集群环境下的VLBI软件相关处理方法研究

发布时间：2020-07-14 19:24

【摘要】： 甚长基线干涉测量技术(VLBI)具备高精度测角能力，已被应用于对人造卫星及深空航天器的跟踪观测及定位。VLBI相关处理机是VLBI技术中数据预处理的核心设备，它分为硬件相关处理机和基于通用计算机平台的软件相关处理机。近年来，基于高性能PC或服务器平台的软件相关处理机技术已经成为VLBI技术领域的研究热点。软件相关处理技术已经在深空探测领域获得了极大的成功，并且开始在天体物理和空间大地测量方面得到应用。目前，观测站数目的增多与观测带宽的增大，带来了数据速率的提高。软件相关处理技术如何向实时、高速、大规模并行处理是VLBI领域中一个重要的具有前沿性的研究方向。在高性能计算领域，集群已作为主流体系结构而被广泛采用。它具备突出的特点，如能够应对复杂的科学计算，海量数据的并行处理等。通过构建高性能集群来解决复杂的科研及工程问题，已成为当今一个主流的解决方案。本文前三章阐述了VLBI技术背景、国内外软件相关处理系统现状，集群计算原理，以及集群系统在软件相关处理系统中的国内外应用现状。本文重点研究在小规模集群环境下VLBI软件相关处理方法与实现技术。首先分析目前软件处理机的基本原理、特点。其次利用现有资源，组建多节点集群计算系统，提出MPI和Pthread相结合的两级并行模式的相关处理算法，并在此基础上编写并行相关处理软件。最后对并行相关处理软件在集群中的处理性能进行分析，并提出进一步的优化方法。基于本文研究内容，研究并开发了3节点、每节点8个CPU的集群计算系统，以及具备4台站、6条基线、并行相关处理能力的VLBI软件相关处理软件。此软件在并行处理4台站、每台站128Mbps速率的数据中，能够达到118Mbps／台站的相关处理速率。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海天文台）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P164
【图文】：

集群体系结构

高性能计算问题。作为HPC中的硬件部分一高性能计算机主要经历了从单机高性能到分布式可扩展系统的一个发展。图3一1展示了这样的一个发展趋势119]。器器器器器器器器器器器入入可扩扩并并行向量处理机机机机机CC一N咖 A{{{展并并SSSIMD宝1·算机机.目目Cow乡乡~行计计 DDDDDDDDDDDSMMM算机机系系系系系系系系系系系系统统图3一1高性能计算机发展趋势在较早的并行向量处理机中，CPU被优化以便更好地处理向量数组的运算。向量处理器系统的性能相对较高，在20世纪80年代到90年代早期一度在HPC体系架构中占有统治地位。但由于造价昂贵与应用领域较窄，目前已很少使用。 sIMn(singleInstruetionmultiplenata)计算机指单指令多数据流计算机。它按照同一条指令，在并行机的各个不同的功能部件同时对不同的数据进行不同的处理。它采用专用计算系统，目前己经退出历史舞台。对称多处理器(s卿 etrieMultipleproeessors，sMp)是HpC常用的体系架构之一，其中的多个处理器共享系统中的内存。SMP特点是内存共享比较方便

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兰型竺坠川一三州ing‘具:一“‘“’一’图3一 4Amdahl定律示意图对于固定的计算负载，通过并行途径来提高性能，在实际的应用中，常数1/f是不可能达到的。因为采取并行手段，必然会带来额外的并行开销，如网络通讯、竞争资源等。所以在实际的应用中，加速比还要考虑不同并行带来的不同并行开销。因此，通过公式3一3与结合实际中的应用，可以看出，并行程序中的串行分量比例和并行额外开销越小，则实际的加速比越大。这实际上就是研究并行算法中的一条基本原则，即在并行化的过程中，要尽量减少应用中必须串行的部分

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第4章集群环境下软件相关处理机并行算法研究图4一6为单线程和多线程执行效率对比的一个简单的示意图。设程序运行在4CPU服务器平台上，A、B、C、D为4个相对独立的程序段。图4一6(a)单线程结构中，各程序段依次执行，程序总的运行时间为A，B，C，D运行时间的总和。而图4一6(b)结构采用多线程并行执行程序，每个程序段将分配给不同的线程(调用不同的CPU)运行，即线程1执行程序段A

【参考文献】