針對水聲傳播模型的計(jì)算量大,難以滿足實(shí)時(shí)化、精細(xì)化水下聲傳播信息保障需求的難題,基于MPI+OpenMP混合并行編程方法,開展了WKBZ簡正波模型混合并行計(jì)算方法研究,實(shí)現(xiàn)了水下聲場2級混合并行計(jì)算。該方法通過節(jié)點(diǎn)間消息傳遞、節(jié)點(diǎn)內(nèi)內(nèi)存共享的方式,有效克服了MPI并行編程模型通信開銷大和OpenMP并行編程環(huán)境可擴(kuò)展性差的缺點(diǎn),較好地解決了水下聲傳播快速計(jì)算的問題。測試結(jié)果表明,該方法能夠較好地利用SMP集群節(jié)點(diǎn)間和節(jié)點(diǎn)內(nèi)多級并行機(jī)制,充分發(fā)揮消息傳遞編程模型和共享內(nèi)存編程模型各自的優(yōu)勢,大幅降低MPI進(jìn)程間通信帶來的時(shí)間開銷,有效提升程序的可擴(kuò)展性和并行效率。

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【部分圖文】：

圖1MPI+OpenMP混合并行編程模型結(jié)構(gòu)圖

MPI+OpenMP混合并行編程模型通過在節(jié)點(diǎn)內(nèi)使用共享存儲模型、節(jié)點(diǎn)外采用消息傳遞模型實(shí)現(xiàn)具體問題的多級并行求解[6]。該模型將SMP集群的硬件特點(diǎn)與并行編程模型有機(jī)融合到一起,通過充分發(fā)揮2種模型各自的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)SMP集群計(jì)算性能的充分發(fā)揮,從而獲得更高的計(jì)算性能和可擴(kuò)展性。....

圖2WKBZ2維聲場串行計(jì)算流程圖

當(dāng)接收深度、目標(biāo)深度確定后,WKBZ簡正波模型的計(jì)算主要圍繞著本征值、本征函數(shù)、水平距離上傳播損失的計(jì)算開展,計(jì)算量隨著頻率的增加而增加。為了得到水下2維聲場的精細(xì)化分布,即考慮目標(biāo)深度不變,接收傳感器在整個(gè)水深上變化時(shí)所接收到的目標(biāo)聲場分布,將接收深度按照固定的水深間隔向海底方....

圖3基于MPI的WKBZ2維聲場并行計(jì)算流程圖

(2)對接收深度循環(huán)進(jìn)行并行劃分,讓每1個(gè)進(jìn)程獨(dú)立地完成某1個(gè)接收深度上的本征函數(shù)、傳播損失計(jì)算,所有進(jìn)程計(jì)算完成后,再通過聚合通信將傳播損失值收集到一起。這種方式只需要在每個(gè)進(jìn)程計(jì)算完成后進(jìn)行1次聚合通信,大大減少了通信次數(shù)。本文采用此方法來實(shí)現(xiàn)基于MPI的WKBZ2維聲場并....

圖4WKBZ簡正波模型混合并行算法計(jì)算流程圖

通過前面的分析可知,2維WKBZ簡正波模型的計(jì)算過程主要圍繞著不同接收深度上本征函數(shù)、水平距離上傳播損失的計(jì)算開展,計(jì)算過程可歸結(jié)為2重循環(huán):第1重為深度循環(huán),即求解不同接收深度上的傳播損失值,稱之為外循環(huán);另1重為求解具體接收深度上本征函數(shù)及不同距離上的傳播損失,稱之為內(nèi)循環(huán)。....

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