Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais

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Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais

  1. 1. Simulador Eletromagnético em umAmbiente de Grades ComputacionaisAutor: Igor José Ferreira de FreitasOrientador: Hugo Enrique Hernández FigueroaCo-Orientador: Marli de Freitas Gomes Hernández
  2. 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. 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. 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. 5. Objetivos Implementação do middleware UNICORE 6 Modelador Básico Pós-Processamento Foco na Engenharia e Arquitetura deSoftware Reutilização de Software e fácil acoplamento
  6. 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. 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. 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. 9. Grades Computacionais Padrão já estabelecido paraintegrar softwares/pesquisasPesquisador UnicampCluster XPesquisador Externo
  10. 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. 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. 12. Grades ComputacionaisGradesComputacionais–UNICORE6PesquisadoresOutros InstitutosCluster DMOLE-45PC LinuxPC WindowsiMacEmpresas e ColaboradoresServiçosJavaC/C++Fotram
  13. 13. Grades ComputacionaisAMD Dual Core2.4 GHz – 2 GB RAMIntel Xeon 1GHz 2 GB RAMHub 10/100Mpbs• Instalação e Ambiente deTestes
  14. 14. Grades Computacionais• Workflow para uma simulação através do UNICORE 6Envio de ArquivosEnvio / Execução de JobObter ResultadosModelagemDefinição de Materiais / Geração de Malha
  15. 15. Modelador Básico Etapas da simulação Eletromagnética: Pré-Processamento Processamento Pós-Processameto Características do Modelador Básico: Arquitetura modular Usabilidade Manutenabilidade
  16. 16. Modelador Básico - Arquitetura
  17. 17. Modelador BásicoArquiteturaInterface Gráfica de UsuárioGerenciadorModelador Básico Módulo Gerenciador Comunicação GUI x Mod. Básico Acesso e gerência das funçõesdesenvolvidas Responsável pelo workflow dasimulação
  18. 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. 19. Modelador BásicoArquiteturaModelador Básico (classes em vermelho), Gerenciador (classes em verde claro) e a InterfaceGráfica de Usuário (classes em laranja).
  20. 20. Modelador BásicoArquitetura• Árvore de objetos• Relatórios• Geometrias• Fontes
  21. 21. Modelador BásicoArquitetura – Estruturas dos Objetos Modelados / Importados
  22. 22. Modelador BásicoAmbiente de Trabalho
  23. 23. Modelador BásicoGerador de Malha
  24. 24. Modelador BásicoSimulador FEM
  25. 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. 26. Pós-Processamento• Custo de Aquisição de Licenças• Usabilidade• Reuso de Código• Paralelismo• Web Services
  27. 27. Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento•Faz conexão com o Módulo Mediador
  28. 28. Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento
  29. 29. Pós-ProcessamentoSAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio ComputacionalDiagrama de Sequência – Gráfico SAR
  30. 30. Pós-ProcessamentoSAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio ComputacionalSuperfície SAR gerada pelo Pós-Processamento
  31. 31. Pós-ProcessamentoPropagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de ReferênciaDiagrama de Sequência – Propagação Eletromagnética no Tempo
  32. 32. Pós-ProcessamentoPropagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de ReferênciaPropagação do Campo Eletromagnético
  33. 33. Pós-ProcessamentoFilme 2DDiagrama de Sequência – Filme 2D
  34. 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. 35. Integração SSAR-BR x Grades• Gerenciador de Arquivos – GPE File Manager
  36. 36. Integração SSAR-BR x Grades• Determinando tempo de simulação através do GPE-Client
  37. 37. Integração SSAR-BR x Grades• Simulação remota em andamento
  38. 38. Integração SSAR-BR x Grades• Simulação remota em andamentofdtd3d.exe
  39. 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. 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. 41. Exemplo de Uso – SSAR-BRTela Inicial – Escolha de Projeto
  42. 42. Exemplo de Uso – SSAR-BRÁrea de Trabalho
  43. 43. Exemplo de Uso – SSAR-BRInserção de um cilindro para arepresentação de um braço do dipolo
  44. 44. Exemplo de Uso – SSAR-BREditar propriedades das geometrias criadas ou importadas.
  45. 45. Exemplo de Uso – SSAR-BRRepresentação geométrica do dipolo
  46. 46. Exemplo de Uso – SSAR-BRCadastrar novo material para associar com asgeometrias
  47. 47. Exemplo de Uso – SSAR-BRCadastramento de fontes eletromagnéticas.
  48. 48. Exemplo de Uso – SSAR-BRCadastramento de fontes eletromagnéticas
  49. 49. Exemplo de Uso – SSAR-BRFontes Eletromagnéticas na cena desimulação
  50. 50. Exemplo de Uso – SSAR-BRGeração e visualização da malha parasimulação
  51. 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. 52. ResultadosRepresentação do setup experimental para analisar SAR .
  53. 53. ResultadosModelo do recipiente de testes SAR modelado no 3D Studio® e importado para o SSAR-BR.
  54. 54. ResultadosMalha do recipiente elipsóide modelado pela equipe do CPqD
  55. 55. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 1 está a 2mm da base.
  56. 56. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 2 está a 4 mm da base.
  57. 57. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 3 está 6 mm da base.
  58. 58. ResultadosComparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 4 está 8 mm da base.
  59. 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. 60. Resultadosc) Simulado com o FDTD 3D desenvolvido
  61. 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. 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. 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. 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. 65. PerguntasApoio Financeiro:•Contato: igorj@dmo.fee.unicamp.br

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