[发明专利]面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法

说明书

本发明属于高性能计算与计算海洋声学交叉技术领域，尤其涉及面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法。包括如下步骤：为混合并行模块设计输入配置文件，定义配置文件的要素与格式，设计串行程序框架，解析配置文件，编写主循环处理各个环境输入文件对应的声场计算任务，节点间的任务划分，针对待处理的输入文件任务总数，通过MPI并行方式进行节点间任务划分；实现节点内的多核并行处理。本发明提供了一种面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法，实现了海洋声学水声传播工具箱中各个水声传播模型的统一并行框架，实现了典型水声传播模型的MPI+OpenMP的混合并行，有效提高大规模声场计算任务的计算效率。

技术领域

本发明属于高性能计算与计算海洋声学交叉技术领域，尤其涉及面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法。

背景技术

水声传播模型是声音在海洋中传播规律的正向模型，描述了声源对其附近海域产生的声场影响。海洋中声场的计算与声源位置、声源频率、海洋环境以及海底地形等参数有关，水声传播模型以方程为基础刻画了它们之间的定量关系，通过求解方程即可求解海洋中的声场，该方程一般很难直接求解，对该方程不同的近似方法引出了不同的水声传播模型，比较常用的有简正波模型、抛物模型、射线模型以及波数积分模型等，这些模型已经有开源的实现代码，构成了计算海洋声学领域的声学工具集，已经得到了国际同行专家的广泛认可。然而，上述开源的各种水声传播模型都还是串行计算版本，对于声呐性能预报、水下目标定位等应用来说，需要进行大量海洋声场的计算，因此，亟需提高各种水声传播模型中声场计算的效率。

发明内容

为了避免针对每个水声传播模型都开展并行实现工作，减小并行实现的工作量同时保持原来各水声模型的独立性，本发明专利提出了一种面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法，本发明创造的目的在于，构建一个独立于具体水声传播模型的混合并行框架，充分利用多核CPU集群硬件系统的并行计算资源，有效海洋声学工具箱中各水声传播模型声场计算的效率，为声呐性能预报、水下目标定位以及海洋环境参数反演等提供快速的声场计算模型。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。

一种面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法，包括如下步骤：

步骤1，为混合并行模块设计输入配置文件，定义配置文件的要素与格式，包括水声传播模型的环境输入文件的路径，拟采用的水声模型，需要计算的模型输入文件总数以及水声模型的环境输入文件名称信息；

步骤2，设计水声传播模型处理多个环境输入文件的串行程序框架，解析配置文件，编写主循环处理各个环境输入文件对应的声场计算任务；

步骤3，节点间的任务划分，针对待处理的输入文件任务总数，通过MPI并行方式进行节点间任务划分；

步骤4，针对每个节点内的任务，采用OpenMP多核并行方式，实现节点内的多核并行处理。

对前述面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法的进一步改进或优选实施方案，所述步骤1的具体步骤如下：

步骤1.1，设计混合并行模块的输入配置文件，采用文本文件保存输入信息，根据混合并行模块的功能，定义配置文件需包含的要素；

步骤1.2，根据输入配置文件的要素，定义输入配置文件的格式。

对前述面向多核CPU集群系统的水声传播模型混合并行方法的进一步改进或优选实施方案，所述步骤2的具体步骤如下：

步骤2.1，设计水声传播模型处理多个环境输入文件的串行框架，通过解析配置文件，读取使用的水声模型M，读取需要处理的环境输入文件总数N以及读取这些环境输入文件的名称，保存在字符串数组中；