D1、MD1、MM1排隊性能分析

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排隊性能分析姓名：黃顥學號：1011010303班級：通信三班2012年2月一、總體目標獲得D/D/1、M/M/1、M/D/1等不同排隊系統(tǒng)的吞吐量與流入負載的變化關(guān)系。二、任務分配：針對本次作業(yè)，將本組所有成員分成三個小組：第一小組的主要任務是負責D/D/1、M/M/1、M/D/1等不同排隊系統(tǒng)業(yè)務源的生成。第二小組的主要任務是在第一小組工作的基礎上對模擬環(huán)境所生成的數(shù)據(jù)進行記錄并做后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。第三小組的主要任務是在前兩個小組的任務完成之后，進一步討論實驗結(jié)果，并在最后撰寫實驗報告。三、實驗環(huán)境Unbuntu平臺下的NS、Gn

2、uplot。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排隊系統(tǒng)的概述排隊論(queuingtheory),或稱隨機服務系統(tǒng)理論，是通過對服務對象到來及服務時間的統(tǒng)計研究，得出這些數(shù)量指標（等待時間、排隊長度、忙期長短等）的統(tǒng)計規(guī)律，然后根據(jù)這些規(guī)律來改進服務系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或重新組織被服務對象，使得服務系統(tǒng)既能滿足服務對象的需要，又能使機構(gòu)的費用最經(jīng)濟或某些指標最優(yōu)。排隊模型的表示方法：L服務隊列數(shù)達到率一、IX/Y/N離開率M二指數(shù)分布D=確定型分布M/M/1:數(shù)據(jù)進入隊列的概率服從泊松分布，數(shù)據(jù)離開隊列的概率亦服

3、從泊松分布，且只有一個隊列。由隨機過程知識可知數(shù)據(jù)到達的時間間隔服從指數(shù)分布，數(shù)據(jù)離開隊列的時間間隔也是服從指數(shù)分布的，而在在隊列處理能力一定的基礎上，數(shù)據(jù)離開隊列的時間間隔與其大小有正比關(guān)系，故可將M/M/1的生成轉(zhuǎn)化為生成一個這樣的節(jié)點：1、其發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔服從指數(shù)分布，在程序中設其參數(shù)為入；2、其發(fā)送的數(shù)據(jù)大小也服從指數(shù)分布，在程序中設其參數(shù)為|J。D/D/1：即數(shù)據(jù)進入隊列和離開隊列的概率是固定的，由M/M/1的節(jié)點生成可知，D/D/1的生成轉(zhuǎn)化為這樣一個節(jié)點:1、其發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔固定；2、其發(fā)送的數(shù)據(jù)大小也固定，為方便比較其間隔時間和大小也用入和p來表示。M/D/1:綜合M/

4、M/1和D/D/1,M/D/1的生成可轉(zhuǎn)化為這樣一個節(jié)點：1、其發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔服從指數(shù)分布；2、其發(fā)送的數(shù)據(jù)大小固定。五、吞吐量的計算網(wǎng)絡的吞吐量(Throughput，TH)是網(wǎng)絡性能的一個重要參數(shù)，是指在不丟包的情況下單位時間內(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)絡狀況有很大關(guān)系，為了測試端到端的最大吞吐量，應該逐漸增大發(fā)送端的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，然后計算接收端的吞吐量，直至吞吐量達到最大。在分析Trace文件時，可以使用以下的計算方式計算吞吐量。TH(i)=一TB(mmRT(i)-TR(m)上式中，TB(i)是指第i個分組被目的節(jié)點接收時已經(jīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，TR

5、(i)是第i個包的接收時間。i>m，標識計算從第m個分組到第i個分組的吞吐量，特別的，若取m=1則是計算平均吞吐量。六、實驗步驟1,根據(jù)實驗的總體目標，確認本次實驗的整體思路，書寫仿真程序代碼，具體程序代碼內(nèi)容請參考附錄。2，根據(jù)上文所述的測量吞吐量的方法，在仿真完成之后，書寫awk程序?qū)Ψ抡娼Y(jié)果的Trace文件進行分析，具體程序代碼內(nèi)容請參考附錄。3，將第2步中對Trace文件分析的結(jié)果送入Gnuplot作圖，得到具體直觀的結(jié)果，并對結(jié)果進行驗證；當所得結(jié)論與理論不符時，修改仿真程序或者awk程序，重復上述第1、2步驟。七、運行結(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

6、/1、M/M/1、M/D/1三種排隊系統(tǒng)的吞吐量對比圖，其中入均設為30.0,|J均為33.0，橫軸為時間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。圖1-小負載情況下三種排隊系統(tǒng)的吞吐量對比圖由圖1可見這三者在輸入負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的吞吐量有波動性。.門*mi.丄喪妝.o1l?iinbda2=30.n,idij2=53.門n.in.ngn.nsn.n7n.nen.nsn.04n.nt3n.n2n.mnnin2n3n4nsosn7nangoinn圖2-D/D/l隊列系統(tǒng)在卩不同情況下的吞吐量對比圖2為三個D/D/1

7、隊列的吞吐量對比，三個D/D/1隊列的參數(shù)分別為如圖所示，橫軸為時間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。入不變時，隨著M的增大，數(shù)據(jù)包大小減小，從而輸入負載也就減小，由圖可知隨著p的增大平均吞吐量是減小的。圖3-M/M/1隊列系統(tǒng)在入不同情況下的吞吐量對比圖3為三個M/M/1隊列系統(tǒng)的吞吐量對比，三個M/M/1隊列的參數(shù)分別為如圖所示，橫軸為時間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。p不變時，隨著入的增大，數(shù)據(jù)包發(fā)送時間間隔減小，從而輸入負載也就增大，由圖可知隨著入的增大平均吞吐量是增大的。圖4-M/M/1隊列系統(tǒng)在入不同情況下的吞吐量對比圖4為三個M/D/1隊列系統(tǒng)的吞

8、吐量的對比，三個M/M/1隊列的參數(shù)分別為如圖所示，橫軸為時間（單位為s），縱軸為平均吞吐量（Mbit/s）。p不變時，隨著入的增大，數(shù)據(jù)包發(fā)送時間間隔減小，從而輸入負載也就增大，由圖可知隨著入的增大平均吞吐量是增大的。附錄：業(yè)務源生成程序：D/D/1、M/M/1、M/D/1隊列程序的共同部分：setnsnewSimulatorsetfopenqueue2.trwsetmu133.0setlambda130.0setn1$nsnodesetn2$nsnodesetlink$nssimplex-link$n1$n21Mb1msDropTail$nsqueue-limit$n1$n250setsr

9、c1newAgent/UDP$nsattach-agent$n1$src1setsink1newAgent/LossMonitor$nsattach-agent$n2$sink1$nsconnect$src1$sink1setholdtime10setholdseq10setholdrate10D/D/1、M/M/1、M/D/1隊列程序的不同部分：針對D/D/1隊列：數(shù)據(jù)包發(fā)送procsendpacket1globalnssrc1mu1lambda1settime$nsnow$nsatexpr$time+expr1/$lambda1"sendpacket1"setbytes

10、exprround(expr100000.0/(8*$mu1)$src1send$bytes針對M/M/1隊列：兩個指數(shù)分布的生成：setInterArrivalTime1newRandomVariable/Exponential$InterArrivalTime1setavg_expr1/$lambda1setpktSize1newRandomVariable/Exponential$pktSize1setavg_expr100000.0/(8*$mu1)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，將兩個指數(shù)分布同數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時間與數(shù)據(jù)大小綁定:procsendpacket1globalnssrc1InterArriva

11、lTime1pktSize1settime$nsnow$nsatexpr$time+$InterArrivalTimelvalue""sendpacketlsetbytesexprround($pktSize1value)$src1send$bytes針對M/D/1隊列：數(shù)據(jù)包發(fā)送，將一個指數(shù)分布(生成見M/M/1)同數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時間綁定：procsendpacket1globalnssrc1InterArrivalTime1mu1settime$nsnow$nsatexpr$time+$InterArrivalTime1value""sendpacke

12、t1""setbytesexprround(expr100000.0/(8*$mu1)$src1send$bytesD/D/1、M/M/1、M/D/1隊列程序的其余共同部分：#記錄及計算：procrecordglobalsink1fholdrate1setnsSimulatorinstancesettime0.9setbw0$sink1setbytes_setnow$nsnowif$now=0puts$f$now0.0elsePuts$f$nowexpr($bw0+$holdrate1)*8)/($now*1000000)""$sink1setbytes_0setholdrate1expr$bw0+$holdrate1$nsatexpr$now+$time""record"#啟動：$nsat0.01""record""$nsat0.01""sendpacket1"