基于MPI+OpenMP的水声传播并行预报方法

范培勤，过武宏，唐 帅

（海军潜艇学院，山东 青岛 266199）

海水介质及其边界条件的复杂多变性，导致了声波在海水中传播规律的复杂多样性。如何快速、准确完成水声传播计算，为水声传感器提供实时、大范围、长时间序列水声传播信息支持，对优化和完善水声传感器的设计和使用具有重要的意义。随着多核技术的快速发展，以多核处理器为计算核心的对称多处理（Symmetrical Multi-Processing，SMP）集群成为应用最为广泛的高性能计算平台。SMP集群将“分布式内存结构”和“共享式内存结构”两种并行系统架构结合在一起，既克服了SMP可扩展性差的缺点，同时又具备集群高效通信的优点，更适合采用节点内内存共享、节点间消息传递的多级混合并行编程模型[1-2]。在水声传播模型的并行计算方面，国内科研人员做了大量的工作，王鲁军等[3]利用共享存储（Open Multi-Processing，OpenMP）并行编程环境，在个人计算机上实现了抛物方程模型的并行计算，孙雪海等[4]研究了基于图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）的水下三维声场快速预报方法，张朝金等[5]利用多线程技术实现了射线模型的并行处理，范培勤等[6]利用消息传递+共享内存（Message Passing Interface+Open Multi-Processing，MPI+OpenMP）混合并行编程模型，开展了水平不变声道中WKBZ简正波模型的并行计算方法研究，这些工作大多围绕着水声传播模型本身的并行处理开展，力求实现单次水声传播计算的快速求解，难以直接应用于大范围海洋水声传播产品的快速预报。本文基于SMP集群，使用波束位移射线简正波模型（BDRM）模型，采用MPI+OpenMP二级混合并行编程方法，通过在经纬度方向进行大粒度二级并行划分，开展了大范围水声传播产品并行预报技术研究，并结合水声传感器对环境保障信息的具体需求，实现了水声传播产品的快速预报。……