时域有限差分法并行计算中的区域划分及负载平衡

本文讨论了利用网络进行时域有限差分法FDTD并行计算时需要解决的两个关键问题，区域划分策略及负载平衡策略。并结合实例进行了试验。最后，给出了平面光波导场域FDTD并行计算的实验结论。     

网络并行FDTD方法分析电大目标电磁散射

本文应用基于消息传递(Message Passing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法.通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去,从而实现FDTD并行计算.我们采用PVM并行平台来实现并行FDTD算法.计算结果表明了本方法的正确性和有效性.     

电各向异性介质FDTD并行算法的实现

在各向同性介质的FDTD并行算法的基础上,分析了电各向异性介质FDTD方法并行计算时的区域分割方案及子域间的数据通信问题,实现了电各向异性介质的FDTD并行算法.数值结果表明了该算法和程序的正确性.     

用MPI实现FDTD网络并行电磁散射运算

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用基于消息传递(M essage Passing)的方式实现二维FDTD并行算法。通过区域分割,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递,从而实现FDTD并行计算。文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理。文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性,并将本文实现的加速比以及并行效率与其它文献进行了比较,从而为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效途径。     

三维电磁散射的网络并行FDTD计算和加速比分析

应用计算机局域网,采用基于消息传递PVM平台和区域分解技术,实现了三维电磁散射的并行FDTD计算.给出了在FDTD两个相邻子区域交界面上所需要传递数据量的估算和分析.在一个实际的计算机局域网环境下,测试了网络并行FDTD计算三维机翼目标散射时的并行加速比和并行效率.实际上,并行加速比和效率不仅与局域网的硬件性能有关,而且与子区域的划分和PVM通信原语的使用等软件设计有关.最后,讨论并行计算中的附加通信量、网络通信性能和负载平衡对FDTD并行计算的影响.     

基于WinSock和多线程技术的高性能并行FDTD

并行计算为时域有限差分（FDTD）方法仿真电大尺寸和复杂结构提供了强大的计算能力和内存资源。文章针对多核PC集群系统,提出了一种高性能并行FDTD算法,它采用Windows Socket（WinSock）实现高效的进程间通信,同时采用多线程技术充分利用多核处理器资源。在集群系统上的实际测试表明：以10个处理器（30个核）为例,该算法获得的加速比为16.0,并行效率为53.3%,优于单独使用消息传递接口（MPI）以及MPI结合OpenMP的传统FDTD并行算法,后两者在相同测试条件下仅分别获得13.7,12.2的加速比和45.8%,40.7%的并行效率。     

FDTD并行算法实现及其数据通信优化

应用计算机局域网,采用基于消息传递（MPI）方式和区域分割技术,实现了FDTD的并行计算。以无限长线电流源在自由空间辐射为算例,对并行FDTD算法进行了验证。结果表明并行算法和串行算法计算结果一致,并有效提高了计算效率。最后通过减少通信数据量、优化数据交换方式及通信和计算重叠的方法,使并行算法的数据通信得到优化,并行计算效率明显提高。     

FDTD算法的网络并行运算实现

本文提出了FDTD方法在微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上以消息传递方式执行的一种实现方案.组成了验证性的机群并行计算系统,以一维和三维典型算例验证了算法的可行性、正确性和高效性,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效的途径,也为深入进行这方面研究奠定了基础.     

透地通信的电磁场并行仿真方法

为提高分析电磁波在地层媒质中传播特性的准确度和时效性,开发了地层媒质建模和FDTD的并行算法,并将两个过程有机集成形成适用于透地通信电磁场仿真的并行计算系统,在搭建的并行计算平台上进行了系统测试,测试统计数据表明该系统具有良好的扩展性和并行计算效率.     

电各向异性介质FDTD并行算法的研究

基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS.经测试,该程序代码并行效率达到87%.根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周围28个节点的电磁场值,详细分析了该情况下并行算法中的数据通讯规律,并实现了局域网内各节点机的协同并行计算.数值结果表明了该算法和程序的正确性及优越性.     

高阶FDTD法分析电-大尺寸光波导器件

高阶时域有限差分(FDTD)法用于电-大尺寸平面光波导器件的时域分析,实现了高阶FDTD法的理想匹配层(PML)吸收边界条件;研究了高阶FDTD法的数值色散特性,并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟,所得结果与解析解非常一致。     

一种基于FDTD的目标双站RCS计算方法及其应用

提出了一种基于FDTD方法的双站RCS计算方法即瞬态外推时谐场的离散傅立叶变换方法。此法不仅为工程应用提供方便,而且节约了计算时间、提高了计算的精度;文中针对FDTD复杂目标建模给出了一种基于3ds max的建模方法,这种建模方法可以对复杂目标实现快速、准确、可视化建模。运用上述方法,计算了典型目标和复杂目标双站RCS。算例结果表明,该方法是可行的。     

FDTD并行算法研究:电和磁本构参数均为各向异性情形

研究并实现了三维电与磁本构参数均为各向异性介质时的时域有限差分(ANI-FDTD)并行算法.根据电磁各向异性介质时域有限差分(ANI-FDTD)迭代式,电场和磁场某一节点场值的计算均涉及到其周围邻近28个场分量节点值.详细分析了该情况下各向异性介质时域有限差分(ANI-FDTD)并行算法中的数据通讯规律.通过采用相邻子域重叠半个网格的区域划分方式,传递分界面两边相关节点的场值,实现了局域网内各节点机的协同并行计算.数值计算结果表明了该算法和程序的正确性.     

基于GPU加速的地震图像重建技术

针对目前地层层析成像算法中正演算法存在计算量大、计算速度慢的问题,以图像处理器(GPU)为核心,研究并实现了一种基于GPU平台的时域有限差分(FDTD)正演算法。CUDA是一种由NVIDIA推出的GPU通用并行计算架构,也是目前较为成熟的GPU并行运算架构。而FDTD正演算法本身在算法特性上满足并行的要求,二者的结合将极大地加速程序的计算速度。在基于标准Marmousi速度模型的正演模拟中,程序速度提升30倍,而GPU正演图像与CPU正演结果误差小于千分之一。算例表明CUDA可以大大加速目前的FDTD正演算法,并且随着GPU硬件自身的发展和计算架构的不断改进,加速效果还将进一步提升,这将有利于后续波形反演工作的进展。     

Implementing distributed FDTD codes with Java mobile agents

The main objective of this work is to highlight the advantages of coupling Java FDTD implementation with the mobile-agent computing paradigm, and to promote this approach as a flexible and valuable tool for the distributed solution of complex and large-scale problems. Therefore, we present key issues related to the distributed implementation of a finite-difference time-domain (FDTD) code using Java mobile agents. The Java object-oriented FDTD code is described, and special agent communication and synchronization aspects related to FDTD are presented in detail.     

Analysis on the Calculation of Plasma Medium with Parallel SO‐FDTD Method

This paper introduces a novel parallel shift operator finite‐difference time‐domain (SO‐FDTD) method for plasma in the dispersive media. We calculate the interaction between the electromagnetic wave of various frequencies and non‐magnetized plasma by using the parallel SO‐FDTD method. Then, we compare the results, which are calculated with serial and parallel SO‐FDTD executions to obtain the speedup ratio and validate the parallel execution. We conclude that the parallel SO method has almost the same precision as the serial SO method, while the parallel approach expands the scope of memory and reduces the CPU time.     

宽带平面Balun偶极子天线的FDTD分析

研究了应用时域有限差分法（FDTD）方法分析了平面了Balun偶极子天线。结果表明，FDTD方法分析平面结构的天线非常有效。通过计算，可以得到天线的回波损耗和辐射特性，同时与实验结果相比，具有较好的一致性，对于天线的分析与优化设计具有一定的指导意义。