混合重疊網(wǎng)格通信優(yōu)化算法

黃偉賢　劉曉強(qiáng)　劉嵩鶴

【摘要】? ? 方法重疊網(wǎng)格被廣泛用于瞬態(tài)邊界值問題的平穩(wěn)電流的數(shù)值模擬。根據(jù)并行重疊網(wǎng)格隱式挖洞算法的實(shí)現(xiàn)，本文提出了笛卡爾網(wǎng)格產(chǎn)品支持的混合重疊網(wǎng)絡(luò)和多塊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過定義平行分布的類型，定義了網(wǎng)格元素與背面網(wǎng)格之間的關(guān)系，以及面積網(wǎng)格權(quán)重。建立混合網(wǎng)絡(luò)，可有效減少每個(gè)進(jìn)程重疊的插值信息，這樣每個(gè)進(jìn)程可確保計(jì)算機(jī)和通信負(fù)載均勻分布。因此本文從混合重疊網(wǎng)格算法、混合重疊網(wǎng)格通信優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)以及重疊網(wǎng)格通信優(yōu)化算法測試與分析等方面對本課題進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】? ? 混合重疊? ? 網(wǎng)格通信? ? 優(yōu)化算法

引言：

計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）將流體的物理空間劃分為晶格單元的計(jì)算空間，并使用離散解對流控制方程進(jìn)行揭示并分析流特征。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為結(jié)構(gòu)化的單位大小和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特征始終是結(jié)構(gòu)完整性，簡單的邏輯相關(guān)性，高帶寬精度和高效率，但其缺點(diǎn)是靈活性低，手動自動執(zhí)行此操作非常困難且耗時(shí)。Steger提出了“重疊網(wǎng)格”的概念，該概念將流動模擬區(qū)域劃分為了幾個(gè)子區(qū)域以獲得相似的高度。在計(jì)分網(wǎng)格重疊的每個(gè)子區(qū)間之間存在另一種相關(guān)性。在計(jì)算流場的過程中，有關(guān)流場的信息是通過重疊網(wǎng)格子網(wǎng)的集合之間的集成來提供的，因此，如果布局不同，則可以使用由具有不同屏幕的拓?fù)渖?，這需要時(shí)間。復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以消除對分離的需求，并保留結(jié)構(gòu)化精確計(jì)算的優(yōu)勢以及對處理能力的穩(wěn)定約束，從而彌補(bǔ)了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)的不足。它被廣泛使用，因?yàn)槿蝿?wù)的靈活性減少了網(wǎng)格劃分的時(shí)間和工作量。

一、混合重疊網(wǎng)格算法

1.1混合重疊網(wǎng)格算法中并行隱式挖洞算法的運(yùn)用

并行隱式挖洞算法可以將多塊結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格分為兩種類型：背景網(wǎng)格和分區(qū)網(wǎng)格。以下是從主要過程中得出的結(jié)果：通過計(jì)算每個(gè)過程的每個(gè)子區(qū)域的特征極限，提取每個(gè)子區(qū)域的極限場，并傳輸有關(guān)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有邊界場的信息。然后，在邊界領(lǐng)域，僅需要考慮網(wǎng)絡(luò)單元。選擇這些項(xiàng)目網(wǎng)格并找到有幫助的項(xiàng)目來比較每個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格質(zhì)量。如果子區(qū)域網(wǎng)格單元的質(zhì)量很高，則應(yīng)更改為圖標(biāo)，將相應(yīng)的背景網(wǎng)格單元顯示為插值，收集更新的要素網(wǎng)格點(diǎn)并將其保存在主過程中。

1.2混合重疊網(wǎng)格算法中笛卡爾網(wǎng)格的運(yùn)用

在本文中，重疊網(wǎng)格多塊結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵的建模元素，其中通常會生成一個(gè)異常變量元素來覆蓋整個(gè)建模區(qū)域。一個(gè)用于炸彈保護(hù)的子網(wǎng)，具有模擬飛機(jī)，汽車零件或復(fù)雜物體的模擬輻射功能，這些物體可以模擬升空飛機(jī)與主翼的分離。形成一個(gè)覆蓋流場局部外圍的塊可以形成系統(tǒng)重疊網(wǎng)格。在次要晶格中，將其創(chuàng)建為具有足夠的外部輸入文件，以將場層中的表層區(qū)域包括在距局部晶格組織（包括身體）表面一定距離的位置。一旦連接了笛卡爾網(wǎng)格，就需要多段飛行模擬的輸入網(wǎng)格，并且圍繞翼片連接在大致方向上以一定距離形成合適的表面網(wǎng)格。 笛卡爾網(wǎng)格需要在預(yù)處理期間創(chuàng)建，它涵蓋了遠(yuǎn)場中每個(gè)對象表面的建模區(qū)域作為背景。在每個(gè)方向上使用圍繞模擬對象的固定網(wǎng)格間距，以便生成背景網(wǎng)格的特定區(qū)域。在預(yù)處理階段，必須指定其他網(wǎng)格單位的大小以及整個(gè)網(wǎng)格區(qū)域的大小，而這一切都可以從車身格柵覆蓋的入口處獲得。首先，將邊界重疊放置在遠(yuǎn)離此墻邊界的適當(dāng)位置，然后計(jì)算網(wǎng)格單元大小的最小值和最大值，并根據(jù)特定任務(wù)乘以適當(dāng)?shù)囊蜃?。?jì)算距離的距離取決于在每個(gè)方向上增加的特定距離的數(shù)量。根據(jù)整個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)格式對生成的笛卡爾網(wǎng)格進(jìn)行排序，并將網(wǎng)格劃分為預(yù)處理步驟。對于每個(gè)網(wǎng)格部分和擴(kuò)散過程，在條帶部分和下邊界重疊（每個(gè)條帶部分）之間可以清楚地確定邊界重疊。

1.3混合重疊網(wǎng)格算法中基于笛卡爾網(wǎng)格域的找點(diǎn)插值方法分析

在重疊網(wǎng)格上找到點(diǎn)的過程便是在網(wǎng)絡(luò)之間建立插值關(guān)系的過程。此過程通常比重疊網(wǎng)格長一個(gè)單位。單個(gè)網(wǎng)格單位的符號與網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)是直接相關(guān)的。背景網(wǎng)格可以用于查找每個(gè)網(wǎng)格單元的可比較單元，并同時(shí)顯示為相關(guān)性的組成單元。相鄰壁區(qū)域的背景網(wǎng)格使用相同的網(wǎng)格單元，并且每個(gè)方向上的網(wǎng)格間距相同。換句話說，所有網(wǎng)格單元都可以在網(wǎng)格表格符號和網(wǎng)格坐標(biāo)之間建立直接關(guān)系。對于網(wǎng)格單元的固定部分，必須首先使用塊對其進(jìn)行定義。網(wǎng)格鎖定器上的輔助背景網(wǎng)格的邊界可以由背景設(shè)備的網(wǎng)格單元基于網(wǎng)格單元的中心與網(wǎng)格邊緣的網(wǎng)格單元的中心部分之間的差異來確定。

1.4混合重疊網(wǎng)格算法中重疊權(quán)重定義

重疊權(quán)重可以定義網(wǎng)格塊重疊的加權(quán)因子的概念。首先將所有網(wǎng)格都分為兩部分，對于網(wǎng)格重疊中的未鏈接單元定義為背景區(qū)域，并在網(wǎng)格的第一個(gè)單元中加權(quán)，而其重疊部分被指定為匯合區(qū)。當(dāng)為每個(gè)過程分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)重疊的百分比為其分配不同的坐標(biāo)范圍以達(dá)到解決等待的目的。

二、混合重疊網(wǎng)格通信優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)

2.1混合重疊網(wǎng)格通信網(wǎng)格塊與背景輔助網(wǎng)格塊的綁定

在網(wǎng)格插值關(guān)聯(lián)處理之后，每個(gè)元素塊的網(wǎng)格塊將第一網(wǎng)格插值信息插入到相應(yīng)的背景塊中，然后找到每個(gè)塊信息元素，并收集每個(gè)網(wǎng)格元素的統(tǒng)計(jì)信息，其中具有的背景網(wǎng)格塊取自元素網(wǎng)格塊，即取自固定網(wǎng)格塊最大面積的背景塊。與檢查結(jié)束的網(wǎng)格塊的每個(gè)部分相關(guān)聯(lián)的唯一網(wǎng)格塊號將會分配給每個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格框部分。如圖1所示，藍(lán)色網(wǎng)格線表示部分安裝在機(jī)箱上的子網(wǎng)格網(wǎng)格塊，紅色網(wǎng)格線表示輔助背景網(wǎng)格塊，塊網(wǎng)格的側(cè)面（1234）和許多重疊背景網(wǎng)格塊，根據(jù)網(wǎng)格塊的每個(gè)單元輸入的插值相關(guān)性，可以計(jì)算背景網(wǎng)格塊重疊的5個(gè)點(diǎn)重疊的數(shù)量（1234），并將背景網(wǎng)格塊與大多數(shù)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行比較。在相同的分配過程中，標(biāo)記為背景塊的網(wǎng)格塊（ABCD）將被連接到背景網(wǎng)格的同一部分網(wǎng)格塊（1234）。統(tǒng)計(jì)鏈接網(wǎng)格塊的數(shù)量，用作分配給背景網(wǎng)格塊的重疊權(quán)重，并且背景網(wǎng)格塊應(yīng)被標(biāo)記為重疊框。

2.2混合重疊網(wǎng)格通信中網(wǎng)格塊的分配算法分析

處理完網(wǎng)格后，計(jì)算期間選擇的節(jié)點(diǎn)集就足夠了。一旦找到所有網(wǎng)格塊，就不可能預(yù)測分配給每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大網(wǎng)格塊數(shù)。因此，可以采用以下處理方法：首先處理背景重疊塊，然后按重疊權(quán)重的降序排列，把每個(gè)網(wǎng)格都進(jìn)行循環(huán)。在第二個(gè)循環(huán)中，如果重疊因子背景塊在n + 1小時(shí)內(nèi)不旋轉(zhuǎn)，則背景網(wǎng)格塊將被刪除并不進(jìn)行分配，把相關(guān)元素保留給Shift網(wǎng)格塊。一旦所有的網(wǎng)格物體都在背景中，網(wǎng)格塊將呈圓形分布。通過這種方式，可以將網(wǎng)格框的每個(gè)部分分配給放置關(guān)聯(lián)的背景框的節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)重疊網(wǎng)格由25個(gè)背景塊網(wǎng)格盒中的3個(gè)組件和8個(gè)過程組成。帶編號的4、6、7個(gè)網(wǎng)格組件的背景網(wǎng)格塊將連接到網(wǎng)格重疊，而第4部分將連接到網(wǎng)格塊A和B重疊，權(quán)重將連接到網(wǎng)格塊A和B重疊部分。相應(yīng)地，將加權(quán)因子定義為2。在分配之前，背景塊首先基于權(quán)重，而權(quán)重比由比率重疊校正的背景塊重疊分配。在第二輪中，第四個(gè)方塊將被刪除兩次。返回第6塊和第7塊，當(dāng)所有背景網(wǎng)格塊都受到影響時(shí)，網(wǎng)格塊組件也將受到影響。

三、混合重疊網(wǎng)格通信優(yōu)化算法測試與分析

為了驗(yàn)證本文提出的混合重疊優(yōu)化和通信方法的正確性，可以選用ANF模型對算法進(jìn)行測試分析。

在并行測試中，混合重疊的初始處理分為7個(gè)部分，并計(jì)算了這7個(gè)部分的持續(xù)時(shí)間。這7個(gè)部分：

1.設(shè)置一個(gè)具有多個(gè)圖層的背景圖層Background time;

2.計(jì)算網(wǎng)格中每個(gè)單元的體積Volume time;

3.計(jì)算每個(gè)設(shè)備到最靠近物體的表面的距離Distance time;

4.分割網(wǎng)格塊Split time;

5.設(shè)置網(wǎng)格和權(quán)重重疊之間的插值因子Overset time;

6.發(fā)送有關(guān)每個(gè)過程的區(qū)塊鏈和重疊比率的信息Sendrecv time;

7.隱式挖洞標(biāo)識IHC time。

計(jì)算網(wǎng)格布局的體積以及到最短墻的距離所需的時(shí)間將被減少。建立插值關(guān)系是整個(gè)過程中最重要的部分。隨著測試規(guī)模的增加，網(wǎng)絡(luò)會在所需的時(shí)間內(nèi)收縮。減小塊大小網(wǎng)格將信息傳遞到每個(gè)過程所花費(fèi)的時(shí)間隨著測試的大小而增加和減少。放大時(shí)，隱式挖洞標(biāo)記時(shí)間不會快速改變。

四、結(jié)束語

在本文中，我們使用多層背景網(wǎng)格代替空間場網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并創(chuàng)建具有笛卡爾個(gè)輔助網(wǎng)格+多塊網(wǎng)格的混合網(wǎng)格系統(tǒng)。中空周邊檢測和標(biāo)準(zhǔn)門體的快速設(shè)置將分別執(zhí)行混合過程重疊。計(jì)算負(fù)荷和通信負(fù)荷在每個(gè)進(jìn)程中平均分配，并且通過進(jìn)程之間的插值可以有效地減少信息傳遞。測試表明該方法可以應(yīng)用于系統(tǒng)重疊網(wǎng)格。關(guān)聯(lián)重疊網(wǎng)格是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)格系統(tǒng)，它由許多對象

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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組成，這些對象可以效地測量數(shù)百萬個(gè)大小為1000的單位。