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)過程為泊松過程的單入單出（FIFO）緩沖器和一臺(tái)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。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)包大小（3） 服務(wù)器服務(wù)容量如果平均數(shù)據(jù)包到達(dá)速度和

2、平均數(shù)據(jù)包大小的綜合影響超過了服務(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, , 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processor module表示）負(fù)責(zé)處理無用的數(shù)據(jù)包，queue mo

3、dule表示無限的緩沖器和服務(wù)器。packet streams用來連接每個(gè)模塊。模型如圖2.圖2. M/M/1隊(duì)列模型實(shí)驗(yàn)步驟：1）打開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（Qu

4、eue），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 Interarrival 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

5、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，是為了讓過程滿足泊松分布，從而符合M/M/1隊(duì)列模型。 接下來是創(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

6、 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，接下來是將他們連接起來以保證數(shù)據(jù)流的流通。點(diǎn)擊Create Packet Stream按鈕。點(diǎn)擊src模塊，然后點(diǎn)擊queue模塊，此時(shí)第一個(gè)數(shù)據(jù)流已

7、經(jīng)建好。之后點(diǎn)擊queue模塊，在點(diǎn)擊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（非無線或者衛(wèi)星）。選擇Interfaces/Node Interfaces，在打開的面板中，將Node types中mobile和satellite的supported改為no，然后點(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)編輯過程結(jié)束。選擇File/Save，然后將node命名為mm1，保存在你的op_models文件夾中。關(guān)閉節(jié)點(diǎn)編輯器。4）建立網(wǎng)絡(luò)模型。點(diǎn)擊Open Object Palette工具按鈕，打開面板之后點(diǎn)擊面板（

8、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13），點(diǎn)擊Configure Palette按鈕，跳出一個(gè)配置面板（如圖14），圖12. 對(duì)象面板樹圖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 Models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

9、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)問題：第一：一個(gè)數(shù)據(jù)分組的平均等待時(shí)間是否超過允許的上限？（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

10、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，打開結(jié)果瀏覽窗口，在Result for中選擇Cur

11、rent Scenario（默認(rèn)應(yīng)該是的，如果之前沒建場(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（sec），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 si

12、ze（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?？梢钥闯鰞蓚€(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?，F(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(

13、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，然后按照之前的步驟選中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)間平均沒有超過允許的上限值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)列模型只需要一