1、面向恶劣天气检测、预测与响应的终端用户响应式传感器网络架构

面向恶劣天气检测、预测与响应的终端用户响应式传感器网络架构

1. 引言

在过去二十年里，网络计算系统的应用从通用/多用途逐渐转变为高度专业化和特定任务导向。传感器网络便是这一趋势的典型体现，它将传感、通信和计算基础设施相结合，用于测量、监测、预测并在某些情况下控制特定环境或过程。

这类特定任务计算更加注重终端用户，即系统存在的根本原因，以及根据终端用户定义的应用目标来优化系统操作。在设计传感器网络系统时，既要满足终端用户的特定需求和应用场景，又要避免设计过于专业化，难以适应新的应用场景或用户需求。

本文介绍了一种由少量低功率X波段雷达组成的传感器网络系统的软件架构，这些雷达通过分布式、协作式、自适应传感（DCAS）对地球大气的最低几公里进行恶劣天气的检测和预测。该架构适用于多种应用场景，包括恶劣风（如龙卷风）和降水传感，无论是资源丰富还是资源受限的环境。

2. DCAS软件架构概述

2.1 架构组成

DCAS系统的气象指挥与控制（MC&C）组件是系统的核心。目前，MC&C的运行版本是集中式的，但也在开发分布式版本。系统的主要控制循环分为上下两个松散耦合的部分：
- 上半部分 ：从远程雷达获取数据，识别气象特征，并将更高级别的气象特征（如风旋转、风切变、旋转散度、高降水区域）发布到特征存储库，供终端用户使用。特征检测部分的各个检测算法模块通过基于事件的广播发布/订阅机制（线性缓冲区）连接，当数据或事件可用时通知下游模块。特征存储库类似于黑板模块，允许数据异步写入和读取。
- 下半部分 ：利用发布的特征、终