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第 38 卷 第 1 期 张朝金等： 射线模型 Bellhop 的并行化处理 7

1.0 0.85
0.80
0.9
0.75
ࣳᛡ஍ဋ P 0.7 ࣳᛡ஍ဋ P 0.65
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0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120
˙ᛡവیBellhopᤂᛡ௑ᫎ/s ˙ᛡവیBellhopᤂᛡ௑ᫎ/s
(a) Intel(R) Core(TM) i7-4770K CPU@3.50 GHz (b) Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1505M v6@3.00 GHz
图 9 串行模型 Bellhop 的计算时间和使用 4 个线程的 BellhopMP 的并行效率之间的关系
Fig. 9 The relationship of serial computation time and parallel efficiency of BellhopMP using 4 threads
由图中结果可以看出，随着串行计算时间的增加，并 Zhang Wei, Yang Shi’e, Tang Yunfeng, et al. A method
行效率逐渐增加。如图9(a)中可以看出，当Bellhop of seeking eigen-rays in shallow water with an irregular
计算时间为 105 s 时，i7 CPU 的并行效率可达 0.9。 seabed[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2011,
32(12): 1544–1548.
因而，对于远距离深海环境下的长时间声场计算问 [5] Huang Y Q, Zhang J Z. A sound ray tracing algo-
题，本文提出的并行模型可在保证计算准确性的前 rithm in three-dimensional heterogeneous media based on
提下，有效提高计算效率，减少计算时间。 wave front traveltimes interpolation[J]. Chinese Journal
of Acoustics, 2008, 27(3): 261–271.
4 结论 [6] 陈连荣, 彭朝晖, 南明星. 高斯射线束方法在深海匹配场定位
中的应用 [J]. 声学学报, 2013, 38(6): 715–723.
Chen Lianrong, Peng Zhaohui, Nan Mingxing. The appli-
本文在分析高斯射线束理论的基础上，根据射
cation of Gaussian beam method in deep ocean matched-
线模型的特征，利用多线程技术对射线模型Bellhop field localization[J]. Acta Acustica, 2013, 38(6): 715–723.
进行了并行化处理，开发了并行化射线模型 Bell- [7] 张林, 笪良龙, 卢晓亭. 基于 BDRM 理论的深海声场快速预
hopMP，该模型在保证计算结果准确性的同时，在 报研究 [J]. 应用声学, 2007, 26(4): 239–243.
Zhang Lin, Da Lianglong, Lu Xiaoting. Fast prediction of
多核计算机上能大幅度提高计算速度且有较好的
deep ocean sound field based on BDRM theory[J]. Applied
并行效率，可以解决深海远程以及复杂情况下声场 Acoustics, 2007, 26(4): 239–243.
计算时间过长的问题。同时该模型串行时间越长， [8] 莫亚枭, 朴胜春, 张海刚, 等. 水平变化波导中的简正波耦合
并行效率越高，故对于深海超远程等长时间声场计 与能量转移 [J]. 物理学报, 2014, 63(21): 214302.
算问题，BellhopMP 可有效降低计算时间，而对于 Mo Yaxiao, Piao Shengchun, Zhang Haigang, et al. Mode
coupling and energy transfer in a range-dependent waveg-
耗时较短的声场计算，并行效率提高的程度有限。
uide[J]. Acta Physica Sinica, 2014, 63(21): 214302.
相较于其他并行方法，BellhopMP 并行化处理方式 [9] 朴胜春, 黄益旺, 杨士莪. 水声传播中射线声学方法的应
简单易行，程序可靠性较高，这种并行化处理方式也 用 [C]. 中国声学学会 2005 年青年学术会议, 杭州, 2005:
适用于 DSP(Digital signal processor) 等多核心处 24–29.
[10] Porter M B, Bucker H P. Gaussian beam tracing for com-
理器计算平台。 puting ocean acoustic fields[J]. Journal of the Acoustical
Society of America, 1980, 68(3): 628–633.
参 考 文 献 [11] 陈国良, 安虹, 陈崚, 等. 并行算法实践 [M]. 北京: 高等教育

[1] Jensen F B, Kuperman W A, Porter M B, et al. Compu- 出版社, 2004.
tational ocean acoustic[M]. New York: Springer Science, [12] 王鲁军, 彭朝晖. 基于 OpenMP 的抛物方程声场并行计算方
2011. 法 [J]. 声学技术, 2009, 28(3): 227–231.
[2] Taniguchi N, Huang C F, Kaneko A, et al. Measuring Wang Lujun, Peng Zhaohui. Parallel computation of
the Kuroshio Current with ocean acoustic tomography[J]. sound field by OpenMP-based PE model[J]. Technical
Journal of the Acoustical Society of America, 2013, 134(4): Acoustics, 2009, 28(3): 227–231.
3272–3281. [13] 笪良龙. 海洋水声环境效应建模与应用 [M]. 北京: 科学出版
[3] Zhu X H, Kaneko A, Wu Q, et al. The first Chinese 社, 2012.
coastal acoustic tomography experiment[C]. OCEANS [14] 陈连荣, 彭朝晖. 高斯射线声场模型在 MPI 环境下的并行算
2010 IEEE-Sydney. IEEE, 2010: 1–4. 法设计 [J]. 声学技术, 2011, 30(3): 34–36.
[4] 张维, 杨士莪, 汤云峰, 等. 不平整海底环境下的浅海本 Chen Lianrong, Peng Zhaohui. MPI parallel computation
征声线求解方法 [J]. 哈尔滨工程大学学报, 2011, 32(12): of sound field based on Gaussian beam model[J]. Technical
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