MM1队列仿真

实验一 M/M/1队列仿真
1、实验目的
（1）了解什么是M/M/1队列
（2）利用节点编辑器，创建一个类似的M/M/1队列
（3）在仿真过程中将过滤器应用于数据收集，以及对后期仿真数据的数学研究。

2、实验环境
Windows XP系统
OPNET Modeler 10.0仿真软件
3、实验原理
M/M/1队列是由先进先出（FIFO）的缓冲区组成，数据包到达服从柏松分布。

M/M/1队列的性能优以下几个参数决定：
●数据包到达速率
●数据包大小
●服务容量
下图就是M/M/1队列的模型图1：
图1 M/M/1队列的节点模型图
4、实验步骤
<一> M/ M/1队列节点创建
新建一个工程名为ch04_mm1，场景名MM1的工程，单击“Quit”后退出，以后再设置此网络场景。

在项目编辑器出创建一个node model的场景：执行File >New命令，创建即可。

1 定义数据源模块
（1）在工具栏中单击“Create Processer”按钮，设置一个处理机模块放在工作区中。

（2）编辑其属性，右击选择“Edit Attributes”进行编辑。

设置各个属性如图2：
图2 源模块属性图
其中，设置数据包生成的间隔时间为指数分布；设置Mean Outcome为0.1(数据包到达的平均时间0.1s)；改变Packet Size 的属性，Mean time 为9000。

（3）单击“ok”关闭属性对话框，完成属性设置。

2 建立队列模型
（1）创建一个队列（按“Create Queue”按钮即可），再放一个处理及模块在它的左边。

（2）右击队列模块，编辑属性如图3：
图3 队列属性图
模块改名为“queue”，“process model”为acb_fifo;确认service_rate为9600
（3）单击“ok”按钮，完成属性设置，关闭对话框。

3 定义是数据池模块
（1）在创建一个处理及模块放置于队列模块的右边，如图4：
图4 数据池模型的三个节点
（2）右击该模块，编辑其属性，name为sink，“process model”也为“sink”。

（3）单击“ok”完成设置，关闭对话框。

至此，MM1队列设置得到了正确配置，下面在将其连接起来。

4 创建数据波流
（1）在工具栏中，单击“Create Packet Stream”按钮。

（2）建立从Src到Queue和Queue到sink的连接。

如图5
图5 数据池节点模型
（3）执行Interface>Node Interface命令，打开节点接口编辑器，设置将mobile 和satellite的supportde属性改为no，关闭对话框。

（4）保存节点模型，将其名改为ch04_mm1,单击“save”保存。

<二> 创建网络
现在，底层的节点已经设置完成，开始着手在项目编辑器创建网络。

1 创建自定义对象面板
（1）在项目编辑器的工具栏中单击打开对象面板按钮，如6图；
图6 对象编辑器
（2）单击“Configure Palette”，在弹出的对话框中选中“Enable models aggregation”复选项，并单击“clear”按钮，清除所有模型图标。

（3）单击“Node Model”按钮，在弹出的对话框中找到ch04_mm1，将其右边的Status 设置为included，单击“ok”，关闭对话框。

（4）单击“Configure Palette”对话框的“ok”按钮，并保存为名为ch04_mm1_palette的新模板。

从而就建立了ch04_mm1的模块，如图7。

图7 加入ch04_mm1后的对象编辑器
2 创建网络模型
接下来，利用自定义的面板来建立M/M/1模型。

（1）从对象面板中脱一个新建的ch04_mm1_palette节点到工作区。

（2）右击该节点选择Set Name，命名为m_node 。

节点创建完毕，接下来就是仿真及收集统计量。

<三> 参数选择和仿真
首先选择要测量的仿真参数：
1 参数选择
（1）在项目编辑器中右击m_node节点对象，在弹出的菜单中选择“choose individual DES statistic”。

（2）在弹出的对话框中展开Model>queue.subqueue[0]>queue,选中queue size （packets）和queuing delay俩个统计量。

（3）单击“ok”按钮，关闭对话框。

2 运行仿真
现在可以开始OPNET运行仿真了。

(1)在项目编辑器上执行Create>Run Discrete Event Simulation按钮。

(2)将持续时间设置为7小时，Seed为431，Simulation Kernel 为optimized。

如
图8：
图8 运行仿真属性
(3)单击“Run”，开始仿真。

（4）真结束后，关闭对话框。

<四> 仿真结果的分析
对于小型网络仿真，可以直接在项目编辑器中看仿真结果，这里我们用OPNET 提供的分析工具来看仿真结果。

（1）在项目编辑器中执行File>New命令，在弹出的对话框中选择 Analysis Configuration，单击“ok”按钮。

我们首先关心得是队列延时，所以进行一下操作：
（2）单击工具栏上的“Create Graphic of a
Statistics>m_node>queue>subqueue[0]>queue”，选中“queue delay”旁边的复选项，即选择了queuing delay统计量。

（3）从filters下拉菜单中选择 time average，观察平均延时，如图9：
图9 ch04_mm1的平均延时
除了数据包排队延时外，我们关心的另一个变量是MM1的长度的时间平均。

进行下列步骤：
（1）移开平均延时图像的窗口，但是不要关闭它。

（2）在View Result对话框中取消“queuing delay”旁边的复选项。

（3）选中“queuing size（packets）”旁边的复选项。

（4）在filters下拉式菜单中选择time_average，如图10：
图10 MM1的长度的时间平均
下面再将这两个统计量放在一起进行比较和分析.
（1）关闭现有的View Result对话框。

（2）右击平均延时图形窗口，从弹出的快捷菜单中选择Add Statistics，将弹出一个新的View Result对话框。

（3）在弹出的新的View Result对话框中选择Model Statistics>queue.subqueue[0]>queue>queue size（packets）旁边的复选项。

（4）单击“Add”按钮，则两统计量出现在同一张图上，如图11：
图11 两者的比较图
5、试验结果分析
这个试验主要是对节点编辑器的应用，以及对基本的处理机和队列的理解和应用。

从实验中很容易看到平均队列延时和队列长度的时间平均是相似的，这表明对于该模型，有大量的插入和删除工作在仿真过程中进行。

M/M/1队列的原理数学模型模型：
平均到达速率=1.0/平均间隔时间=1p/1.0s=1.0p/s
平均服务需求：1/u=9000b/s
服务容量：C=9600b/s
平均服务速率：μC=(1/9000)*9600=1.067p/s
平均延时：T=1/（μC-λ）=15s
不难看出，网络延时用理论算出的值和在实验中测出的值完全符合；同样，队列长度也与理论值一样，这说明实验设计完全正确。