實(shí)驗(yàn)三MM1隊(duì)列模型實(shí)驗(yàn)

1、建立一個(gè) M/M/1 排隊(duì)模型一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解 M/M/1 排隊(duì)模型的主要結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。2、掌握 OPNET 節(jié)點(diǎn)編輯器的基本使用方法。3、掌握使用工程編輯器來(lái)收集和觀察不同統(tǒng)計(jì)類型的方法。4、掌握從仿真結(jié)果中數(shù)學(xué)分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境PC、 Windows XP 、Opnet14.5A 等；三、準(zhǔn)備知識(shí)M/M/1排隊(duì)模型：M/M/1 排隊(duì)模型由一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)過(guò)程為泊松過(guò)程的單入單出（從緩沖區(qū)以特定速度接受分組數(shù)據(jù)包的服務(wù)器（server）組成。FIFO ）緩沖器和一臺(tái)M/M/1 隊(duì)列系統(tǒng)的性能取決于以下幾個(gè)因素：（ 1）數(shù)據(jù)包到達(dá)速度（ 2）數(shù)據(jù)包大?。?3）服務(wù)器服務(wù)容量

2、如果平均數(shù)據(jù)包到達(dá)速度和平均數(shù)據(jù)包大小的綜合影響超過(guò)了服務(wù)器所能提供的服務(wù)容量，隊(duì)列長(zhǎng)度將會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)。M/M/1 隊(duì)列模型如圖1 所示：圖 1. M/M/1 隊(duì)列模型其中, 1, 和 C 分別表示到達(dá)速度、數(shù)據(jù)包大小和服務(wù)容量。在本次實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)建立一個(gè) M/M/1 隊(duì)列模型，通過(guò)設(shè)定特定的到達(dá)速度、數(shù)據(jù)包大小和服務(wù)容量來(lái)使隊(duì)列達(dá)到穩(wěn)定。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：創(chuàng)建一個(gè) M/M/1 隊(duì)列模型，需要在節(jié)點(diǎn)編輯器中選擇對(duì)象，包括一個(gè)queue 和兩個(gè)過(guò)程 processors。source 節(jié)點(diǎn)（用 processor module 表示）負(fù)責(zé)產(chǎn)生數(shù)據(jù)包， sink 節(jié)點(diǎn)（用 process

3、ormodule 表示）負(fù)責(zé)處理無(wú)用的數(shù)據(jù)包，streams 用來(lái)連接每個(gè)模塊。模型如圖queue module 2.表示無(wú)限的緩沖器和服務(wù)器。packet圖 2. M/M/1隊(duì)列模型實(shí)驗(yàn)步驟：1）打開(kāi) OPNET ，并新建 project 和 scenario。分別命名為mm1net 和 mm1 。如圖 3 所示：圖 3. 新建工程和場(chǎng)景2）打開(kāi) Startup Wizard 后，點(diǎn)擊Quit ，會(huì)在節(jié)點(diǎn)模型創(chuàng)建之后再進(jìn)行場(chǎng)景的設(shè)置。3）選擇 FileNew. 并在彈出的窗口下拉菜單中選擇Node Model ，點(diǎn)擊 ok。如圖 4.圖 4. 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)模型在之后出現(xiàn)的窗口中有一系列的工具按鈕

4、如圖5 所示：圖 5. 節(jié)點(diǎn)工具按鈕左數(shù)第一個(gè)表示創(chuàng)建發(fā)生器（ Processor），第二個(gè)表示創(chuàng)建隊(duì)列（ Queue），第三個(gè)表示創(chuàng)建分組數(shù)據(jù)流（ Packet Steam）。本實(shí)驗(yàn)用到此三個(gè)，其余不贅述。鼠標(biāo)放上去會(huì)有相應(yīng)提示。選擇 Create Processor 按鈕，放置在工作空間中，右鍵單擊結(jié)束。需要設(shè)置其參數(shù)使其滿足 M/M/1 隊(duì)列模型的要求。右鍵點(diǎn)擊選擇Edit Attributes ，在 name 一欄中輸入src，在第二欄 process model 中選擇 simple_source，之后會(huì)跳出很多選項(xiàng)，如圖6.圖 6. source 節(jié)點(diǎn)參數(shù)設(shè)置在 Packet In

5、terarrival Time 一欄點(diǎn)擊進(jìn)入對(duì)話框， 在其中選擇 exponential，Mean outcome為 1.0，并點(diǎn)擊 OK 。如圖 7.圖 7. 數(shù)據(jù)包的到達(dá)時(shí)間間隔設(shè)置另外 Packet Size 一欄，如圖8 進(jìn)行設(shè)置，并點(diǎn)擊OK 。圖 8. 數(shù)據(jù)包大小設(shè)置點(diǎn)擊 OK 關(guān)閉參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。之所以選擇指數(shù)形式，是為了讓過(guò)程滿足泊松分布，從而符合 M/M/1 隊(duì)列模型。接下來(lái)是創(chuàng)建queue。點(diǎn)擊 Create Queue 按鈕，放置在工作空間中，右鍵單擊結(jié)束。需要設(shè)置其參數(shù)使其滿足M/M/1隊(duì)列模型的要求。右鍵點(diǎn)擊選擇Edit Attributes ，在 name一欄中輸入

6、queue，在第二欄 process model 中選擇 acb_fifo ，之后確認(rèn)下 service_rate 為 9600，之后點(diǎn)擊 OK 關(guān)閉參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。如圖 8.圖8. Queue參數(shù)設(shè)置選擇 acb_fifo 也是 M/M/1 隊(duì)列模型的要求。創(chuàng)建 Sink 節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊 Create Processor Module 按鈕， 放置在工作空間中，右鍵單擊結(jié)束。需要設(shè)置其參數(shù)使其滿足M/M/1 隊(duì)列模型的要求。 右鍵點(diǎn)擊選擇Edit Attributes ，在 name一欄中輸入sink ，在第二欄process model 中選擇 sink，之后點(diǎn)擊 OK 關(guān)閉參數(shù)設(shè)置面板。如圖

7、9所示。圖 9. Sink 節(jié)點(diǎn)參數(shù)設(shè)置至此 M/M/1 隊(duì)列模型中所需要的模塊都已配置完成，接下來(lái)是將他們連接起來(lái)以保證數(shù)據(jù)流的流通。點(diǎn)擊 Create Packet Stream按鈕。點(diǎn)擊據(jù)流已經(jīng)建好。之后點(diǎn)擊 queue 模塊，在點(diǎn)擊src 模塊，然后點(diǎn)擊queue 模塊，此時(shí)第一個(gè)數(shù)sink 模塊，至此數(shù)據(jù)流連接完成，如圖10 所示。圖 10. 節(jié)點(diǎn)模型連接圖設(shè)置節(jié)點(diǎn)的類型為有線連接（非無(wú)線或者衛(wèi)星） 。選擇 Interfaces/Node Interfaces，在打開(kāi)的面板中，將 Node types 中 mobile 和 satellite 的 supported 改為 no，然后

8、點(diǎn)擊 OK 設(shè)置完成。如圖 11 所示。圖11.節(jié)點(diǎn)接口設(shè)置至此，整個(gè)節(jié)點(diǎn)編輯過(guò)程結(jié)束。選擇op_models 文件夾中。關(guān)閉節(jié)點(diǎn)編輯器。File/Save，然后將node 命名為mm1，保存在你的4）建立網(wǎng)絡(luò)模型。點(diǎn)擊Open Object Palette工具按鈕，打開(kāi)面板之后點(diǎn)擊面板（如圖12）左上角的按鈕，在出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)編輯面板中（如圖板（如圖 14），13），點(diǎn)擊 ConfigurePalette 按鈕，跳出一個(gè)配置面圖 12. 對(duì)象面板樹(shù)圖 13. 對(duì)象面板圖 14. 配置面板選中 Model list ，點(diǎn)擊 Clear，清除面板中除了子網(wǎng)的其他所有模型，然后點(diǎn)擊 Node Mode

9、ls進(jìn)入一個(gè)列表，在列表中找到之前建的mm1 節(jié)點(diǎn)模型，將Status 改成 included，如圖 15.圖 15. 選擇所用的節(jié)點(diǎn)模型點(diǎn)擊 OK 關(guān)閉這個(gè)列表，然后點(diǎn)擊OK 保存 Configure Palette ，輸入名稱mm1_palette，點(diǎn)擊 Save。此時(shí) Object Palette 中出現(xiàn)一個(gè)藍(lán)色的mm1 節(jié)點(diǎn)模型，如圖16。圖 16. 配置后的對(duì)象面板之后將 mm1 拖到工作空間中， 右鍵單擊結(jié)束操作。 右鍵選中對(duì)象菜單中選中 Set Name，輸入 m1，點(diǎn)擊 OK 。選中 File/Save ，點(diǎn)擊 Save。至此網(wǎng)絡(luò)模型創(chuàng)建完成。5）收集統(tǒng)計(jì)結(jié)果。對(duì)于 M/M/1

10、隊(duì)列模型，有很多可以進(jìn)行收集的統(tǒng)計(jì)量，包括一個(gè)數(shù)據(jù)包在無(wú)限緩沖區(qū)中延遲的平均時(shí)長(zhǎng)（queue delay），在隊(duì)列中排隊(duì)的平均分組數(shù)量（ queue size）。這兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量回答了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型的最主要的兩個(gè)問(wèn)題：第一：一個(gè)數(shù)據(jù)分組的平均等待時(shí)間是否超過(guò)允許的上限？（在本實(shí)驗(yàn)中， 允許的上限為 20s）；第二：隊(duì)列的大小是單調(diào)增加的還是會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)？如果隊(duì)列的大小不能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，那么肯定預(yù)示著系統(tǒng)會(huì)會(huì)超負(fù)荷。明確了這兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量，下面就進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量的設(shè)置。右鍵在 m1 上點(diǎn)擊，選擇 Choose Individual DES Statistics 。選擇觀察結(jié)果的窗口，按照下圖 17

11、 進(jìn)行選擇，然后點(diǎn)擊 OK 。圖 17. 選擇觀察結(jié)果6）運(yùn)行仿真。點(diǎn)擊工具欄中的按鈕打開(kāi)仿真窗口，在其中進(jìn)行如圖18 的設(shè)置（Duration 設(shè)為 7 hours，Seed 設(shè)為 431。之后點(diǎn)擊Run 來(lái)運(yùn)行仿真。圖 18. 仿真運(yùn)行窗口運(yùn)行結(jié)束后點(diǎn)擊Close 退出仿真運(yùn)行窗口。7）觀察結(jié)果。右鍵在工作空間點(diǎn)擊選擇View Result ，打開(kāi)結(jié)果瀏覽窗口，在Result for中選擇 Current Scenario（默認(rèn)應(yīng)該是的，如果之前沒(méi)建場(chǎng)景的話），在下面Object Statistics中選擇統(tǒng)計(jì)量，如圖19 所示。圖 19. 觀察結(jié)果選中 queuing delay （ s

12、ec），出現(xiàn)一個(gè)不規(guī)則的圖形（如圖20），圖 20. Queuing delay （ sec）其中峰值在80s 左右，圖形抖動(dòng)非常大，不利于分析，所以在As Is處的下拉菜單中選中 average，然后點(diǎn)擊Show 按鈕，出現(xiàn)圖21 所示的圖形。圖 21. Queuing Delay （sec）從圖中可以看出，本次仿真的隊(duì)列平均延時(shí)在15s 左右。另一個(gè)統(tǒng)計(jì)量是queue size，在之前的結(jié)果觀察窗口左邊選中queue size（ packets），把 queuing delay（ sec）的勾取消。 然后使用 time_average 進(jìn)行圖形的調(diào)整。 之后點(diǎn)擊 Show，出現(xiàn)圖 22 所

13、示圖形。圖 22. Queue Size（packets）從結(jié)果圖中可以看出，最終的時(shí)間平均下隊(duì)列的大小為15 個(gè)數(shù)據(jù)包左右。可以看出兩個(gè)結(jié)果圖非常的類似，這是由于本實(shí)驗(yàn)總數(shù)據(jù)造成的恰巧的結(jié)果，可以方便地用一個(gè)的圖形代替另外一個(gè)進(jìn)行分析。現(xiàn)在將時(shí)間平均的queue size 和未進(jìn)行時(shí)間平均的queue size 結(jié)果放到一個(gè)圖中進(jìn)行比較。將 Result Browser 關(guān)閉，但保留剛得到的time_average(in queue.queue size(packet)，在這個(gè)圖形上右鍵點(diǎn)擊選擇Add Statistic，這時(shí)一個(gè)新的Result Browser 打開(kāi)，然后按照之前的步驟選中

14、queue size（ packets），然后直接點(diǎn)擊Add ，關(guān)閉 Result Browser ，再去看圖形界面，會(huì)發(fā)現(xiàn)多了一條紅色的線條，即為為進(jìn)行時(shí)間平均的queue size結(jié)果。如圖23 所示。圖 23. Queue size 時(shí)間平均與未平均的對(duì)比圖圖中紅色線為隊(duì)列中數(shù)據(jù)包數(shù)量的瞬時(shí)值，藍(lán)色線為隊(duì)列中包數(shù)量的時(shí)間平均值。從圖中我們可以得出結(jié)論：時(shí)間平均沒(méi)有超過(guò)允許的上限值 20s；隊(duì)列的長(zhǎng)度也不是單調(diào)遞增的，在 4 小時(shí)左右達(dá)到穩(wěn)定。因此這是一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）一般創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)模型的方法是建立一個(gè)子網(wǎng)（用 Startup Wizard 進(jìn)行場(chǎng)景設(shè)置） 并將節(jié)點(diǎn)放置到子網(wǎng)當(dāng)中，但因?yàn)镸/M/1隊(duì)