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并行小波高速计算研究及其在电力系统中的应用

作　者: 鲁晓帆
导　师: 刘志刚
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: Pthreads OpenMP 并行小波 并行小波包 电力系统谐波分析 电力系统数据压缩
分类号: TP338
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电力系统规模的不断扩大和网络结构的日趋复杂,使得大规模电力系统中的各种研究计算都可能需要更超大规模的计算量。而电力系统重要分析工具——小波变换因其计算复杂程度高,速度慢、耗时严重等原因,而不能在电力系统实际工程领域发挥其主要优势。因此利用并行技术解决小波变换计算慢的问题具有重要的意义。目前并行技术的研究已有很多方面,其中多核技术不仅可以实现并行计算同时还能规避以往多机网络结构通信、维护等等所带来的冗余开销,多核平台的普及也为多核技术的开发与研究提供了优越条件。本文通过利用多核并行技术对小波变换和小波包变换实现并行化,提高它们在应用领域的计算速度,节约时间成本。本文主要进行了以下工作：1.介绍多核并行技术理论及多核编程环境Pthreads和OpenMP的编程方法,基于Visual studio 2008编写小波与小波包变换串行程序。2.利用Intel Parallel Amplifier找出小波与小波包串行应用程序的热点部分,即耗时最为严重的代码段。通过分析这些关键点的潜在并行性,对卷积计算与数据回存的过程分别提出任务级与数据级并行策略。3.基于Pthreads与OpenMP编程环境分别实现小波与小波包并行化。以DB4小波为例,采用周期延拓方式,在5种数据量下,于单机双核计算平台上进行实验。在Pthreads环境下,对分解过程运用数据级并行,对重构过程运用任务级并行,分别比较单层分解、多层分解并行及串行计算结果,并行效果满足要求；在OpenMP环境下,利用OpenMP编译指导语句,对小波与小波包循环体实现并行分解。另外在对小波包并行化中提出嵌套与非嵌套并行方式,并比较并行计算与串行计算的结果。实验加速比随着数据量的增加而逐渐接近2,并行效果明显,甚至出现超线性加速比的情况,能够显著提高变换速度。4.将并行小波与小波包变换分别应用于电力系统谐波分析与数据压缩仿真实验中。其中,通过分析位图压缩过程,对位图压缩算法提出一种并行策略,并结合并行小波与小波包变换实现数据并行压缩仿真实验。实验结果同样表明并行小波与小波包变换可以明显的改善与提高电力系统数据分析速度。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 课题的提出  11
  1.2 课题的研究背景及意义  11-13
    1.2.1 并行计算的发展趋势明显  11-12
    1.2.2 电力系统分析并行化趋势明显  12-13
    1.2.3 小波并行化的迫切需要  13
  1.3 国内外研究现状  13-16
    1.3.1 并行计算的研究现状  13-14
    1.3.2 小波并行化的研究现状  14-16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第2章 多核并行程序设计基本理论  18-30
  2.1 多线程技术理论  18-19
  2.2 并行计算技术  19-24
  2.3 并行计算设计与模式  24-27
  2.4 多核并行计算环境  27-29
    2.4.1 POSIX线程  27-28
    2.4.2 OpenMP标准  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章 小波并行化分析  30-36
  3.1 小波串行计算  30-33
    3.1.1 小波Mallat理论  30-31
    3.1.2 Intel Parallel Amplifier软件分析  31-32
    3.1.3 小波算法分析并行性  32-33
  3.2 小波包串行计算  33-35
    3.2.1 小波包理论  33-34
    3.2.2 Intel Parallel Amplifier软件分析  34-35
    3.2.3 小波包算法分析并行性  35
  3.3 本章小结  35-36
第4章 并行小波的实现  36-52
  4.1 实验平台  36
  4.2 Pthreads实验环境  36-45
    4.2.1 小波变换并行方案  36-40
    4.2.2 小波并行结果  40-42
    4.2.3 小波包变换并行方案  42-44
    4.2.4 小波包并行结果  44-45
  4.3 OpenMP实验环境  45-51
    4.3.1 小波并行方案  45-47
    4.3.2 小波并行结果  47-48
    4.3.3 小波包并行方案  48-49
    4.3.4 小波包变换并行结果  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 并行小波在电力系统中的应用  52-60
  5.1 电力系统海量数据  52-53
  5.2 电力系统并行谐波分析  53-55
    5.2.1 谐波分析仿真实验  53-55
  5.3 电力系统并行压缩解压  55-59
    5.3.1 位图压缩解压并行算法  55-57
    5.3.2 数据压缩解压仿真实验  57-59
  5.4 本章小结  59-60
结论与展望  60-62
  本文主要工作与创新点  60-61
  论文展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 各种电子数字计算机
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