[發明專利]對無條件穩定時域有限差分法有效的區域分解并行方法

有效

• 申請號: 201610188141.X
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN107239586B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 陳如山;陳星光;丁大志;樊振宏
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F9/54
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種對無條件穩定時域有限差分法有效的區域分解并行方法，其特征在于步驟如下：

第一步，消息傳遞接口MPI初始化，確定進程的總數目以及每個進程的編號；

第二步，執行程序前處理，設置仿真參數，設置吸收邊界參數，根據進程的總數目，劃分區域，使進程號與子區域一一對應，通過時間步長大小確定緩沖區厚度，建立相鄰子區域之間的通信索引；

第三步，根據蛙跳交替方向隱格式時域有限差分的迭代公式進行時間迭代，一次時間步迭代里有兩次通信，分別通信緩沖區內正確的電場值和磁場值，該通信只發生在相鄰區域之間；迭代結束得到空間中的電場和磁場值；

所述步驟三中，根據公式(1)(2)(3)計算x、y、z方向電場值

其中，采用公式(1)更新整個計算區域x、y、z方向的電場輔助變量采用公式(2)、(3)以及公式(1)計算出的輔助變量的值對整個計算區域的電場值進行更新，Δt為時間步長，κ_η為完全匹配層參數，δ_η為微分算子，為輔助電場值，為磁場場值；

第四步，數據后處理，根據計算出的場值提取相關的物理參數；

第五步，MPI并行結束。

2.根據權利要求1所述的對無條件穩定時域有限差分法有效的區域分解并行方法，其特征在于：所述步驟二中，執行前處理程序對仿真參數進行設置，確定時間迭代步數和步長，根據進程總數目將時域有限差分FDTD計算區域劃分為與進程數相同個數的子區域，對每個子區域根據時間步長的大小進行區域擴展形成緩沖區，對每個子區域的緩沖區的電場和磁場進行整合編碼，建立相鄰子區域之間的通信索引。

3.根據權利要求1所述的對無條件穩定時域有限差分法有效的區域分解并行方法，其特征在于：所述步驟三中，整個計算區域的邊界采用卷積完全匹配層吸收邊界條件，每個子區域的擴展邊界采用理想電壁截斷；整個計算區域按照三行五列進行劃分，對劃分的子區域按順序進行編號；每個子區域的擴展區域為緩沖區，區域7周圍黑色區域為區域7的緩沖區，緩沖區內正確的電場值分別由相鄰子區域計算得到，區域7將內部黑色虛線到緩沖區內邊界的電場值分別發送給相鄰8個區域，來更新周圍八個區域緩沖區內的電場值；區域7緩沖區內的正確電場值從相鄰八個區域獲得，來更新區域7緩沖區內的場值；子區域所處的空間位置不同通信的子程序個數也不同，區域10與周圍3個子區域進行信息傳遞，區域14的通信對象為周圍5個子區域；整個計算區域內所有的子區域在每個時間步均按此方法進行場值更新，空間中每點均可得到正確電場值，至此一個時間步中電場的計算全部完成；磁場的處理方式與電場相同，重復上述步驟直至時間迭代結束。