simulador eletromagnético em um ambiente de grades computacionais
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Simulador Eletromagnético em um
Ambiente de Grades Computacionais
Autor: Igor José Ferreira de FreitasOrientador: Hugo Enrique Hernández FigueroaCo-Orientador: Marli de Freitas Gomes Hernández
Roteiro Motivação Contexto do trabalho Objetivos Grades Computacionais Modelador Básico Pós-Processamento Integração Grades x SSAR-BR Exemplo de Uso – SSAR-BR Resultados & Validação Conclusões Trabalhos Futuros
Motivação
Demanda por sistemas de grande porteAlto poder computacional:
Advento das redes ópticas > elevada precisão > melhor refinamento das malhas > Alta carga computacional
Baixo custoReutilização de Software e HardwareAcesso remoto aos recursosPadronização no desenvolvimento
Contexto do trabalho
Parceria efetuada entre CPqD e FEEC/DMO Desenvolvimento de um software (SSAR-BR) para a simulação das emissões
eletromagnéticas de terminais móveis celulares e outras fontes de radiação, tais como equipamentos de radiofreqüência e antenas, sendo uma ferramenta de suporte ao projeto e desenvolvimento destes equipamentos.
Validação dos resultados produzidos pelo software de simulação desenvolvido neste plano de trabalho no Laboratório de Absorção e Dosimetria (LAD) do CPqD
Contribuição desta tese: Ambiente de Grid, Pré e Pós-Processamento
Objetivos
Implementação do middleware UNICORE 6 Modelador Básico Pós-Processamento Foco na Engenharia e Arquitetura de
Software Reutilização de Software e fácil acoplamento
Grades Computacionais
Definição Um sistema atuante na integração, virtualização
e gerenciamento de serviços e recursos em um ambiente distribuído, heterogêneo e que interliga um conjunto de usuários definidos como Organizações Virtuais (VO) em domínios organizacionais e tradicionalmente administrativos (organizações reais).
Grades Computacionais Relacionado a:
Computação Orientada a Serviços Componentes Reusabilidade Ambiente Heterogêneo Produto de Software
Serviços Web Padrão de Integração XML: Classificação dos dados WSDL (WS Definition Language): Descrição dos Serviços UDDI (Universal Description, Discovery and Integration): Listagem de
Serviços Interoperabilidade
Grades Computacionais
Relacionado a: Open Grid Service Architecture (OGSA)
Padrão de desenvolvimento aberto Módulos fracamente acoplados Gerenciamento de Organizações Virtuais Gerenciamento de Serviços Gerenciamento de Tarefas
Grades Computacionais Padrão já estabelecido para
integrar softwares/pesquisas
Pesquisador Unicamp
Cluster X
Pesquisador Externo
Grades Computacionais Por quê ?
Alta demanda não atendida por sistemas de Clusters Sistemas Distribuídos Padronização
Como se insere neste trabalho ? Uso do middleware UNICORE 6 Plataforma para encapsulamento das aplicações Supre requisitos não funcionais deste trabalho:
Segurança Integração Padronização
Grades Computacionais Outros sistemas que utilizam Grades Computacionais
Chemomentum http://www.fz-juelich.de/jsc/grid/Chemomentum
Química Quântica Análise de Sequênciamento Genético Dinâmica molecular Outros
Viola http://www.viola-testbed.de/
Teste de equipamentos de redes ópticas e arquitetura de redes
Grades Computacionais
Grades C
omputacionais –
UN
ICO
RE
6
Pesquisadores
Outros Institutos
Cluster DMO
LE-45PC Linux
PC Windows
iMac
Empresas e Colaboradores
ServiçosJava
C/C++
Fotram
Grades ComputacionaisAMD Dual Core 2.4 GHz – 2 GB RAM
Intel Xeon 1GHz 2 GB RAM
Hub 10/100 Mpbs
• Instalação e Ambiente de Testes
Grades Computacionais• Workflow para uma simulação através do UNICORE 6
Envio de Arquivos
Envio / Execução de Job
Obter Resultados
Modelagem
Definição de Materiais / Geração de Malha
Modelador Básico Etapas da simulação Eletromagnética:
Pré-Processamento Processamento Pós-Processameto
Características do Modelador Básico: Arquitetura modular Usabilidade Manutenabilidade
Modelador Básico - Arquitetura
Modelador Básico Arquitetura
Interface Gráfica de Usuário
Gerenciador
Modelador Básico
Módulo Gerenciador Comunicação GUI x Mod. Básico Acesso e gerência das funções
desenvolvidas Responsável pelo workflow da
simulação
Modelador Básico Arquitetura
Módulo Gerenciador – Principais funções Gerenciamento Árvore Acesso à classe Requisição Serviços, classe
Gerenciamento Nucleo faz o controle Responsável pelo workflow da simulação Padrão Observer – Gerenciar eventos durante a simulação
Modelador Básico Arquitetura
Modelador Básico (classes em vermelho), Gerenciador (classes em verde claro) e a Interface Gráfica de Usuário (classes em laranja).
Modelador Básico Arquitetura
• Árvore de objetos
• Relatórios
• Geometrias
• Fontes
Modelador Básico Arquitetura – Estruturas dos Objetos Modelados / Importados
Modelador Básico Ambiente de Trabalho
Modelador Básico Gerador de Malha
Modelador Básico Simulador FEM
Modelador Básico Modelagem de Dispositivos
Dispositivos devem ser compostos de objetos, que satisfazem as seguintes condições:
• Deve ser formado unicamente por faces planas, definidas por três ou mais vértices;
• Nenhuma face do objeto pode cruzar a superfície de outra face do mesmo objeto;
• A superfície do objeto deve ser completamente fechada, isto é, o objeto deve possuir um volume bem definido;
• Cada aresta que compõe as faces do objeto deve ser comum a outra face do objeto, não sendo permitido que uma aresta seja comum a mais de duas faces do objeto.
• Além disso, deve possuir uma estrutura para armazenar o material que é composto (Permissividade, permeabilidade, condutividade e perda magnética, além da densidade específica)
Pós-Processamento
• Custo de Aquisição de Licenças
• Usabilidade
• Reuso de Código• Paralelismo• Web Services
Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento
•Faz conexão com o Módulo Mediador
Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento
Pós-Processamento SAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio Computacional
Diagrama de Sequência – Gráfico SAR
Pós-Processamento
SAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio Computacional
Superfície SAR gerada pelo Pós-Processamento
Pós-Processamento Propagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de Referência
Diagrama de Sequência – Propagação Eletromagnética no Tempo
Pós-Processamento
Propagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de Referência
Propagação do Campo Eletromagnético
Pós-ProcessamentoFilme 2D
Diagrama de Sequência – Filme 2D
Pós-ProcessamentoVisualização de Imagens de Ressonância Magnética
a) Imagem de ressonância magnética tratada e redimensionada em 256x256b) Arquivo de IRM Visualizado no Software.
a)b)
Integração SSAR-BR x Grades
• Gerenciador de Arquivos – GPE File Manager
Integração SSAR-BR x Grades
• Determinando tempo de simulação através do GPE-Client
Integração SSAR-BR x Grades
• Simulação remota em andamento
Integração SSAR-BR x Grades
• Simulação remota em andamento
fdtd3d.exe
Integração SSAR-BR x Grades• Workflow para uma simulação através do UNICORE 6
Envio de Arquivos
Envio / Execução de Job
Obter Resultados
Modelagem
Definição de Materiais / Geração de Malha
SSAR-BR
Grades
Exemplo de Uso – SSAR-BR
• Inserir ao menos uma geometria e definir suas propriedades
eletromagnéticas;
• Inserir fonte eletromagnética;
• Inserir algum relatório de interesse para a visualização no pós-
processamento;
• Gerar a malha do domínio computacional.
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Tela Inicial – Escolha de Projeto
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Área de Trabalho
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Inserção de um cilindro para a representação de um braço do dipolo
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Editar propriedades das geometrias criadas ou importadas.
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Representação geométrica do dipolo
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Cadastrar novo material para associar com as geometrias
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Cadastramento de fontes eletromagnéticas.
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Cadastramento de fontes eletromagnéticas
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Fontes Eletromagnéticas na cena de simulação
Exemplo de Uso – SSAR-BR
Geração e visualização da malha para simulação
Resultados & Validação•Dois testes de validação:
• O objetivo desse teste é de validar os cálculos de SAR frente a algum resultado apresentado na literatura.
• 1º Comparativo com:
M. Siegbahn, C. Törnevik, Measurements and FDTD Computations of the IEEE SCC 34 Spherical Bowl and Dipole Antenna, Ericsson, 2002.
Resultados
Representação do setup experimental para analisar SAR .
Resultados
Modelo do recipiente de testes SAR modelado no 3D Studio® e importado para o SSAR-BR.
Resultados
Malha do recipiente elipsóide modelado pela equipe do CPqD
Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 1 está a 2mm da base.
Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 2 está a 4 mm da base.
Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 3 está 6 mm da base.
Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 4 está 8 mm da base.
Resultados
• Avaliação de interesse está em comparar a SAR na região do líquido, como (mesma forma do CPqD)
a) Medido [2], b) Simulado FDTD [48]
Resultados
c) Simulado com o FDTD 3D desenvolvido
Conclusões
• Desenvolvimento da Arquitetura do SSAR-BR
• Pré e Pós Processamento
• Uso de Grades Computacionais• Compartilhamento de Recursos• Infra-estrutura para simulação em concorrência e/ou paralela
• Escassez de Software para Modelagem e Visualização de Resultados
• Flexibilidade e Reusabilidade• Integração com outros softwares desenvolvidos pelo DMO
Trabalhos Futuros• Implementação de um gerador de vídeos de duas ou três dimensões em paralelo, pois, dependendo do domínio computacional a ser modelado e a quantidade de passos de tempo utilizado no método FDTD, o Pós-Processamento torna-se inviável computacionalmente ou despende-se muito tempo para geração destes vídeos.
• Incrementar o Pós-Processamento para a criação de outros tipos de gráficos inerentes ao método FDTD.
•Incrementar recursos avançados ao Modelador Básico como, por exemplo, ferramentas de modelagem e triangularização de geometrias irregulares em três dimensões.
Trabalhos Futuros• Integrar o ambiente de Grades Computacionais ao software SSAR-BR para que seja possível enviar uma cena de simulação automaticamente aos Clusters previamente configurados pelo usuário. Estes poderão estar localizados no próprio departamento ou em outros institutos que utilizem um middleware compatível com o UNICORE 6.
Artigos publicados:1. Igor J. F. Freitas, Carlos H. Silva-Santos, Hugo E. Hernández Figueroa, Grid Computing to Improve Performance and Management of Distributed Electromagnetic Applications, In: Proceedings of the Mediterranean Microwave Symposium (MMS200 ) Moroccan, Tangiers Nov-2009 2. Carlos H. Silva-Santos, Igor J. F. Freitas, Marcos S. Gonçalves, Leonardo A. Ambrosio, Rafael M. Buck, Johnny Ng, Hugo E. Hernández-Figueroa, Antonio Marini de Almeida, and, Marli de Freitas Gomes Hernández, New Three-dimensional Multiplatform Electromagnetic Simulator to Analyze Biological Effects, In: Proceedings of the Mediterranean Microwave Symposium (MMS2008)Damascus, Syria Oct-2008 3. Carlos H. Silva-Santos, Igor J. F. Freitas, Rafael M. B. Godoy, Marcos S. Gonçalves, Marli G. F. Hernández, Hugo E. Hernández-Figueroa, Efficient Three-dimensional Multiplatform Electromagnetic Simulator to Analyze Biological Effects, In: International Microwave and Optics Conference, IEEE, 2009.