 9781119713012 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]