Large-scale solutions of electromagnetics problems using the multilevel fast multipole algorithm and physical optics
Çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi ve fiziksel optik ile büyük ölçekli elektromanyetik problemlerin çözümleri
- Tez No: 388273
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖMER İLDAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Integral equations, multilevel fast multipole algorithm, physical optics, electromagnetic scattering, parallel computing, out-of-core method
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
İntegral denklemleri, Helmholtz tipi elektromanyetik problemlerin tam dalga (doğru) cözümlerini sağlamaktadır. Çok seviyeli hızlı ̧okkutup yöntemi (ÇSHCY) bu denklemleri numerik ortamda ayrıklaştırarak N bilinmeyenli bir denklemi O(N Log N) karmaşıklığında cözer. Büyük problemlerin çözülebilmesi için ÇSHCY dağınık bellek mimarilerinde paralelleştirilmiştir. Düşük karmaşıklığı ve paralelleştirilmesine rağmen, büyük geometriler içeren (dalga boyu cinsinden) ÇSHÇY çözümlerinin hesaplama gereksinimleri CPU zamanı ve bellek bakımından muazzam bir şekilde artmaktadır. Bu tez büyük ölçekli problemlerin daha az hesaplama gereksinimi ile çözülebilmesi için hesaplamalı ve teorik yöntemler sunmaktadır. Bir yöntem büyük verilerin saklanması için disk alanını kullanarak bellek gereksinimini düşüren dışarı yazma uygulamasıdır. Ek olarak, bellek darboğazlarını aşabilmek için önişlemeyi paralelleştiren bir strateji sunumulştur. Başka bir teknik olan MPI+OpenMP paralelizasyonu dağınık bellek ve paylaşımlı bellek düzenlerini birlikte kullanarak yüksek işlem/işlemcik sayılarnda etkin paralelleştirme sağlar. Ayrıca tez, dışarı yazma yönteminin MPI+OpenMP paralelizasyonu ile birlikte kullanılmasını da kapsar. Uygulanan yöntemlerle 2 TB bellek kullanılarak 1.3 milyara kadar bilinmeyen içeren problemlerin tam dalga çözümleri sağlanmıştır. Bir yüksek frekans yaklaşımı olan fiziksel optik, saçılım problemlerinin hızlı çözümlerini O(N) karmaşıklığında yaklaşık olarak sağlar. Yaklaşık ve hızlı cözümler için bir paralel fiziksel optik algoritması sunulmuştur. Son olarak, integral denklemlerini ve fiziksel optiği hibrit olarak kullanan bir çözüm yöntemi tanıtılmıştır. Anahtar s¨ozc¨ukler : ˙Integral denklemleri, ¸cok seviyeli hızlı ¸cokkutup y¨ontemi, fiziksel optik, elektromanyetik sa¸cılım, paralel hesaplama, dı¸sarı yazma y¨ontemi.
Özet (Çeviri)
Integral equations provide full-wave (accurate) solutions of Helmholtz-type electromagnetics problems. The multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) discretizes the equations and solves them numerically with O(N Log N) complexity, where N is the number of unknowns. For solving large-scale problems, MLFMA is parallelized on distributed-memory architectures. Despite the low complexity and parallelization, the computational requirements of MLFMA solutions grow immensely in terms of CPU time and memory when extremely-large geometries (in wavelengths) are involved. The thesis provides computational and theoretical techniques for solving large-scale electromagnetics problems with lower computational requirements. One technique is the out-of-core implementation for reducing the required memory via employing disk space for storing large data. Additionally, a pre-processing parallelization strategy, which eliminates memory bottlenecks, is presented. Another technique, MPI+OpenMP parallelization, uses distributed-memory and shared-memory schemes together in order to maintain the parallelization efficiency with high number of processes/threads. The thesis also includes the out-of-core implementation in conjunction with the MPI+OpenMP parallelization. With the applied techniques, full-wave solutions involving up to 1.3 billion unknowns are achieved with 2 TB memory. Physical optics is a high-frequency approximation, which provides fast solutions of scattering problems with O(N) complexity. A parallel physical optics algorithm is presented in order to achieve fast and approximate solutions. Finally, a hybrid integral-equation and physical-optics solution methodology is introduced.
Benzer Tezler
- Accurate and efficient solutions of electromagnetics problems with the multilevel fast multipole algorithm
Elektromanyetik problemlerin çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemiyle doğru ve verimli çözümleri
ÖZGÜR SALİH ERGÜL
Doktora
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. LEVENT GÜREL
- Effective preconditioners for iterative solutions of large-scale surface-integral-equation problems
Büyük ölçekli yüzey integral denklemi problemlerinin iteratif çözümleri için etkin öniyileştiriciler
TAHİR MALAS
Doktora
İngilizce
2010
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT GÜREL
- FDTD ve MOM sayısal yöntemleriyle radar saçılma yüzeyi modelleme ve azaltma teknikleri
Radar cross section modelling with FDTD and moment numerical methods and reduction techniques
BEKİR ÇİBER
- Advanced implementations of the iterative multi region technique
Başlık çevirisi yok
FATİH KABURCUK
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSyracuse UniversityElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. VEYSEL DEMİR
- EMPT ile enerji iletim sistemlerinde açma-kapama olayları analizleri
Switching phenomena analyses of power transmission systems with EMTP
TANER DENİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. ADNAN KAYPMAZ