Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais

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  • 1. Simulador Eletromagnético em umAmbiente de Grades ComputacionaisAutor: Igor José Ferreira de FreitasOrientador: Hugo Enrique Hernández FigueroaCo-Orientador: Marli de Freitas Gomes Hernández
  • 2. 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
  • 3. Motivação Demanda por sistemas de grande porteAlto poder computacional: Advento das redes ópticas > elevada precisão > melhor refinamento dasmalhas > Alta carga computacionalBaixo custoReutilização de Software e HardwareAcesso remoto aos recursosPadronização no desenvolvimento
  • 4. Contexto do trabalho Parceria efetuada entre CPqD e FEEC/DMO Desenvolvimento de um software (SSAR-BR) para a simulação das emissõeseletromagnéticas de terminais móveis celulares e outras fontes de radiação, taiscomo equipamentos de radiofreqüência e antenas, sendo uma ferramenta de suporte aoprojeto e desenvolvimento destes equipamentos. Validação dos resultados produzidos pelo software de simulação desenvolvido nesteplano de trabalho no Laboratório de Absorção e Dosimetria (LAD) do CPqD Contribuição desta tese: Ambiente de Grid, Pré e Pós-Processamento
  • 5. Objetivos Implementação do middleware UNICORE 6 Modelador Básico Pós-Processamento Foco na Engenharia e Arquitetura deSoftware Reutilização de Software e fácil acoplamento
  • 6. Grades Computacionais Definição Um sistema atuante na integração, virtualizaçãoe gerenciamento de serviços e recursos em umambiente distribuído, heterogêneo e que interligaum conjunto de usuários definidos comoOrganizações Virtuais (VO) em domíniosorganizacionais e tradicionalmente administrativos(organizações reais).
  • 7. 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 deServiços Interoperabilidade
  • 8. 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
  • 9. Grades Computacionais Padrão já estabelecido paraintegrar softwares/pesquisasPesquisador UnicampCluster XPesquisador Externo
  • 10. 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
  • 11. 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
  • 12. Grades ComputacionaisGradesComputacionais–UNICORE6PesquisadoresOutros InstitutosCluster DMOLE-45PC LinuxPC WindowsiMacEmpresas e ColaboradoresServiçosJavaC/C++Fotram
  • 13. Grades ComputacionaisAMD Dual Core2.4 GHz – 2 GB RAMIntel Xeon 1GHz 2 GB RAMHub 10/100Mpbs• Instalação e Ambiente deTestes
  • 14. Grades Computacionais• Workflow para uma simulação através do UNICORE 6Envio de ArquivosEnvio / Execução de JobObter ResultadosModelagemDefinição de Materiais / Geração de Malha
  • 15. Modelador Básico Etapas da simulação Eletromagnética: Pré-Processamento Processamento Pós-Processameto Características do Modelador Básico: Arquitetura modular Usabilidade Manutenabilidade
  • 16. Modelador Básico - Arquitetura
  • 17. Modelador BásicoArquiteturaInterface Gráfica de UsuárioGerenciadorModelador Básico Módulo Gerenciador Comunicação GUI x Mod. Básico Acesso e gerência das funçõesdesenvolvidas Responsável pelo workflow dasimulação
  • 18. Modelador BásicoArquitetura Módulo Gerenciador – Principais funções Gerenciamento Árvore Acesso à classe Requisição Serviços, classeGerenciamento Nucleo faz o controle Responsável pelo workflow da simulação Padrão Observer – Gerenciar eventos durante a simulação
  • 19. Modelador BásicoArquiteturaModelador Básico (classes em vermelho), Gerenciador (classes em verde claro) e a InterfaceGráfica de Usuário (classes em laranja).
  • 20. Modelador BásicoArquitetura• Árvore de objetos• Relatórios• Geometrias• Fontes
  • 21. Modelador BásicoArquitetura – Estruturas dos Objetos Modelados / Importados
  • 22. Modelador BásicoAmbiente de Trabalho
  • 23. Modelador BásicoGerador de Malha
  • 24. Modelador BásicoSimulador FEM
  • 25. Modelador BásicoModelagem de DispositivosDispositivos 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 umvolume bem definido;• Cada aresta que compõe as faces do objeto deve ser comum a outra face do objeto, nãosendo 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 densidadeespecífica)
  • 26. Pós-Processamento• Custo de Aquisição de Licenças• Usabilidade• Reuso de Código• Paralelismo• Web Services
  • 27. Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento•Faz conexão com o Módulo Mediador
  • 28. Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento
  • 29. Pós-ProcessamentoSAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio ComputacionalDiagrama de Sequência – Gráfico SAR
  • 30. Pós-ProcessamentoSAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio ComputacionalSuperfície SAR gerada pelo Pós-Processamento
  • 31. Pós-ProcessamentoPropagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de ReferênciaDiagrama de Sequência – Propagação Eletromagnética no Tempo
  • 32. Pós-ProcessamentoPropagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de ReferênciaPropagação do Campo Eletromagnético
  • 33. Pós-ProcessamentoFilme 2DDiagrama de Sequência – Filme 2D
  • 34. Pós-ProcessamentoVisualização de Imagens de Ressonância Magnéticaa) Imagem de ressonância magnética tratada e redimensionada em 256x256b) Arquivo de IRM Visualizado no Software.a)b)
  • 35. Integração SSAR-BR x Grades• Gerenciador de Arquivos – GPE File Manager
  • 36. Integração SSAR-BR x Grades• Determinando tempo de simulação através do GPE-Client
  • 37. Integração SSAR-BR x Grades• Simulação remota em andamento
  • 38. Integração SSAR-BR x Grades• Simulação remota em andamentofdtd3d.exe
  • 39. Integração SSAR-BR x Grades• Workflow para uma simulação através do UNICORE 6Envio de ArquivosEnvio / Execução de JobObter ResultadosModelagemDefinição de Materiais / Geração de MalhaSSAR-BRGrades
  • 40. Exemplo de Uso – SSAR-BR• Inserir ao menos uma geometria e definir suas propriedadeseletromagnéticas;• Inserir fonte eletromagnética;• Inserir algum relatório de interesse para a visualização no pós-processamento;• Gerar a malha do domínio computacional.
  • 41. Exemplo de Uso – SSAR-BRTela Inicial – Escolha de Projeto
  • 42. Exemplo de Uso – SSAR-BRÁrea de Trabalho
  • 43. Exemplo de Uso – SSAR-BRInserção de um cilindro para arepresentação de um braço do dipolo
  • 44. Exemplo de Uso – SSAR-BREditar propriedades das geometrias criadas ou importadas.
  • 45. Exemplo de Uso – SSAR-BRRepresentação geométrica do dipolo
  • 46. Exemplo de Uso – SSAR-BRCadastrar novo material para associar com asgeometrias
  • 47. Exemplo de Uso – SSAR-BRCadastramento de fontes eletromagnéticas.
  • 48. Exemplo de Uso – SSAR-BRCadastramento de fontes eletromagnéticas
  • 49. Exemplo de Uso – SSAR-BRFontes Eletromagnéticas na cena desimulação
  • 50. Exemplo de Uso – SSAR-BRGeração e visualização da malha parasimulação
  • 51. Resultados & Validação•Dois testes de validação:• O objetivo desse teste é de validar os cálculos de SAR frente aalgum resultado apresentado na literatura.• 1º Comparativo com:M. Siegbahn, C. Törnevik, Measurements and FDTD Computationsof the IEEE SCC 34 Spherical Bowl and Dipole Antenna, Ericsson,2002.
  • 52. ResultadosRepresentação do setup experimental para analisar SAR .
  • 53. ResultadosModelo do recipiente de testes SAR modelado no 3D Studio® e importado para o SSAR-BR.
  • 54. ResultadosMalha do recipiente elipsóide modelado pela equipe do CPqD
  • 55. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 1 está a 2mm da base.
  • 56. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 2 está a 4 mm da base.
  • 57. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 3 está 6 mm da base.
  • 58. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 4 está 8 mm da base.
  • 59. 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]
  • 60. Resultadosc) Simulado com o FDTD 3D desenvolvido
  • 61. 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
  • 62. Trabalhos Futuros• Implementação de um gerador de vídeos de duas ou três dimensõesem paralelo, pois, dependendo do domínio computacional a sermodelado e a quantidade de passos de tempo utilizado no métodoFDTD, o Pós-Processamento torna-se inviável computacionalmente oudespende-se muito tempo para geração destes vídeos.• Incrementar o Pós-Processamento para a criação de outros tipos degráficos inerentes ao método FDTD.•Incrementar recursos avançados ao Modelador Básico como, porexemplo, ferramentas de modelagem e triangularização de geometriasirregulares em três dimensões.
  • 63. Trabalhos Futuros• Integrar o ambiente de Grades Computacionais ao software SSAR-BRpara que seja possível enviar uma cena de simulação automaticamenteaos Clusters previamente configurados pelo usuário. Estes poderãoestar localizados no próprio departamento ou em outros institutos queutilizem um middleware compatível com o UNICORE 6.
  • 64. Artigos publicados:1. Igor J. F. Freitas, Carlos H. Silva-Santos, Hugo E. Hernández Figueroa, Grid Computing toImprove 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 FreitasGomes Hernández, New Three-dimensional Multiplatform Electromagnetic Simulator to AnalyzeBiological 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 MultiplatformElectromagnetic Simulator to Analyze Biological Effects, In: International Microwave and OpticsConference, IEEE, 2009. 
  • 65. PerguntasApoio Financeiro:•Contato: igorj@dmo.fee.unicamp.br