用于快速FLUKA仿真的并行运算系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于快速FLUKA仿真的并行运算系统，其包括：主机，所述主机安装有FLUKA软件；多台服务器，每台服务器均通过第一交换机与主机相连，所述主机将其安装的FLUKA软件共享给所述多台服务器，每台服务器均设有多个CPU；局域网用户或/和远程用户，所述局域网用户通过第二交换机与主机相连，所述远程用户依次经路由器和第二交换机与主机相连；所述局域网用户或/和远程用户将输入文件传输至主机，所述主机将输入文件分发给多台服务器进行并行运算。本发明专利技术还公开了一种用于快速FLUKA仿真的并行运算方法。本发明专利技术可以提高FLUKA仿真的速度，降低计算耗时。

【技术实现步骤摘要】
用于快速FLUKA仿真的并行运算系统及方法
本专利技术涉及蒙特卡罗仿真领域，具体涉及一种用于快速FLUKA仿真的并行运算系统及方法，可应用于质子医疗剂量计算、辐射防护设计等领域。
技术介绍
FLUKA是一款功能强大的蒙特卡罗软件，但没有内置并行运算功能，而大型加速器以及医用加速器的辐射防护仿真计算要用较多的初级粒子数，计算耗时长。FLUKA的数据处理功能也较为局限，无法多能量点合并以及可视化处理。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种用于快速FLUKA仿真的并行运算系统，以降低计算耗时，提高数据处理能力，实现剂量分布的可视化。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于快速FLUKA仿真的并行运算系统，其包括：主机，所述主机安装有FLUKA软件；多台服务器，每台服务器均通过第一交换机与主机相连，所述主机将其安装的FLUKA软件共享给所述多台服务器，每台服务器均设有多个CPU；局域网用户或/和远程用户，所述局域网用户通过第二交换机与主机相连，所述远程用户依次经路由器和第二交换机与主机相连；所述局域网用户或/和远程用户将输入文件传输至主机，所述主机将输入文件分发给多台服务器进行并行运算。所述主机将其安装的FLUKA软件通过网络文件系统共享给所述多台服务器。所述局域网用户或/和远程用户将输入文件通过Paramiko工具传输至主机，所述主机将输入文件通过Torque工具分发给多台服务器。本专利技术的另一目的在于提供一种用于快速FLUKA仿真的并行运算方法，以降低计算耗时，提高数据处理能力，实现剂量分布的可视化。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种并行运算系统实现并行运算的方法，所述方法应用于质子医疗剂量计算或辐射防护设计中，其包括以下步骤：步骤1、选择辐射源项和能量点，将对应的辐射源项和能量点对应的输入文件传输至主机，并由主机将所述输入文件分发给各个服务器；步骤2、每个服务器根据收到的输入文件进行运算，并将每个服务器的运算结果进行合并，以获得选择的辐射源项和能量点的FLUKA输出文件，将所述FLUKA输出文件回传至主机；步骤3、重复步骤1-2，直至获得所有辐射源项和能量点的FLUKA输出文件；步骤4、根据输入文件和FLUKA输出文件获得总剂量的二维分布图。所述输入文件包括FLUKA输入文件、随机数产生文件和辅助文件。所述步骤4包括以下子步骤：步骤41、选择辐射源项和能量点，将选择的辐射源项和能量点对应的FLUKA输入文件和FLUKA输出文件导入Simplegeo软件中，然后加载DaVis3D模块进行可视化分析，获得该辐射源项和能量点的3D可视化剂量分布图；步骤42、将所述获得该辐射源项和能量点的3D可视化剂量分布图转化为剂量二维分布图；步骤43、重复步骤41-42，直至得到所有辐射源项和能量点的剂量二维分布图；步骤44、选择感兴趣的二维平面，将该二维平面内对应所有辐射源项和能量点的剂量二维分布图按照预设的权重因子进行叠加，获得总剂量的二维分布。所述感兴趣的二维平面为等中心层，所述等中心层为治疗层。所述输入文件还包括并行运算总程序，所述并行运算总程序用于实现服务器的IP设置、局域网用户或/和远程用户的权限设置、输入文件传输指令设置以及文件筛选功能。所述FLUKA输入文件包括模型数据、粒子种类和材料设置。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过多台服务器实现FLUKA仿真的并行运算，从而降低运算耗时，提高数据处理能力，实现剂量分布的可视化。附图说明图1为本专利技术的用于快速FLUKA仿真的并行运算系统的结构框图；图2为本专利技术的快速FLUKA仿真的并行运算方法的流程图；图3为获取总剂量分布图的流程图；图4为生成的单辐射源项的三维分布图；图5为生成的单辐射源项的二维分布图；图6为生成的单辐射源项的一维分布图；图7为获得的总剂量的二维分布。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：在质子医疗剂量计算、辐射防护设计等的FLUKA辐射输运建模中，由于要计算多个辐射源项(每个辐射源项又有多个不同的能量点)的剂量分布，仅通过单机运算耗时太长，因此，在本专利技术较佳的实施例中，提供一种通过多台服务器构成的服务器群实现并行运算来实现快速的FLUKA仿真。具体地，请参照图1所示，用于快速FLUKA仿真的并行运算系统的硬件平台主要由主机，交换机，服务器组成，系统软件工具应用了Paramiko，Torque，NFS等成熟的工具，其数据处理方法结合辐射防护的特点，应用了SimpleGEO，Gunplot工具。主机为一台linux系统计算机，装有最新完全版本的FLUKA软件，通过网络文件系统(Networkfilesystem)共享给多台服务器，比如10台，每台服务器有多个CPU，比如4个。用户可以是局域网用户1和局域网用户2，也可以是通过互联网连接的远程用户。主机和服务器，用户和主机之间均有交换机，用网线连接，远程用户和交换机之间还设置有路由器，通过互联网连接。无论局域网用户还是远程用户，都可以多个，局域网用户还是远程用户的硬件可以使普通的计算机，也可以是手机。远程用户可以实现远程监控、启动、停止运算功能。从图1可以看出：并行运算时间＝单机运算时间/(服务器数量*单台服务器CPU数量)。即10台4核服务器，并行运算时间仅为单机运算时间的四十分之一，如果预算足够，更多服务器将大大降低耗时。请参照图2所示，采用图1所示用于快速FLUKA仿真的并行运算系统实现并行运算获得剂量分布的方法是：步骤1、开始计算后，选定辐射源项和能量点，用户在自己的计算机上编制好对应的输入文件，输入文件包括并行运算主程序，FLUKA输入文件(主要包括模型数据，粒子种类，材料设置等)，随机数产生文件和辅助文件，并行运算主程序可以用Python语言编写，完成服务器IP设置，用户权限设置，文件传输指令设置，文件筛选等功能。辅助文件包含文件传输程序，用户文件编译程序等。步骤2、输入文件通过Paramiko工具传输到主机，然后主机通过Torque工具启动并行任务，各服务器同时开始仿真运算，随机数产生文件保证了每台服务器运算的独立性。步骤3、运算完成后即开始下一个辐射源项或能量点的计算，当然，根据服务器的运算能力，每次并行运算可以仅涉及一个辐射源项的相同能量点的计算，也可以是一个辐射源项多个能量点的同时计算，或者多个辐射源项多个能量点的同时计算。步骤4、将并行运算于多个服务器中获得的计算结果(仿真输出文件)进行简单合并，最终获得选定的辐射源项和能量点(同一辐射源项的同一能量点)的FLUKA输出文件后通过Paramiko工具传回主机，再由主机传送回相应的用户，使得该用户得到选定的辐射源项和能量点的剂量(以FLUKA输出文件形式呈现)。步骤5、最终得到每个用户需要运算的所有辐射源项的不同能量点的剂量结果。在辐射防护设计中，我们希望清楚的看到每一处的剂量分布，因此需要将步骤5得到的剂量结果进行进一步分析，进一步分析是在用户的计算机中进行，如图3所示，其包括以下步骤：步骤51、选择辐射源项和能量点，将该辐射源项不同能量点对应的FLUKA输入/输出文件均导入SimpleGeo软件中，FLUKA输入文件用于几何模型导入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于快速FLUKA仿真的并行运算系统，其特征在于，其包括：主机，所述主机安装有FLUKA软件；多台服务器，每台服务器均通过第一交换机与主机相连，所述主机将其安装的FLUKA软件共享给所述多台服务器，每台服务器均设有多个CPU；局域网用户或/和远程用户，所述局域网用户通过第二交换机与主机相连，所述远程用户依次经路由器和第二交换机与主机相连；所述局域网用户或/和远程用户将输入文件传输至主机，所述主机将输入文件分发给多台服务器进行并行运算。

【技术特征摘要】
1.一种用于快速FLUKA仿真的并行运算系统，其特征在于，其包括：主机，所述主机安装有FLUKA软件；多台服务器，每台服务器均通过第一交换机与主机相连，所述主机将其安装的FLUKA软件共享给所述多台服务器，每台服务器均设有多个CPU；局域网用户或/和远程用户，所述局域网用户通过第二交换机与主机相连，所述远程用户依次经路由器和第二交换机与主机相连；所述局域网用户或/和远程用户将输入文件传输至主机，所述主机将输入文件分发给多台服务器进行并行运算。2.如权利要求1所述的并行运算系统，其特征在于，所述主机将其安装的FLUKA软件通过网络文件系统共享给所述多台服务器。3.如权利要求1所述的并行运算系统，其特征在于，所述局域网用户或/和远程用户将输入文件通过Paramiko工具传输至主机，所述主机将输入文件通过Torque工具分发给多台服务器。4.一种采用权利要求1-3任一项所述的并行运算系统实现并行运算的方法，其特征在于，所述方法应用于质子医疗剂量计算或辐射防护设计中，其包括以下步骤：步骤1、选择辐射源项和能量点，将对应的辐射源项和能量点对应的输入文件传输至主机，并由主机将所述输入文件分发给各个服务器；步骤2、每个服务器根据收到的输入文件进行运算，并将每个服务器的运算结果进行合并，以获得选择的辐射源项和能量点的FLUKA输出文件，将所述FLUKA输出文件回传至主机；步骤3、重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪金龙，李章民，王勋，
申请(专利权)人：广东恒聚医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44