Đề tài Đo hiệu năng và mô phỏng hàng đợi M/M/1/K

Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -1- BÁO CÁO MÔN CƠ SỞ MẠNG THÔNG TIN Đề tài : Đo hiệu năng và mô phỏng hàng đợi M/M/1/K Giảng viên: TS . Nguyễn Hữu Thanh Nhóm : HDB Mail : hdb.dt5@gmail.com Lớp :ĐT5-K49 Thành viên : Ngô Quang Trung (C) Nguyễn Đăng Trang Phạm Trung Hiếu Dương Cường Anh Nguyễn Văn Tuyến Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -2- Bài Số 3: Đo hiệu năng của hang đợi M/M/1/K λ K Cho hàng đợi đơn M/M/1/K như hình vẽ . 3.1 Sử dụng kiến thức hàng đợi đã học để tính xác suất gói lỗi Pe,N,Nq,T,Tq. Các tham số hàng đợi như sau:tốc độ trung bình của gói đến hàng đợi là λ=50 gói/s; tải ρ=0,6;độ dài hàng đợi K=5. 3.2 Dùng NS-2 thiết lập một kịch bản mô phỏng cho hàng đợi với các tham số đã cho trong 3.1 ●Tính các tham số hiệu năng như trên với thời gian chạy mô phỏng 200s. ●Vẽ đồ thị tốc độ mất gói e(t) ( tính bằng gói/s) và độ dài hàng đợi tức thời nq(t) ●So sánh và kết luận so với kết quả tính toán trong 3.1. 3.3 Tương tự như 3.2, tuy nhiên vơi tham số ρ=1. 3.4 Tương tự như 3.2 với K=10.Có kết luận gì về các kết quả thu được? Phần I: Phân công công việc 1. Nguyễn Đăng Trang : -Thiết lập các thông số cơ bản cho hàng đợi. +Tạo đối tượng mô phỏng . +Thiết lập các nút ,link nối các nút. µ Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -3- +Thiết lập các tham số cho hàng đợi. +Thiết lập tiến trình tới và tiến trình phục vụ tuân theo phân bố poisson với các tham số λ,µ,K. 2.Dương Cường Anh và Ngô Quang Trung: -Thủ tục gửi và nhận gói trong hệ thống gồm : + sendpacket: thủ tục định thời gian và gói dữ liệu gửi đi của nguồn $src + recv-pkts : thủ tục xuất tổng số packets nhận được ở sink + record : thủ tục lấy thông số để vẽ đồ thị tốc độ mất gói + queueLength : thủ tục lấy chiều dài hàng đợi tức thì lưu vào qsize.tr để lấy thông số vẽ đồ thị kích thước hàng đợi tức thời và tính Nq lưu vào qsize1.tr (dòng cuối cùng) -Thủ tục lấy thông tin về hàng đợi -Tìm hiểu về cấu trúc file .nam và file .tr +cấu trúc file nam: - File này ghi lại toàn bộ thông tin liên quan đến quá trình mô phỏng , nó có 10 cột như hình trên . - Giải thích : *[event type] : sự kiện + : 1 gói vào hàng đợi - : 1 gói ra khỏi hàng đợi r : 1 gói đã được nhận toàn bộ ở nút đích d: 1 gói bị rớt khỏi hàng đợi *[time] : thời điểm xảy ra sự kiện *[src node]: nút gửi gói *[dst node]:nút nhận tương ứng *[pkt type]:Kiểu dữ liệu được gửi đi *[pkt size]:Kích thước gói dữ liệu Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -4- *[color]: màu sắc luồng dữ liệu * [pkt id]:số hiệu gói *[flow id]:số hiệu luồng dữ liệu *[src.port] : địa chỉ nguồn dữ liệu *[dst.port] : địa chỉ đích của dữ liệu *[seqno]:số hiệu chuỗi dữ liệu - File .tr cũng ghi lại nhưng thông tin như trên tuy nhiên đã lựợc bỏ một số dữ liệu , cấu trúc file này: 3.Nguyễn Văn Tuyến: +Tìm hiểu về cấu trúc và lập trình file .awk để tính các tham số T,Tq. Cụ thể +file T.awk thực hiện việc lấy dữ liệu từ file out.tr để tính thời gian trung bình một gói lưu lại trong hệ thống. +file Tq.awk thực hiện việc lấy dữ liệu từ file out.tr để tính thời gian trung bình một gói lưu lại trong hàng đợi. + file N.awk thực hiện việc lấy dữ liệu từ file out.tr để tính số yêu cầu trung bình trong hệ thống. Thực hiền bởi các lệnh exec awk -f N.awk out.tr exec awk -f T.awk out.tr exec awk -f Tq.awk out.tr 4.Phạm Trung Hiếu: -Vẽ các đồ thị : sử dụng công cụ xgraph. +Lệnh này vẽ đồ thị kích thước hàng đợi lấy dữ liệu trong file qsize.tr Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -5- exec xgraph qsize.tr -geometry 800x400 -t "Kich thuoc hang doi" -x "TIME(sec) " -y "LENGTH (packets)" & +Lệnh này vẽ đồ thị Tốc độ mất gói lấy dữ liệu trong file paketslost.tr exec xgraph paketslost.tr -geometry 800x400 -y " PacketPerSnsec" -x "Time (sec)" -t "Toc do mat goi " & -Viết Báo cáo Phần II : Kết quả thực hiện 3.1.Tính toán các tham số Pe,N,Nq,T,Tq với λ=50 gói/s, ρ=0.6,K=5 trên lý thuyết. 3.1.1 Xác suất lỗi gói 033.056.066.01 6.01 11 1       kkeP   3.1.2 Số yêu cầu trung bình trong hệ thống 11 1 )1( 1      k k kN     = )(21.166.01 66.0)15( 6.01 6.0 gói    3.1.3 Số yêu cầu TB trong hàng đợi Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -6- )(63.066.01 66.056.0 6.01 6.0 11 1 1 góixk kkNq                3.1.4 Thời gian một yêu cầu phải đợi trong hệ thống )(025.0 )033.01(50 1 )1( s eP NT       3.1.5 Thời gian một yêu cầu phải đợi trong hàng đợi )(013.0 )033.01(50 63.0 )1( s kP qN qT      3.2. Mô phỏng với : λ=50 gói/s,ρ=0.6,K=5 trong 200s. +Hình ảnh mô phỏng: Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -7- +Tôc độ mất gói e(t) +Kích thước hàng đợi tức thời nq(t) Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -8- *Tính các tham số hiệu năng: -Xác suất lỗi gói được lấy trong file Pe.tr có : Pe=3.07%=0.0307 -Số yêu cầu trung bình trong hàng đợi được lấy từ file qsize1.tr (dòng cuối cùng) Nq=0.615 (gói) -Thời gian trung bình một yêu cầu phải đợi trong hàng đợi được lấy từ file : Tq_avg.tr Tq = 0.0127 (s) -Thời giant rung bình của một yêu cầu trong hệ thống được lấy từ file : T_avg.tr T = 0.246 (s) -Số yêu cầu trung bình trong hệ thống được lấy từ file N_avg.tr N=6.687 (gói) * So sánh với kết quả tính lý thuyết: từ kết quả mô phỏng và kết quả tính toán trên lý thuyết ta có bảng Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -9- Lý thuyết Mô phỏng 2 s Mô phỏng 200 s Pe 0.033 0.0 0.0307 N (gói/s) 1.21 5.2844 6.687 Nq ( gói/s) 0.63 0.28 0.615 T(s) 0.025 0.0179 0.246 Tq(s) 0.013 0.0071 0.0127 *Nhận xét : kết quả mô phỏng sai khác so với kết quả tính trên lý thuyết là không quá lớn.Khi thời gian mô phỏng càng lớn thì kết quả mô phỏng tiệm cần dần tới kết quả tính trên lý thuyết.Riêng N kết quả mô phỏng lớn hơn nhiều so với kết quả tính toán 3.3. Hàng đợi M/M/1/K với các tham số Pe,N,Nq,T,Tq với λ=50 gói/s,ρ=1, K=5 3.3.1. Trên lý thuyết. 3.3.1.1 Xác suất lỗi gói 17.0 51 1 1 1      Ke P 3.3.1.2 Số yêu cầu trung bình trong hệ thống 5.2 2 5 2  KN (gói) 3.3.1.3 Số yêu cầu TB trong hàng đợi 083.2 )15(*2 25 )1(*2 2      K KNq (gói) 3.3.1.4 Thời gian một yêu cầu phải đợi trong hệ thống )(06.0 )17.01(50 5.2 )1( s eP NT       Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -10- 3.3.1.5 Thời gian một yêu cầu phải đợi trong hàng đợi )(05.0 )17.01(50 083.2 )1( s kP qN qT      3.3.2.Mô phỏng +Hình ảnh mô phỏng : +Tốc độ mất gói e(t): Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -11- +Kích thước hàng đợi tức thời nq(t): *Tính các tham số hiệu năng: -Xác suất lỗi gói được lấy trong file Pe.tr có : Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -12- Pe=17.1%=0.171 -Số yêu cầu trung bình trong hàng đợi được lấy từ file qsize1.tr (dòng cuối cùng) Nq=1.67 (gói) -Thời gian trung bình một yêu cầu phải đợi trong hàng đợi được lấy từ file : Tq_avg.tr Tq = 0.04 (s) -Thời giant rung bình của một yêu cầu trong hệ thống được lấy từ file: T_avg.tr T = 0.06 (s) -Số yêu cầu trung bình trong hệ thống được lấy từ file N_avg.tr N=7.1269 (gói) * So sánh với kết quả tính lý thuyết: từ kết quả mô phỏng và kết quả tính toán trên lý thuyết ta có bảng Lý thuyết Mô phỏng 2 s Mô phỏng 200 s Pe 0.17 0.107 0.171 N (gói/s) 2.5 5.2844 7.1269 Nq ( gói/s) 2.083 1.04 1.67 T(s) 0.06 0.049 0.06 Tq(s) 0.05 0.03 0.04 *Nhận xét : kết quả mô phỏng sai khác so với kết quả tính trên lý thuyết là không quá lớn.Khi thời gian mô phỏng càng lớn thì kết quả mô phỏng tiệm cần dần tới kết quả tính trên lý thuyết. Riêng N kết quả mô phỏng lớn hơn nhiều so với kết quả tính toán 3.4. Hàng đợi M/M/1/K với các tham số Pe,N,Nq,T,Tq với λ=50 gói/s,ρ=0.6 ,K=10 3.4.1.Tính toán các tham số Pe,N,Nq,T,Tq với λ=50 gói/s, ρ=0.6,K=10 trên lý thuyết. 3.4.1.1 Xác suất lỗi gói Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -13- 0024.0106.0116.01 6.01 11 1       kkeP   3.4.1.2 Số yêu cầu trung bình trong hệ thống 11 1 )1( 1      k k kN     = )(45.1116.01 116.0)110( 6.01 6.0 gói    3.1.1.3 Số yêu cầu TB trong hàng đợi )(86.0116.01 116.0106.0 6.01 6.0 11 1 1 góixk kkNq                3.1.1.4 Thời gian một yêu cầu phải đợi trong hệ thống )(029.0 )0024.01(50 45.1 )1( s eP NT       3.1.1.5 Thời gian một yêu cầu phải đợi trong hàng đợi )(0172.0)0024.01(50 86.0 )1( s kP qN qT      3.4.2.Mô phỏng: +Hình ảnh mô phỏng: Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -14- +Đồ thị tốc độ mất gói e(t): + Đồ thị kích thước hàng đợi tức thời nq(t) : Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -15- *Tính các tham số hiệu năng : -Xác suất lỗi gói được lấy trong file Pe.tr có : Pe=17.1%=0.0034 -Số yêu cầu trung bình trong hàng đợi được lấy từ file qsize1.tr (dòng cuối cùng) Nq=0.84 (gói) -Thời gian trung bình một yêu cầu phải đợi trong hàng đợi được lấy từ file : Tq_avg.tr Tq = 0.0169 (s) -Thời giant rung bình của một yêu cầu trong hệ thống được lấy từ file : T_avg.tr T = 0.0288 (s) -Số yêu cầu trung bình trong hệ thống được lấy từ file N_avg.tr N=7.138 (gói) Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -16- * So sánh với kết quả tính lý thuyết: từ kết quả mô phỏng và kết quả tính toán trên lý thuyết ta có bảng Lý thuyết Mô phỏng 2 s Mô phỏng 200 s Pe 0.0024 0 0.0034 N (gói/s) 1.45 5.2844 7.138 Nq ( gói/s) 0.86 0.28 0.84 T(s) 0.029 0.018 0.0288 Tq(s) 0.0172 0.007 0.0169 *Nhận xét :- Kết quả mô phỏng sai khác so với kết quả tính trên lý thuyết là không quá lớn.Khi thời gian mô phỏng càng lớn thì kết quả mô phỏng tiệm cần dần tới kết quả tính trên lý thuyết. Kết luận Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -17- Kết quả mô phỏng sai khác so với kết quả tính trên lý thuyết là không quá lớn.Khi thời gian mô phỏng càng lớn thì kết quả mô phỏng tiệm cần dần tới kết quả tính trên lý thuyết. Riêng kết quả N thu được trong quá trình mô phỏng sai khác khá lớn so với kết quả tính lý thuyết.Nguyên nhân có thể do trễ truyền trên link giữa hai nút n1 và n2 gây nên.Kiểm trứng bằng thực nghiệm thu được kết quả:khi mô phỏng với hàng đợi có tham số λ=50 gói/s,ρ=0.6 ,K=5 trong thời gian 200s Trễ trên link( ms) N (gói ) 100 6.6868 50 4.2415 25 3.03081 10 2.3 0 1.64 +Như vậy có thể thấy N phụ thuộc khá nhiều vào trễ truyền dẫn trên đường truyền -Khi tải của hệ thống càng lớn thì số yêu cầu nằm trong hệ thống (N),số yêu câu trong hàng đợi(Np), thời gian một yêu cầu nằm trong hệ thống(T),thời gian một yêu cầu nằm trong hàng đợi(Tp )cũng tăng.Mặt khác nó còn làm cho xác suất lỗi gói Pe cũng tăng. -Khi độ dài hàng đợi tăng thì số yêu cầu nằm trong hệ thống (N),số yêu câu trong hàng đợi(Np), thời gian một yêu cầu nằm trong hệ thống,thời gian một yêu cầu nằm trong hàng đợi cũng tăng.Tuy nhiên xác suất lỗi gói Pe lại giảm. *Kết luận:-Tải của hệ thống càng nhỏ càng tốt,khi đó N,Np,T,Tp sẽ nhỏ. -Hàng đợi hệ thống càng tăng thì xắc suất lỗi gói Pe càng giảm tuy nhiên N,Np,T,Tp sẽ tăng,do đó ta cần phải tính toán độ dài hàng đợi cho phù hợp với hệ thống. Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -18- -Hệ thống cần được thiết kế để trễ trên đường truyền và trễ trong hàng đợi là nhỏ nhất. Mục lục Phần I : phân công công việc 2 Phần II: Kết quả thực hiện 6 3.1.Tính toán các tham số Pe,N,Nq,T,Tq với 6 λ=50 gói/s,ρ=0.6,K=5 trên lý thuyết. 3.2.Mô phỏng 7 3.3. Tính toán các tham số Pe,N,Nq,T,Tq với 9 λ=50 gói/s,ρ=1, K=5. 3.3.1.Trên lý thuyết 9 3.3.2.Mô phỏng 10 Nhóm : HDB Lớp : ĐT5-K49 ------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- -19- 3.4 .Tính toán các tham số Pe,N,Nq,T,Tq với 13 λ=50 gói/s,ρ=0.6,K=5. 3.4.1.Trên lý thuyết 13 3.4.2.Mô phỏng 14