D1、MD1、MM1排隊(duì)性能

1、通信網(wǎng)仿真與NS仿真器大作業(yè) D/D/1、M/D/1、M/M/1排隊(duì)性能分析姓名：黃顥學(xué)號(hào)：1011010303班級(jí)：通信三班 2012年2月一、總體目標(biāo)獲得D/D/1、M/M/1、M/D/1等不同排隊(duì)系統(tǒng)的吞吐量與流入負(fù)載的變化關(guān)系。二、任務(wù)分配：針對(duì)本次作業(yè)，將本組所有成員分成三個(gè)小組：第一小組的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)D/D/1、M/M/1、M/D/1等不同排隊(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)源的生成。第二小組的主要任務(wù)是在第一小組工作的基礎(chǔ)上對(duì)模擬環(huán)境所生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并做后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。第三小組的主要任務(wù)是在前兩個(gè)小組的任務(wù)完成之后，進(jìn)一步討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并在最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境Unbuntu平臺(tái)下的NS、

2、Gnuplot。其中Ubuntu的版本為11.10、NS的版本為2.34、Gnuplot的版本為4.4。四、D/D/1、M/D/1、M/M/1排隊(duì)系統(tǒng)的概述排隊(duì)論(queuing theory), 或稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論, 是通過對(duì)服務(wù)對(duì)象到來(lái)及服務(wù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)研究，得出這些數(shù)量指標(biāo)（等待時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度、忙期長(zhǎng)短等）的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，然后根據(jù)這些規(guī)律來(lái)改進(jìn)服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或重新組織被服務(wù)對(duì)象，使得服務(wù)系統(tǒng)既能滿足服務(wù)對(duì)象的需要，又能使機(jī)構(gòu)的費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)或某些指標(biāo)最優(yōu)。 排隊(duì)模型的表示方法：M= 指數(shù)分布 D= 確定型分布M/M/1：數(shù)據(jù)進(jìn)入隊(duì)列的概率服從泊松分布，數(shù)據(jù)離開隊(duì)列的概率亦服從泊松分布，且只有一個(gè)

3、隊(duì)列。由隨機(jī)過程知識(shí)可知數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)間間隔服從指數(shù)分布，數(shù)據(jù)離開隊(duì)列的時(shí)間間隔也是服從指數(shù)分布的，而在在隊(duì)列處理能力一定的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)離開隊(duì)列的時(shí)間間隔與其大小有正比關(guān)系，故可將M/M/1的生成轉(zhuǎn)化為生成一個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)：1、 其發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔服從指數(shù)分布，在程序中設(shè)其參數(shù)為；2、 其發(fā)送的數(shù)據(jù)大小也服從指數(shù)分布，在程序中設(shè)其參數(shù)為。D/D/1：即數(shù)據(jù)進(jìn)入隊(duì)列和離開隊(duì)列的概率是固定的,由M/M/1的節(jié)點(diǎn)生成可知，D/D/1的生成轉(zhuǎn)化為這樣一個(gè)節(jié)點(diǎn)：1、 其發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔固定；2、 其發(fā)送的數(shù)據(jù)大小也固定，為方便比較其間隔時(shí)間和大小也用和來(lái)表示。M/D/1:綜合M/M/1和D/D/1,M/

4、D/1的生成可轉(zhuǎn)化為這樣一個(gè)節(jié)點(diǎn)：1、 其發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔服從指數(shù)分布；2、 其發(fā)送的數(shù)據(jù)大小固定。五、吞吐量的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的吞吐量(Throughput，TH)是網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要參數(shù)，是指在不丟包的情況下單位時(shí)間內(nèi)可以接收的數(shù)據(jù)量，單位是字節(jié)每秒或者比特每秒。端到端的吞吐量與網(wǎng)絡(luò)狀況有很大關(guān)系，為了測(cè)試端到端的最大吞吐量，應(yīng)該逐漸增大發(fā)送端的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，然后計(jì)算接收端的吞吐量，直至吞吐量達(dá)到最大。在分析Trace文件時(shí)，可以使用以下的計(jì)算方式計(jì)算吞吐量。上式中，TB(i)是指第i個(gè)分組被目的節(jié)點(diǎn)接收時(shí)已經(jīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，TR(i)是第i個(gè)包的接收時(shí)間。i>m，標(biāo)識(shí)計(jì)算從第m個(gè)分組到第

5、i個(gè)分組的吞吐量，特別的，若取m=1則是計(jì)算平均吞吐量。六、實(shí)驗(yàn)步驟1，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的總體目標(biāo)，確認(rèn)本次實(shí)驗(yàn)的整體思路，書寫仿真程序代碼，具體程序代碼內(nèi)容請(qǐng)參考附錄。2，根據(jù)上文所述的測(cè)量吞吐量的方法，在仿真完成之后，書寫awk程序?qū)Ψ抡娼Y(jié)果的Trace文件進(jìn)行分析，具體程序代碼內(nèi)容請(qǐng)參考附錄。3，將第2步中對(duì)Trace文件分析的結(jié)果送入Gnuplot作圖，得到具體直觀的結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；當(dāng)所得結(jié)論與理論不符時(shí)，修改仿真程序或者awk程序，重復(fù)上述第1、2步驟。七、運(yùn)行結(jié)果與結(jié)論參照上述的步驟，獲得以下結(jié)果：圖1描述的是D/D/1、M/M/1、M/D/1三種排隊(duì)系統(tǒng)的吞吐量對(duì)比圖，其中均設(shè)為

6、30.0，均為33.0，橫軸為時(shí)間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。圖1-小負(fù)載情況下三種排隊(duì)系統(tǒng)的吞吐量對(duì)比圖由圖1可見這三者在輸入負(fù)載不大的情況下平均吞吐量相差亦不大，其中D/D/1的吞吐量比較穩(wěn)定，而M/M/1和M/D/1的吞吐量有波動(dòng)性。 圖2-D/D/1隊(duì)列系統(tǒng)在不同情況下的吞吐量對(duì)比圖2 為三個(gè)D/D/1隊(duì)列的吞吐量對(duì)比，三個(gè)D/D/1隊(duì)列的參數(shù)分別為如圖所示，橫軸為時(shí)間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。不變時(shí)，隨著的增大，數(shù)據(jù)包大小減小，從而輸入負(fù)載也就減小，由圖可知隨著的增大平均吞吐量是減小的。圖3-M/M/1隊(duì)列系統(tǒng)在不同情況下的吞吐量對(duì)比圖3為三

7、個(gè)M/M/1隊(duì)列系統(tǒng)的吞吐量對(duì)比，三個(gè)M/M/1隊(duì)列的參數(shù)分別為如圖所示，橫軸為時(shí)間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。不變時(shí)，隨著的增大，數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)間間隔減小，從而輸入負(fù)載也就增大，由圖可知隨著的增大平均吞吐量是增大的。圖4-M/M/1隊(duì)列系統(tǒng)在不同情況下的吞吐量對(duì)比圖4為三個(gè)M/D/1隊(duì)列系統(tǒng)的吞吐量的對(duì)比，三個(gè)M/M/1隊(duì)列的參數(shù)分別為如圖所示，橫軸為時(shí)間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。不變時(shí)，隨著的增大，數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)間間隔減小，從而輸入負(fù)載也就增大，由圖可知隨著的增大平均吞吐量是增大的。附錄：業(yè)務(wù)源生成程序：D/D/1、M/M/1、M/D/1隊(duì)列程序的共同

8、部分:set ns new Simulatorset f open queue2.tr w set mu1 33.0set lambda1 30.0 set n1 $ns nodeset n2 $ns nodeset link $ns simplex-link $n1 $n2 1Mb 1ms DropTail$ns queue-limit $n1 $n2 50set src1 new Agent/UDP$ns attach-agent $n1 $src1set sink1 new Agent/LossMonitor$ns attach-agent $n2 $sink1 $ns connect

9、$src1 $sink1 set holdtime1 0set holdseq1 0set holdrate1 0D/D/1、M/M/1、M/D/1隊(duì)列程序的不同部分：針對(duì)D/D/1隊(duì)列：數(shù)據(jù)包發(fā)送proc sendpacket1 global ns src1 mu1 lambda1 set time $ns now $ns at expr $time + expr 1/$lambda1 "sendpacket1" set bytes expr round (expr 100000.0/(8*$mu1) ) $src1 send $bytes針對(duì)M/M/1隊(duì)列：兩個(gè)指數(shù)分布

10、的生成：set InterArrivalTime1 new RandomVariable/Exponential$InterArrivalTime1 set avg_ expr 1/$lambda1set pktSize1 new RandomVariable/Exponential$pktSize1 set avg_ expr 100000.0/(8*$mu1)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，將兩個(gè)指數(shù)分布同數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時(shí)間與數(shù)據(jù)大小綁定：proc sendpacket1 global ns src1 InterArrivalTime1 pktSize1 set time $ns now $ns at exp

11、r $time + $InterArrivalTime1 value "sendpacket1" set bytes expr round ($pktSize1 value) $src1 send $bytes針對(duì)M/D/1隊(duì)列：數(shù)據(jù)包發(fā)送，將一個(gè)指數(shù)分布（生成見M/M/1）同數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時(shí)間綁定：proc sendpacket1 global ns src1 InterArrivalTime1 mu1 set time $ns now $ns at expr $time + $InterArrivalTime1 value "sendpacket1"

12、set bytes expr round (expr 100000.0/(8*$mu1) $src1 send $bytesD/D/1、M/M/1、M/D/1隊(duì)列程序的其余共同部分:#記錄及計(jì)算：proc record global sink1 f holdrate1 set ns Simulator instance set time 0.9 set bw0 $sink1 set bytes_ set now $ns now if $now = 0 puts $f "$now 0.0" else Puts $f "$now expr ($bw0+$holdrate1)*8)/($now*1000000)" $sink1 set bytes_ 0 set holdrate1 expr $bw0 + $holdrate1 $ns at expr $now+$time "record" #啟動(dòng)：$ns at 0.01 "record"$ns at 0.01 "se