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基于MPI的电磁场时域有限差分法的网络并行研究

梁晓冰  
【摘要】:时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain,简称FDTD)是一种优良的时域电磁场数值计算方法,随着计算机技术的进步发展迅速,应用领域也越来越广。但是这种方法在进行空间网格离散化时,必须满足数值色散对空间离散间隔的要求,即网格的最大尺寸要小于波长的十分之一,对于较大的电磁问题势必会产生大数量的网格,随着频率升高,单台PC机将很难提供足够的存储空间,且计算时间变长,计算性能降低。 由于时域有限差分法某点场量只与其相邻的场量有关,因此它非常适合于并行计算。MPI作为一种方便易行的进程间消息传递实现,所提供的通信函数非常便于C/C++编写的FDTD程序的调用,且大多数计算机厂商都提供它的兼容。本文在简单讲述了FDTD的原理后,详细描述了这种并行编程环境和它的运行平台—并行计算机,然后根据时域有限差分法的可并行化的特点,对它在一维、二维、三维情况下自由空间、Mur吸收边界条件、G-PML吸收边界条件、总场—散射场连接边界、输出边界、源等问题的并行进行了详细分析,讨论了并行编程中MPI的四种通信模式和阻塞、非阻塞式通信的调用方法,并编程实现了它的并行运算,得到了较理想的结果,验证了它的可行性和高效性。最后对程序效率的提高方法进行了讨论。


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