OPNET Modeler 例程——停等协议的建模和仿真

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一、概述

本例程是在 OPNET Modeler 中对停等协议的建模和仿真，其中停等协议的操作过程如下：
（1）发送方每次仅将当前信息帧作为备份保留在缓冲存储器中；
（2）当发送方开始发送信息帧时，赋予该信息帧一个帧序号，随即启动计时器；
（3）当接收方收到无差错的信息帧后，即向发送方返回一个与该帧序号相同序号的ACK确认帧；
（4）当接收方检测到一个含有差错的信息帧时，便舍弃该帧；
（5）若发送方在规定时间内收到ACK确认帧，即将计时器清零，需而开始下一帧的发送；
（6）若发送方在规定时间内未收到ACK确认帧，则应重发存于缓冲器中的待确认信息帧。

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二、链路模型和包格式创建

创建点对点双工链路模型，其设置如下图所示。

ACK 反馈包的包格式设置如下图所示。

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三、进程模型

1.src 进程模型

停等协议模块的进程模型状态转移如下表所示。

当前状态	转移条件	执行函数	下一状态
init	POWER_UP	无	idle
idle	FRAME_ARRIVAL	send_frame()	ACKWait
idle	LINK_FAIL	无	Linkdown
idle	default	无	idle
ACKWait	FRAME_ARRIVAL	queue_frame()	ACKWait
ACKWait	ACK_ARRIVAL && !QUEUE_EMPTY	proc_ack();send_next_frame()	ACKWait
ACKWait	TIME_OUT	resend_frame()	ACKWait
ACKWait	LINK_FAIL	无	ACK_Wait_Linkdown
ACKWait	ACK_ARRIVAL && QUEUE_EMPTY	proc_ack()	idle
Linkdown	LINK_UP && QUEUE_EMPTY	无	idle
Linkdown	LINK_UP && !QUEUE_EMPTY	send_next_frame()	ACKWait
Linkdown	FRAME_ARRIVAL	queue_frame()	Linkdown
ACK_Wait_Linkdown	LINK_UP	proc_flag()	ACKWait
ACK_Wait_Linkdown	FRAME_ARRIVAL	queue_frame()	ACK_Wait_Linkdown
ACK_Wait_Linkdown	TIME_OUT	flag = 1;	ACK_Wait_LinkDown

stop_wait_queue 模块的进程模型如下图所示。

状态变量设置如下图所示。

头块代码如下。

#define GEN_IN_STRM 0
#define RCV_IN_STRM 1
#define POWER_UP (op_intrpt_type() == OPC_INTRPT_BEGSIM)
#define FRAME_ARRIVAL (op_intrpt_type() == OPC_INTRPT_STRM && op_intrpt_strm() == GEN_IN_STRM)
#define LINK_FAIL (op_intrpt_type() == OPC_INTRPT_FAIL)
#define TIME_OUT (op_intrpt_type() == OPC_INTRPT_SELF)
#define ACK_ARRIVAL (op_intrpt_type() == OPC_INTRPT_STRM && op_intrpt_strm() == RCV_IN_STRM)
#define QUEUE_EMPTY (op_subq_empty(0) == OPC_TRUE)
#define LINK_UP (op_intrpt_type() == OPC_INTRPT_RECOVER)

函数块代码。

void send(Packet * pkptr)
{FIN(send(Packet * pkptr));copy_pk = op_pk_copy(pkptr); op_pk_send(pkptr,0);ack_event = op_intrpt_schedule_self(op_sim_time()+5.0,0); FOUT;
}void send_frame()
{FIN(send_frame());send(op_pk_get(op_intrpt_strm())); FOUT;
}void queue_frame()
{FIN(queue_frame());op_subq_pk_insert(0,op_pk_get(op_intrpt_strm()),OPC_QPOS_TAIL); FOUT;
}void resend_frame()
{FIN(resend_frame());send(copy_pk); FOUT;
}void proc_ack()
{FIN(proc_ack());op_ev_cancel(ack_event);op_pk_destroy(copy_pk);FOUT;
}void send_next_frame()
{FIN(send_next_frame());send(op_subq_pk_remove(0,OPC_QPOS_HEAD)); FOUT;
}void proc_flag()
{FIN(proc_flag());if(flag == 1)resend_frame();flag = 0;FOUT;
}

2.sink 进程模型

sink 模块的进程模型如下图所示。

状态变量设置如下图所示。

头块代码。

#define PK_RECEIVE (op_intrpt_type()==OPC_INTRPT_STRM)

init 状态的进入执行代码。

RBT_handle = op_stat_reg("Received Bit Throughput (bits/sec)",OPC_STAT_INDEX_NONE,OPC_STAT_GLOBAL);
ETE_Delay_handle = op_stat_reg("End to end Delay (sec)",OPC_STAT_INDEX_NONE,OPC_STAT_GLOBAL);
ack_count_handle = op_stat_reg("Number of ACK Packets",OPC_STAT_INDEX_NONE,OPC_STAT_GLOBAL);
op_ima_obj_attr_get(op_id_self(),"Ack Sending Delay(seconds)",&ack_delay);
received_bit = 0;
ack_count = 0;

函数块代码。

void receive_process()
{int index;Packet* pkptr;Packet* ack_ptr;double ete_delay;double creation_time;double sim_time;FIN(receive_process());index = op_intrpt_strm();pkptr = op_pk_get(index);creation_time = op_pk_creation_time_get(pkptr);sim_time = op_sim_time();ete_delay = sim_time - creation_time;op_stat_write(ETE_Delay_handle,ete_delay);received_bit += op_pk_total_size_get(pkptr);op_stat_write(RBT_handle,received_bit/sim_time);op_pk_destroy(pkptr);ack_ptr = op_pk_create_fmt("ack_pkt"); ack_count++;op_stat_write(ack_count_handle,ack_count);op_pk_send_delayed(ack_ptr,0,ack_delay);FOUT;
}

全局属性设置如下图。

全局统计量设置如下图。

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四、节点模型

src 的节点模型如下图所示。

gen 模块的属性设置。

stop_wait_queue 模块的属性设置。

sink 的节点模型如下图所示。

sink 模块的属性设置。

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五、网络模型

网络模型如下图所示。

除了前面创建的两个节点和链路对象外，还有一个设置链路故障的对象。
链路模型的属性设置。

Failure Recovery 的属性设置如下图所示。

设置其在180s时链路故障，480s时链路恢复，再到600s时链路故障，720s时链路再恢复。

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六、仿真结果

在网络模型中设置 src 节点的发包间隔为1s，sink 节点的 ACK 回复延迟 8s，仿真持续时间为1000s，运行仿真。
端到端延时的结果如下图所示。

设置绘图为离散形式，显示如下。

可以看到，在链路没有故障时，延时是增长的，有故障时，延时就没有了。
接收到 ACK 包的数量如下图所示。

链路没有故障时，ACK 包的数量单调递增，链路故障时就没有 ACK 包到达了，此时包的数量保持不变，链路恢复后，ACK 包的数量接着增加。
吞吐量如下图所示。

吞吐量和链路的故障与否仍然有关，在链路产生故障时，吞吐量明显下降。
下行链路利用率如下图所示。

上行链路利用率如下图所示。

产生包的速率是比收到 ACK 包的速率大的，因此，下行链路利用率要比上行链路利用率高出不少。
src 节点的包动画如下。

sink 节点的包动画如下。

stop_wait_queue 模块的进程模型动画如下。

sink 模块的进程模型动画如下。

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以上就是 OPNET Modeler 例程——停等协议的建模和仿真的全部内容了。