JP6422618B2 - 並列処理装置及び並列処理方法 - Google Patents
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Description
送信源から放射された電波は、空中を伝わり、物質を通過、あるいは物質で反射されて基地局等の所望の受信エリアに到達する。送信源から放射された電波が受信エリアに到達するまでに、電波の電力強度は構造物との接触に応じて減衰するため、状況によっては、受信エリアに到達する電波の電力強度が非常に微弱なものとなる。この問題を解決して所望の電波環境を得るためには、この電波伝搬の状況をシミュレーションで検証することが考えられる。
シミュレーションのアルゴリズムとしては、例えば、イメージング法、SBR(Shooting and Bouncing Ray)法、VPL(Vertical Plane Launch)法、そしてVPL法をベースとしたレイトレース法等が知られている。一般的に、電波伝搬シミュレーションは演算量が多いため、どのアルゴリズムを用いても処理に長時間を要する。
共有並列システムは、並列に動作する処理装置が同一のメモリ空間を共有し、明示的にデータを交換することなく処理装置同士がデータを共有して演算を行う形態であり、最終的な演算結果を異なるデータ領域に格納することで並列化を施す。
分散並列システムは、並列に動作する処理装置が互いに独立したメモリ空間を有する形態であり、各処理装置のメモリ空間にデータを分散して演算を行い、演算結果を集約する通信処理を導入して並列化を施す。このため、分散化可能な演算アルゴリズムへ再構成する必要がある。
また、分散並列システム向けの並列処理方式の構成は、大きく2つに分けられる。1つ目の構成は、データ・処理が局所領域の集合に分割化され、その局所領域それぞれでの処理が“送信”“演算”“結果受信”の順番で反復される。“送信”と“結果受信”は同期的もしくは非同期的に行われる。2つ目の構成は、各処理装置のメモリ空間にデータが分散され、処理単位の集合を使用して規則的な演算が行われる。この際、規則的な処理は高効率であるが、不規則的な処理は効率の低下につながる。
以下では、一例として、電波伝搬シミュレーションにより、受信点における受信電力値を演算する場合について説明するが、本発明の並列処理装置は、電波のみを処理の対象とするものではなく、音波や光波を対象としてもよい。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して以下に説明する。なお、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
図1は、本発明の実施の形態による並列処理装置100のハードウェア構成の一例を示す図である。並列処理装置100は、親機1と子機2が内部に搭載された計算機により構成される。親機1および子機2は、独立した処理装置3,6とメモリ5,8をそれぞれ備える。親機1の処理装置3には、演算処理を行うコア4が1個存在しており、子機2の処理装置6には、演算処理を行うコア7が複数個存在している。親機1のコア4は1個以上であれば、複数でも構わない。親機1の処理装置3と子機2の処理装置6とは、通信部9を介してデータを送受信する。
親機1は、データ送受部11と、データ並替部12と、生成部12aと、並替部12bと、並べ替え前データ記憶部13と、並べ替え後データ記憶部14と、データ割当部15と、受信電力値記憶部16とで構成される。なお、以降の説明では、生成部12aと並替部12bとをまとめてデータ並替部12と言うこともある。
子機2は、データ送受部21と、分割データ記憶部22と、複数の特性演算部23とで構成される。
親機1のデータ割当部15と子機2のデータ送受部21とは、通信部を介して接続される。親機1のデータ送受部11と子機2のデータ送受部21とは、通信部を介して接続される。
より具体的には、生成部12aは、データ送受部11から転送された入力データを用いて、送信源から受信エリアまでの電波をレイトレースし、レイトレースにより発生した全電波の伝搬経路を示すデータを並べ替え前データ記憶部13へ登録する。これにより、全電波の伝搬経路を示すデータのテーブルが並べ替え前データ記憶部13に生成される。なお、以降の説明では「電波の伝搬経路を示すデータ」を単に「電波のデータ」または「電波データ」と呼ぶことがある。
また、並替部12bは、並べ替え前データ記憶部13に生成されたテーブル、および受信エリアデータRに基づいて、受信エリアに到達する電波データを抽出し、抽出した電波データを受信点ごとに伝搬経路順に並べ替えて並べ替え後データ記憶部14へ格納する。これにより、受信点ごとに伝搬経路順に並べ替えられた電波データのテーブルが並べ替え後データ記憶部14に生成される。
レイトレースと並べ替えの詳細な処理については、後述する。
特性演算部23は、分割データ記憶部22にアクセスし、分割データ記憶部22に格納されたデータを用いて受信電力値の演算を行い、演算結果を分割データ記憶部22に格納する。複数の特性演算部23は、分割データ記憶部22のうち、それぞれ割り当てられた領域にアクセスして並列に演算を行う。
発生した全ての電波とそれぞれの受信点41〜48との組み合わせにおいて、式(1)に示す受信点到達の条件が判定され、その結果に基づいて、各受信点に到達した電波が抽出される。具体的には、電波56は、受信点42に到達した電波として判断され、抽出される。
以上のように、電波データの並べ替え処理により、テーブル110内で離散的に配置されていた電波データ111,112,113は、専用テーブル122内に連続的に配置される。
電波データのテーブル110は、このサイズ、および配置のまま子機2のデータ送受部21へ送信すると、子機2のメモリサイズに納まらない可能性がある。また、特性演算部23が受信電力値を算出する際、レイトレース処理で発生した順に電波データが並べられたテーブルを、伝搬経路順にアクセスすると、不規則的なメモリ参照となり、演算の効率が低下する。
子機2のデータ送受部21は、分割されたテーブルを順番に受信して分割データ記憶部22に格納する。子機2の複数の特性演算部23は、分割データ記憶部22のそれぞれ割り当てられた領域にアクセスして各受信点の受信電力値の演算を行い、演算結果を分割データ記憶部22に格納する。子機2のデータ送受部21は、分割データ記憶部22から読み出した演算結果を親機1のデータ送受部11へ送信する。
ステップS3において、生成部12aは、新たに発生した各電波と構造物との衝突の有無を判断する。衝突した電波が有る場合は、新しい電波を発生させてデータをテーブルに追加登録し(ステップS4)、その後、指定回数繰り返しの判断(ステップS5)へ進む。衝突が無い場合は、受信点に到達する電波の抽出(ステップS6)へ進む。
ステップS5において、生成部12aは、ステップS2からステップS4までの処理の繰り返し回数が外部から指定された回数に到達したか否かを判断する。指定された回数に達しない場合は、新たに発生した電波の有無の判定(ステップS2)へ戻る。指定された回数に達した場合は、受信点に到達する電波の抽出(ステップS6)へ進む。
ステップS2において、生成部12aは、再度、新たに登録された電波の有無を確認し、有る場合は、再度、構造物との衝突有無を確認する(ステップS3)。
以上のように、ステップS2からステップS4の処理を所定の回数繰り返すことで、発生した全電波のデータを登録したテーブルが完成する。
次に、データ割当部15は、受信点ごとに伝搬経路順に並べ替えられたテーブルを分割して子機2のデータ送受部21へ送信する(ステップS8)。子機2の複数の特性演算部23は、子機2のデータ送受部21が受信したデータを用いて各受信点の受信電力値を並列に演算する(ステップS9)。子機2のデータ送受部21は、各受信点の受信電力値を親機1のデータ送受部11へ送信する(ステップS10)。演算結果は、親機1内の受信電力値記憶部16に格納される。
以上のように、ステップS6からステップS10の処理を受信エリア内の全受信点について実行するまで繰り返す(ステップS11)ことで、最終的に、受信電力値記憶部16に受信電力分布Pが作成される。
次に、並替部12bは、ステップS2からステップS5の繰り返しにより得られた、全電波のデータを登録したテーブルから電波データを選択する(ステップS21)。ステップS21においては、テーブルに登録された順番が早い電波データから順に選択してもよいし、遅い電波データから順に選択してもよい。
次に、受信点Xの位置座標のデータを用いて、ステップS21で選択した電波データが受信点Xに到達したか否かを判断する(ステップS22)。受信点Xに到達した場合は、電波の伝搬経路の抽出(ステップS23)へ進み、受信点Xに到達しない場合は、繰り返し回数がテーブルに登録した電波数に到達したか否かの判断(ステップS25)へ進む。
ステップS23において、並替部12bは、受信点Xに到達したことが確認できた電波の送信源から受信点Xまでの伝搬経路を示す全ての電波データをテーブルから抽出する。その後、並替部12bは、抽出した電波データを送信源から受信点Xまでの伝搬経路順に並べ替えて新しいテーブルに登録する(ステップS24)。
また、受信点Bの(c)子機内での電力演算処理213の開始と同時に、受信点Aの(d)子機から親機へのデータ送信処理204が開始され、同時に、受信点Cの(a)親機での並べ替え前処理221と(b)親機から子機へのデータ送信処理222が実行される。
Claims (7)
- 親機と複数の特性演算部を有する子機とで構成され、送信源から放射される波が受信エリア内の受信点に到達したときの前記受信点における受信特性を並列に演算する並列処理装置であって、
前記親機は、
前記送信源から前記受信点に至る波の伝搬経路を追跡するレイトレース処理を行い、前記レイトレース処理により得られた前記波の経路を示すデータを伝搬経路順に並べ替えるデータ並替部と、
前記データ並替部で並べ替えた前記波の経路を示すデータを分割して前記複数の特性演算部にそれぞれ割り当てるデータ割当部とを備え、
前記子機は、
前記データ割当部で割り当てられた前記波の経路を示すデータを用いて前記受信点における受信特性を前記複数の特性演算部で並列に演算する並列処理装置。 - 複数の受信点における受信特性を並列に演算する並列処理装置であって、
前記データ並替部は、前記レイトレース処理により得られた前記波の経路を示すデータを到達する受信点ごとに伝搬経路順に並べ替え、
前記データ割当部は、前記データ並替部で並べ替えた前記波の経路を示すデータを到達する受信点ごとに分割して前記複数の特性演算部にそれぞれ割り当て、
前記複数の特性演算部は、前記データ割当部で割り当てられた前記波の経路を示すデータを用いて前記複数の受信点における受信特性をそれぞれ並列に演算することを特徴とする請求項1に記載の並列処理装置。 - 前記親機と前記子機とは独立した作業バッファ領域を有し、
前記子機における受信特性の演算処理と、前記親機から前記子機へのデータ送信処理
と、前記子機から前記親機へのデータ送信処理とを同時に行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の並列処理装置。 - 前記データ並替部は、前記データ割当部で割り当てられた前記波の経路を示すデータを用いて前記特性演算部が受信特性を演算する間に、前記特性演算部における次の演算で用いるデータの並べ替えを行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の並列処理装置。
- 前記データ割当部は、並べ替え後の前記波の経路を示すデータを前記子機のキャッシュメモリのサイズ以下に分割して前記子機へ送信することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の並列処理装置。
- 前記親機はCPU(Central Processing Unit)とし、
前記子機は前記親機とバスで接続されたGPU(Graphics Processing Unit)とし、
前記親機と前記子機との間のデータ送受信処理が前記バスを跨ぐ場合には通信で処理されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の並列処理装置。 - 親機と複数の特性演算部を有する子機とで構成され、送信源から放射される波が受信エリア内の受信点に到達したときの前記受信点における受信特性を並列に演算する並列処理装置を用いた並列処理方法であって、
前記送信源から前記受信点に至る波の伝搬経路を追跡するレイトレース処理を行い、前記レイトレース処理により得られた前記波の経路を示すデータを伝搬経路順に並べ替えるデータ並替ステップと、
前記データ並替ステップで並べ替えた前記波の経路を示すデータを分割して前記複数の特性演算部に割り当てるデータ割当ステップと、
前記データ割当ステップで割り当てられた前記波の経路を示すデータを用いて前記複数の特性演算部で前記受信点における受信特性を並列に演算する特性演算ステップとを備えた並列処理方法。
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