基于地震资料偏移成像的计算网格研究及应用

摘要

本文以将网格计算和地震资料偏移成像两个重要领域有机结合为出发点，以通过网格技术有效整合多个集群使其发挥最高效能，为叠前偏移提供强大的计算支持为思路，首先通过对网格的体系结构、网格服务资源框架及编程模型等研究和分析，同时结合地震资料处理尤其是偏移成像的特点设计了树形多集群网格架构并部署了实验环境。多集群网格通过高速网络连接，借助网格技术将多个集群有机结合在一起，其中多个集群可以采用不同硬件体系结构或系统软件。 继而对计算机网格中的数据副本策略和网格元调度器系统及元调度器策略等网格关键技术进行了研究。在副本策略方面提出了适应于多层树形网格结构的快速瀑布模型副本策略，该策略综合考虑了副本的创建、删除等方面的内容，改善了网格环境中数据传输瓶颈的问题：在元调度器方面提出了GridSched元调度器模型、基于负载平衡的两级队列调度算法和关联任务调度算法，有效平衡了网格系统负载，提高了网格作业的执行效率，改善了网格的可用性。 然后本文通过对相移法、有限差分法、相移加内插、分步傅立叶、傅立叶有限差分等偏移方法理论研究和模型试算的基础上，提出了射线参数-速度快速偏移算法，该方法使用查表法简化了相移算子中的求取相移角度、平方根以及求取正余弦函数值等操作，有效缩短了偏移执行时间。 最后本文将网格技术与叠前偏移技术两者结合起来，研究了在多集群网格中进行叠前偏移处理的方法，实现了偏移程序，并通过网格环境进行了叠前处理测试，处理结果表明，多集群网格利用网格技术在不增加投资的前提下灵活有效的将现有的多个异构集群整合在一起，缩短了处理时间，提高了处理能力和处理效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

论文创新点摘要

第一章 绪论

1.1.论文研究的目的及意义

1.2.计算机网格研究现状及发展趋势

1.2.1.计算机网格研究现状

1.2.2.计算机网格发展趋势

1.2.3.计算机网格应用领域

1.3.波动方程偏移方法研究现状

1.3.1.波动方程偏移方法研究现状

1.3.2.波动方程偏移方法分类及其特点

1.4. 目前网格环境下实现叠前偏移成像的优势及不足

1.5.论文主要研究内容和成果

1.6.论文的组织结构

第二章 计算机网格体系结构

2.1.计算机网格特点以及与集群的区别

2.1.1.计算机网格的特点

2.1.2.网格与集群的区别

2.2.网格体系结构

2.2.1.五层沙漏网格体系结构

2.2.2.OGSA网格体系结构

2.2.3.两种网格体系结构的异同

2.3.网格服务资源框架WSRF

2.3.1.WSRF简介

2.3.2. WSRF规范

2.3.3.WS-Notification规范

2.4.Globus Toolkit体系结构及编程模型

2.4.1.Globus Toolkit 4体系结构

2.4.2.Globus Toolkit 4编程模型

2.5.适应于地震资料处理的网格架构

2.5.1.多集群网格架构

2.5.2.实验网格部署

第三章 网格数据传输中副本策略

3.1.网格副本技术

3.1.1.副本创建

3.1.2.副本选择

3.2.现有的几种网格副本策略

3.2.1.多层树形网格

3.2.2.副本策略

3.2.3.现有网格副本策略比较

3.3.快速瀑布模型副本策略

3.3.1.快速瀑布模型策略描述

3.3.2.数据网格仿真器OptorSim简介

3.3.3.基于OptorSim的快速瀑布模型策略实现

3.4.副本策略仿真及分析

3.4.1.仿真网格环境拓扑

3.4.2.仿真结果及分析

第四章 网格元调度器GridSched及调度算法

4.1.Globus计算组件及存在的问题

4.1.1.Globus计算组件

4.1.2.MPICH-G2优缺点

4.2.网格并行计算策略

4.2.1.紧密耦合并行策略

4.2.2.松散耦合并行策略

4.3.网格元调度器GridSched研究

4.3.1.GridSched架构

4.3.2.GridSched资源管理

4.3.3.GridSched作业管理

4.3.4.GridSched调度管理

4.3.5.GridSched可靠性机制

4.4.网格调度算法研究

4.4.1.网格调度特点及分类

4.4.2.经典调度算法

4.4.3.基于负载平衡的两级队列调度算法

4.4.4.网格关联任务调度

4.5.网格应用-Marmousi模型波场正演

4.5.1.有限差分正演算法

4.5.2.Marmousi速度模型及正演参数

4.5.3.正演处理及结果分析

第五章偏移方法研究以及网格在叠前偏移中的应用

5.1.偏移方法基本概念及分类

5.2.两类波场延拓偏移方法

5.2.1.Gazdag相移法(Phase Shift)

5.2.2.频空域有限差分法(F-X Finite Difference，F-X FD)

5.3.双域偏移方法

5.3.1.相移加内插方法(Phase Shift plus Interpolatiort，PSPI)

5.3.2.分步傅立叶方法(Split Step Fourier，SSF)

5.3.3.傅立叶有限差分法(Fourier Finite Difference，FFD)

5.3.4.三利双域偏移方法间的关系

5.4.模型试算及分析

5.4.1.模型A

5.4.2.模型B

5.4.3.模型C

5.4.4.偏移方法计算时间比较

5.5.p-v快速偏移算法

5.5.1.p-v快速偏移算法原理

5.5.2.p-v快速算法中4个查找表

5.5.3.p-v快速PSPI算法

5.5.4.p-v快速SSF算法

5.5.5.实验及比较

5.6.叠前偏移方法

5.6.1.原理及流程

5.6.2.模型试算

5.7.多集群网格在叠前偏移中的应用

第六章结论与讨论

6.1.结论

6.2.研究工作展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

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