WKBZ简正波模型混合并行计算方法研究

发布时间：2024-05-21 21:55

　　针对水声传播模型的计算量大,难以满足实时化、精细化水下声传播信息保障需求的难题,基于MPI+OpenMP混合并行编程方法,开展了WKBZ简正波模型混合并行计算方法研究,实现了水下声场2级混合并行计算。该方法通过节点间消息传递、节点内内存共享的方式,有效克服了MPI并行编程模型通信开销大和OpenMP并行编程环境可扩展性差的缺点,较好地解决了水下声传播快速计算的问题。测试结果表明,该方法能够较好地利用SMP集群节点间和节点内多级并行机制,充分发挥消息传递编程模型和共享内存编程模型各自的优势,大幅降低MPI进程间通信带来的时间开销,有效提升程序的可扩展性和并行效率。

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【部分图文】：

图1MPI+OpenMP混合并行编程模型结构图

MPI+OpenMP混合并行编程模型通过在节点内使用共享存储模型、节点外采用消息传递模型实现具体问题的多级并行求解[6]。该模型将SMP集群的硬件特点与并行编程模型有机融合到一起,通过充分发挥2种模型各自的优点,实现SMP集群计算性能的充分发挥,从而获得更高的计算性能和可扩展性。....

图2WKBZ2维声场串行计算流程图

当接收深度、目标深度确定后,WKBZ简正波模型的计算主要围绕着本征值、本征函数、水平距离上传播损失的计算开展,计算量随着频率的增加而增加。为了得到水下2维声场的精细化分布,即考虑目标深度不变,接收传感器在整个水深上变化时所接收到的目标声场分布,将接收深度按照固定的水深间隔向海底方....

图3基于MPI的WKBZ2维声场并行计算流程图

(2)对接收深度循环进行并行划分,让每1个进程独立地完成某1个接收深度上的本征函数、传播损失计算,所有进程计算完成后,再通过聚合通信将传播损失值收集到一起。这种方式只需要在每个进程计算完成后进行1次聚合通信,大大减少了通信次数。本文采用此方法来实现基于MPI的WKBZ2维声场并....

图4WKBZ简正波模型混合并行算法计算流程图

通过前面的分析可知,2维WKBZ简正波模型的计算过程主要围绕着不同接收深度上本征函数、水平距离上传播损失的计算开展,计算过程可归结为2重循环:第1重为深度循环,即求解不同接收深度上的传播损失值,称之为外循环;另1重为求解具体接收深度上本征函数及不同距离上的传播损失,称之为内循环。....

本文编号：3979973