资源描述：
《fdtd算法的网络并行的研究及其电磁应用(可编辑)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、FDTD算法的网络并行的研究及其电磁应用电子科技大学博士学位论文FDTD算法的网络并行研究及其电磁应用姓名:刘瑜申请学位级别:博士专业:光学指导教师:梁正20080701摘要摘要作为一种强有力的数值计算技术,时域有限差分法被广泛应用于光子晶体仿真、生物电磁剂量计算等各类电磁研究领域。但由于的离散必须满足稳定条件和一定的精度保证,这使得法在解决电大尺寸复杂结构问题时需划分数量庞大的网格,带来计算耗时过长和计算机内存不足的难题。随着个人计算机性能的不断提高和网络技术的飞速发展,结合网络并行技术,可将大规模计算划分成小块任务分配给各台计算机分别处理,既解决了大内存的需求又
2、缩短了计算时间,从而为运用方法进行电大尺寸复杂电磁问题的模拟提供了一条有效的途径。网络并行计算现已成为电磁场数值模拟的一个研究热点,但现阶段已有的网络并行算法,往往随着计算节点的增多,各项性能指标如并行效率、计算稳定性等下降明显,这严重制约了并行算法的实际应用。与传统的网络集群相比,现代局域网系统具有一系列新的软硬件特性,主要表现为:硬件支持多任务的超线程、多核处理器的迅速普及;可编程图形处理器的广泛应用;局域网操作系统的互操作协议进一步完蓥口。本论文研究了如何将这些新的软硬件特性融入算法,有针对性的改进并行算法的设计与实现,以提高网络并行运算的各项性能,降低网络并
3、行算法实现的复杂度,从而促进并行技术在电磁数值计算中的应用。本文的主要工作如下:引入局域网两层并行能力的概念,首次在普通局域网上利用数据一任务两级混合并行技术实现网络并行计算。数值实验表明,两级并行化策略不仅能够大幅提高算法的并行可扩展性与并行效率,使得网络并行计算能够很好地适用于细粒度的域分解算法,而且可以降低域分解拓扑结构对并行性能的影响。研究了并行计算中的子域插值技术以及基于超吸收边界原理的插值误差修正算法,这样域分解后的子域可以根据求解问题的几何特征,在局部坐标系中实施独立的网格划分,相邻子域间的场值交换通过插值方法实现,由此可以极大地提高并行建模的便利性与
4、灵活性。数值结果表明,使用并行插摘要值技术能够保证迭代的精确性与稳定性。提出了计算的时间与空间容错概念,并基于内存映射文件原理,创新性的研究了网络并行系统的简化与扩展技术。作为算法应用,模拟研究了两种光子晶体波导结构:对于耦合型光子晶体波导,计算了耦合区域内介质柱的半径比变化与波导耦合长度的关系;对于直角弯曲结构光子晶体波导,研究了其传输效率特点。数值实验表明,利用本文提出的这种新方法能够有效降低并行算法设计的复杂度,增加其与常用计算软件的协同工作能力,从而进一步提高系统的计算效率。首次利用协同计算实现了交变方向隐式时域有限差分法.的模拟,给出了通用数值计算的一种方
5、案框架,并对协同计算中的一些细节问题,如线性方程组求解进行了详细分析,性能测试结果表明,协同算法的性能在同等条件下相对于普通?算法有明显提高。利用插值并行技术对不同的人体姿势建模,在此基础上,研究了在“标准站立与“举起手臂两种不同的姿势下,手机射频辐射对人体头部电磁能量分布的影响。数值结果表明,头部重要器官大脑的比吸收率值对姿势的改变非常敏感,与“标准站立相比,“举起手臂’’时大脑值有明显的上升。关键词:并行时域有限差分法,光子晶体,内存映射文件技术,图形处理器,比吸收率,,,.:?..,.,?.,,.埘也..:,?.,..,,,,?????????????????
6、????????』壁望垦塑一..:“’.,..,..,.,.?,,.,.,.,.,,....??些璺坠竺一.佑舔.,..反,,:趾,、Ⅳ吐,?,,:,,独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名:纠晗日期:幼年/月关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位
7、论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后应遵守此规定谗矗。签名:导师签名:坌鱼日觏:多们年,毒艮≥第一章绪论第一章绪论.引言在现代信息技术与数值方法蓬勃发展的推动下,“计算”已成为和“理论与“试验并列的自然科学三大研究手段,并日益发展成为计算机技术与相关学科交叉领域的研究热点。而高性能并行计算技术更是科学计算领域竞相争夺的制高点,随着高速微处理器、宽带网络设备以及功能
