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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
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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
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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
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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
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Objetivos
Implementação do middleware UNICORE 6 Modelador Básico Pós-Processamento Foco na Engenharia e Arquitetura de
Software Reutilização de Software e fácil acoplamento
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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).
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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
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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
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Grades Computacionais Padrão já estabelecido para
integrar softwares/pesquisas
Pesquisador Unicamp
Cluster X
Pesquisador Externo
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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
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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
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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
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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
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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
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Modelador Básico Etapas da simulação Eletromagnética:
Pré-Processamento Processamento Pós-Processameto
Características do Modelador Básico: Arquitetura modular Usabilidade Manutenabilidade
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Modelador Básico - Arquitetura
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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
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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
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Modelador Básico Arquitetura
Modelador Básico (classes em vermelho), Gerenciador (classes em verde claro) e a Interface Gráfica de Usuário (classes em laranja).
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Modelador Básico Arquitetura
• Árvore de objetos
• Relatórios
• Geometrias
• Fontes
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Modelador Básico Arquitetura – Estruturas dos Objetos Modelados / Importados
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Modelador Básico Ambiente de Trabalho
![Page 23: Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020105/559c6c1f1a28abff1b8b4636/html5/thumbnails/23.jpg)
Modelador Básico Gerador de Malha
![Page 24: Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020105/559c6c1f1a28abff1b8b4636/html5/thumbnails/24.jpg)
Modelador Básico Simulador FEM
![Page 25: Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020105/559c6c1f1a28abff1b8b4636/html5/thumbnails/25.jpg)
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)
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Pós-Processamento
• Custo de Aquisição de Licenças
• Usabilidade
• Reuso de Código• Paralelismo• Web Services
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Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento
•Faz conexão com o Módulo Mediador
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Pós-ProcessamentoArquitetura – Módulo Pós-Processamento
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Pós-Processamento SAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio Computacional
Diagrama de Sequência – Gráfico SAR
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Pós-Processamento
SAR – Specific Absortion Rate – Região do Domínio Computacional
Superfície SAR gerada pelo Pós-Processamento
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Pós-Processamento Propagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de Referência
Diagrama de Sequência – Propagação Eletromagnética no Tempo
![Page 32: Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020105/559c6c1f1a28abff1b8b4636/html5/thumbnails/32.jpg)
Pós-Processamento
Propagação Eletromagnética no Tempo – Ponto de Referência
Propagação do Campo Eletromagnético
![Page 33: Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020105/559c6c1f1a28abff1b8b4636/html5/thumbnails/33.jpg)
Pós-ProcessamentoFilme 2D
Diagrama de Sequência – Filme 2D
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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)
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Integração SSAR-BR x Grades
• Gerenciador de Arquivos – GPE File Manager
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Integração SSAR-BR x Grades
• Determinando tempo de simulação através do GPE-Client
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Integração SSAR-BR x Grades
• Simulação remota em andamento
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Integração SSAR-BR x Grades
• Simulação remota em andamento
fdtd3d.exe
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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
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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.
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Tela Inicial – Escolha de Projeto
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Área de Trabalho
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Inserção de um cilindro para a representação de um braço do dipolo
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Editar propriedades das geometrias criadas ou importadas.
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Representação geométrica do dipolo
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Cadastrar novo material para associar com as geometrias
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Cadastramento de fontes eletromagnéticas.
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Cadastramento de fontes eletromagnéticas
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Fontes Eletromagnéticas na cena de simulação
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Exemplo de Uso – SSAR-BR
Geração e visualização da malha para simulação
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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.
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Resultados
Representação do setup experimental para analisar SAR .
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Resultados
Modelo do recipiente de testes SAR modelado no 3D Studio® e importado para o SSAR-BR.
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Resultados
Malha do recipiente elipsóide modelado pela equipe do CPqD
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Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 1 está a 2mm da base.
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Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 2 está a 4 mm da base.
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Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 3 está 6 mm da base.
![Page 58: Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020105/559c6c1f1a28abff1b8b4636/html5/thumbnails/58.jpg)
Resultados
Comparativo do máximo da SAR em simulações sem o recipiente. O plano 4 está 8 mm da base.
![Page 59: Simulador Eletromagnético em um Ambiente de Grades Computacionais](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020105/559c6c1f1a28abff1b8b4636/html5/thumbnails/59.jpg)
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]
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Resultados
c) Simulado com o FDTD 3D desenvolvido
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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
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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.
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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.
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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.