全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)

1、全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)、性能和實(shí)時(shí)的可擴(kuò)展性摘要：我們描述的實(shí)時(shí)傳感器網(wǎng)格系統(tǒng)，它支持全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)消息路由和處理的體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)程在加利福尼亞州南部和中部從E85電臺(tái)1赫茲的位置數(shù)據(jù)。我們的系統(tǒng)是建立一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)功能的計(jì)算機(jī)，基于主題的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)，并且可擴(kuò)展到其他數(shù)據(jù)源。為了確定性能和可伸縮性的上限，我們已經(jīng)在對(duì)我們執(zhí)行的系統(tǒng)測(cè)試進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)這些測(cè)試，我們能夠顯示，性能不隨時(shí)間降解，該系統(tǒng)將同步處理多達(dá)1000個(gè)數(shù)據(jù)提供者或數(shù)據(jù)消費(fèi)者的消息代理，而多個(gè)消息中介可以被鏈接到提供可伸縮性1000以外供應(yīng)商和消費(fèi)者。關(guān)鍵字：實(shí)時(shí)GPS，面向消息的中間設(shè)備，發(fā)布/訂閱的中

2、間設(shè)備，網(wǎng)格計(jì)算1、介紹實(shí)時(shí)感應(yīng)器正在改變我們獲取我們環(huán)境數(shù)據(jù)的方式。在傳感器技術(shù)的最新進(jìn)展中，例如微電路，納米技術(shù)和低功耗設(shè)計(jì)允許傳感器在各種各樣的環(huán)境中進(jìn)行部署。環(huán)境監(jiān)測(cè)，空氣污染和水的質(zhì)量的測(cè)量，地震事件的檢測(cè)和理解只有少數(shù)地區(qū)會(huì)發(fā)生地殼的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)，在這些事件中傳感器的部署程度是很容易看到的。廣泛使用的傳感裝置以及能彼此通信的傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，實(shí)現(xiàn)較大的傳感任務(wù)將從根本上改變信息收集和處理。實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)源在產(chǎn)生巨大數(shù)量的數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)的系統(tǒng)可以正常操作處理的能力。例如南加利福尼亞集成GPS網(wǎng)絡(luò)（SCIGN）已部署250持續(xù)經(jīng)營(yíng)GPS（CGPS）電臺(tái)在南加州，而為了地球透鏡板塊邊

3、界的觀測(cè)（PBO）（/），更是安裝數(shù)百個(gè)電臺(tái)在美國(guó)西部。日本的GPS地球觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或GEONET由1200個(gè)GPS監(jiān)測(cè)站陣列覆蓋整個(gè)國(guó)家，平均間距約20公里處。例如，斯克里普斯軌道和永久陣列中心（SOPAC）是在升級(jí)SIGN及PBO CGPS站實(shí)時(shí)操作作為加利福尼亞實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)（CRTN）一部分的過(guò)程。每一次和站位置計(jì)算小于第二次延遲上的即時(shí)數(shù)據(jù)被收集。這些網(wǎng)絡(luò)每年測(cè)量能夠產(chǎn)生TB量級(jí)的數(shù)據(jù)。表1顯示出由CRTN站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的近似量。從代理服務(wù)器最初獲得的觀測(cè)編碼稱為RYO開放二進(jìn)制格式。該表顯示了相同的觀察不同編碼尺寸的增加。表1 - 由CRTN

4、生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的近似量。該站生產(chǎn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以被翻譯成ASCII和地理標(biāo)記語(yǔ)言（GML）。傳感器的快速普及提出了與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題不同的獨(dú)特挑戰(zhàn)。一些研究已經(jīng)討論了與傳感器設(shè)備的各種挑戰(zhàn)的技術(shù)方面，例如功耗，無(wú)線通信問(wèn)題，自主操作，適應(yīng)性的環(huán)境條件和負(fù)載平衡。我們解決我們工作不同鄰域的問(wèn)題：我們描述了一個(gè)可擴(kuò)展的消息接發(fā)系統(tǒng)的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)用于處理和傳遞實(shí)時(shí)GPS位置的數(shù)據(jù)流來(lái)結(jié)束消費(fèi)者，其可以是應(yīng)用程序或（通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口）人類。我們相信，我們的體系結(jié)構(gòu)是通用的，并且可以被應(yīng)用到其它類型的數(shù)據(jù)。需要處理龐大數(shù)據(jù)集的應(yīng)用科學(xué)是伴隨著計(jì)算資源的演化，網(wǎng)絡(luò)寬帶和儲(chǔ)存能力在增加。同時(shí)，一些應(yīng)用都

5、被設(shè)計(jì)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在運(yùn)行，以提供近實(shí)時(shí)的結(jié)果。這樣的應(yīng)用諸如危機(jī)管理系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S當(dāng)局及時(shí)采取行動(dòng)。地震數(shù)據(jù)同化是一個(gè)很好的例子，因?yàn)樗鼈兪褂脕?lái)自地震或GPS傳感器的資料本組工具。然而，大多數(shù)的這些工具目前使用的數(shù)據(jù)來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)而且它們無(wú)法獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由于一些原因。圖1 - 總體傳感器網(wǎng)格架構(gòu)。從持久的GPS網(wǎng)絡(luò)（左下）站的位置被傳送到代理服務(wù)器，并可以通過(guò)TCP / IP連接來(lái)獲得。這些原始消息由消息代理，它出版的數(shù)據(jù)流消息代理攝入（使用世貿(mào)君瀾經(jīng)紀(jì)軟件;見正文）。這些消息可以通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)功能的過(guò)濾器，其既作為被處理，出版商（消息源）和用戶（消息匯）。圖1示出了整體的傳感器網(wǎng)格架構(gòu)

6、，其中包含多個(gè)過(guò)濾器進(jìn)行處理，變換或聚合數(shù)據(jù)流。我們用君瀾經(jīng)紀(jì)消息系統(tǒng)為過(guò)度的電線郵件傳輸。拿拉達(dá)經(jīng)紀(jì)也可以配置成提供服務(wù)的附加質(zhì)量如安全和可靠的傳送。這種方法使我們能夠在飛行中重新格式化的消息，所以我們可以轉(zhuǎn)換（例如）原RYO格式的源數(shù)據(jù)到開放地理空間聯(lián)盟的觀察和測(cè)量（OM）格式，同時(shí)保留原始郵件。用戶可在任何時(shí)候連接到過(guò)濾器鏈，以獲得用于所需的格式所需的站的消息。該架構(gòu)還可以擴(kuò)展（在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)感，使用從堿濾波器類繼承）摻入更復(fù)雜的過(guò)濾器，如數(shù)據(jù)分析和事件檢測(cè)應(yīng)用程序。我們更詳細(xì)描述這項(xiàng)工作。在我們的系統(tǒng)中的關(guān)鍵概念是消息的主題發(fā)布和訂閱。正如我們將描述，在我們的系統(tǒng)中“信息”的數(shù)據(jù)

7、包與可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送的頭信息相結(jié)合。一個(gè)基于主題的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)就是一個(gè)出版商將許多指定主題名稱的消息發(fā)送到消息代理的一對(duì)多網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的例子。這些消息隨后被路由給所有的主題訂閱者。因此，對(duì)一個(gè)特定主題的發(fā)布者和訂閱不進(jìn)行直接的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，如在客戶端-服務(wù)器系統(tǒng)，如Web瀏覽器和服務(wù)器的情況。正如我們討論的，這種方法使我們能夠建立可以單獨(dú)負(fù)責(zé)相對(duì)簡(jiǎn)單原子任務(wù)發(fā)布者和訂閱鏈復(fù)雜的應(yīng)用。發(fā)布者和訂閱者可以連接到使用許多不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的中介消息代理，雖然我們?cè)谶@里描述的系統(tǒng)是使用TCP / IP實(shí)施的。本文的其余部分安排如下。第2節(jié)介紹斯克里普斯軌道和永久陣列中心的實(shí)時(shí)GPS網(wǎng)絡(luò)。我們也更詳細(xì)

8、地描述了系統(tǒng)架構(gòu)。第3節(jié)是對(duì)我們系統(tǒng)測(cè)試性能和可擴(kuò)展性的詳細(xì)描述。第4節(jié)是規(guī)定文件總結(jié)和確認(rèn)。2、全球網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)施斯克里普斯軌道和永久陣列中心（南太地科委）維護(hù)和運(yùn)行加利福尼亞實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)由分布GPS子網(wǎng)絡(luò)傳輸具有小于1秒的延遲可公開獲得的1赫茲站位置。從GPS站原始數(shù)據(jù)由Geodetics RTD的Pro / CLP軟件套件和瞬時(shí)站收集位置計(jì)算上的動(dòng)態(tài)。在本節(jié)中，我們描述了上述技術(shù)的實(shí)施。圖2顯示在南加州的實(shí)時(shí)GPS子網(wǎng)。三角形表示連續(xù)GPS臺(tái)站（即，基站不是當(dāng)前在實(shí)時(shí)訪問(wèn)），而藍(lán)色和紅色圓圈代表的實(shí)時(shí)站（在，該站的數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)，因?yàn)樗怯蓚鞲衅鳒y(cè)得的）。圖2-加州實(shí)時(shí)

9、GPS網(wǎng)絡(luò)（CRTN）。注意連續(xù)的GPS站（CGPS）被描繪為三角形，而實(shí)時(shí)站被表示為圓。圖像是從南太平洋國(guó)家獲得GPS Explorer訪問(wèn)/projects/realtime/我們先回顧一下實(shí)時(shí)GPS網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)中的初始數(shù)據(jù)源。這在圖1中的左下側(cè)表示。實(shí)時(shí)GPS網(wǎng)絡(luò)：連續(xù)的全球定位系統(tǒng)（GPS）已經(jīng)在大地測(cè)量被用來(lái)確定長(zhǎng)期的構(gòu)造變形和靜態(tài)位移，如間地震，同震和震后變形。GPS站可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行且不需要經(jīng)常維護(hù)，并且可以使用各種連接類型，如Wi-Fi無(wú)線，調(diào)制解調(diào)器和電話線或光纖線路的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)進(jìn)行通信。在過(guò)去的15年，個(gè)人GPS站（古跡）的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)沿著

10、活躍的斷層線部署，并從這些數(shù)據(jù)不斷被一些組織收集。其中第一個(gè)使用GPS地殼形變監(jiān)測(cè)的組織是南加利福尼亞集成GPS網(wǎng)絡(luò)（SIGN）。作為首次提出實(shí)時(shí)操作的SIGN，它的數(shù)據(jù)并沒有以15-30 s的采樣率進(jìn)行收集檢索和分析，而是以每24小時(shí)來(lái)慢慢計(jì)算隨時(shí)間變化的層級(jí)位置。斯克里普斯軌道和永久陣列中心（南太地科委），一個(gè)SIGN合作者，是在升級(jí)SIGN和PBO CGPS站實(shí)時(shí)操作的過(guò)程加州實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)（CRTN）（圖2）的一部分，作為一個(gè)合作橙色和圣迭戈縣和南加州大都會(huì)水區(qū)。每一次位置計(jì)算小于第二延遲的即時(shí)數(shù)據(jù)被收集。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用于地震和結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，災(zāi)害緩解，以及提供給需要厘米級(jí)的實(shí)時(shí)定位精度土地測(cè)量師。對(duì)

11、于計(jì)算效率而言，南太平洋國(guó)家劃分成CRTN約10站的實(shí)時(shí)子網(wǎng)。每個(gè)子網(wǎng)提供實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)（小于1秒的延遲）都在高速率操作（1 - 2赫茲）。從GPS傳感器的原始測(cè)量通過(guò)FTP站點(diǎn)連續(xù)收集和當(dāng)?shù)氐腉eodetics RTD/ CLP軟件套件包括RTD的（“實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)”服務(wù)器和CLP（CommLinkProxy）儲(chǔ)存，隨后提供給公眾。在RTD服務(wù)器還廣播名為RYO開放二進(jìn)制格式的實(shí)時(shí)位置。每個(gè)RYO消息報(bào)告包含那個(gè)時(shí)代站的位置。從GPS監(jiān)測(cè)站收集的數(shù)據(jù)各種供應(yīng)格式如下：RAW和RINEX：用于歸檔和記錄;實(shí)時(shí)不可用。RTCM: 發(fā)布實(shí)時(shí)性和無(wú)記錄保存。這是對(duì)RTCM功能的GPS接收機(jī)領(lǐng)域非常有用。Po

12、sitions: 該站的位置。更新并提供每一秒的位置。 GPS時(shí)間序列可以使用這些位置來(lái)產(chǎn)生的，并且它們可以是不同的平均時(shí)間間隔，如每小時(shí)，每天等。也許最有趣的這些格式是地球物理學(xué)家在科學(xué)計(jì)算、模擬或可視化應(yīng)用程序的使用位置信息。然而，RTD服務(wù)器輸出名為RYO二進(jìn)制格式的位置信息。這需要引入另一種復(fù)雜性的客戶端應(yīng)用程序，因?yàn)檫@些消息必須從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為到該客戶機(jī)可以消費(fèi)的數(shù)據(jù)格式。此外，直接從RTD服務(wù)器接收站的位置，客戶有望打開套接字連接。這種方法的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是廣泛的負(fù)載當(dāng)多個(gè)客戶端連接時(shí)，這可能引入到服務(wù)器。RTD服務(wù)器從點(diǎn)接收原始數(shù)據(jù)后，它適用于內(nèi)部過(guò)濾器和為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)生成一條

13、消息。此消息包含用于從該位置數(shù)據(jù)已經(jīng)收集在那個(gè)特定瞬間每一個(gè)人站位置信息的集合。除了位置信息還有一個(gè)其它測(cè)量信息，如質(zhì)量的測(cè)量，方差等。傳感器網(wǎng)格：我們已經(jīng)開發(fā)出多種網(wǎng)絡(luò)功能的過(guò)濾器的應(yīng)用程序和Web服務(wù)，以提供給科學(xué)應(yīng)用的處理實(shí)時(shí)位置信息GPS傳感器流。這些過(guò)濾器使用發(fā)布/訂閱網(wǎng)絡(luò)中間件彼此連接?？傊撓到y(tǒng)的核心是過(guò)濾器鏈執(zhí)行格式轉(zhuǎn)換或以其他方式處理源于上述實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的輸入數(shù)據(jù)流。這些過(guò)濾器作為兩個(gè)訂戶（數(shù)據(jù)接收器）和出版商（數(shù)據(jù)源）。拿拉達(dá)經(jīng)紀(jì)主題（其類似于計(jì)算機(jī)的文件系統(tǒng)上的目錄和文件名的路徑）用于組織不同的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流源成層次結(jié)構(gòu)如表2所示。目前的過(guò)濾器正在被使用，以支持8個(gè)網(wǎng)絡(luò)與維

14、護(hù)80的GPS站SOPAC。在我們的架構(gòu)中，過(guò)濾器是小型應(yīng)用程序，旨在實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的任務(wù)，如轉(zhuǎn)化或聚集的消息。他們正在使用實(shí)現(xiàn)的Java編程語(yǔ)言（如為拿拉達(dá)經(jīng)紀(jì)）。他們也可以用其他編程語(yǔ)言開發(fā)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。我們開發(fā)了一種抽象濾波器編程接口可以擴(kuò)展來(lái)創(chuàng)建新的過(guò)濾器。一個(gè)基本的過(guò)濾器是由三部分組成：一個(gè)拿拉達(dá)經(jīng)紀(jì)訂戶，出版商和數(shù)據(jù)處理單元。抽象過(guò)濾器接口提供用戶和出版商的能力。通常的過(guò)濾器所預(yù)訂指定拿拉達(dá)經(jīng)紀(jì)主題以接收流信息，處理接收到的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)布到另一主題。然而輸出不必總是發(fā)布。例如，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)過(guò)濾器可能只收到站位置，以插入到數(shù)據(jù)庫(kù)持久性歸檔。此外，過(guò)濾器可以并聯(lián)或串行用于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜

15、的任務(wù)。我們已經(jīng)開發(fā)了第一個(gè)過(guò)濾器是格式轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換原二進(jìn)制消息至不同的格式，因?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)的應(yīng)用程序需要的地理數(shù)據(jù)的不同表示。一旦我們收到原始二進(jìn)制數(shù)據(jù)，我們立即用空過(guò)濾器，也就是一個(gè)簡(jiǎn)單的直通過(guò)濾器，不改變?cè)撓ⅰ＝酉聛?lái)，另一個(gè)過(guò)濾器，轉(zhuǎn)換二進(jìn)制消息為ASCII訂閱發(fā)布給君瀾經(jīng)紀(jì)話題這個(gè)話題并公布輸出消息到另一個(gè)話題，這可以繼續(xù)構(gòu)建過(guò)濾器鏈。例如，我們已經(jīng)制定了地理標(biāo)記語(yǔ)言（GML）模式來(lái)描述GPS位置信息。另一個(gè)過(guò)濾器的應(yīng)用程序訂閱ASCII消息主題和發(fā)布位置信息，以不同的主題的GML表示，這種方法使我們能夠保持原有數(shù)據(jù)不變，在不同的串流方式由多個(gè)客戶端訪問(wèn)的消息格式。我們開發(fā)的GML

16、模式是基于豐富的觀測(cè)類型是GML3觀測(cè)模型的擴(kuò)展版本。這種模式支持陣列的觀察和觀測(cè)集合類型，這是在描述地球科學(xué)委會(huì)的位置信息，因?yàn)樗鼈兪嵌鄠€(gè)人站位置的集合是有用的。我們遵循強(qiáng)大的命名約定命名的元素，使架構(gòu)更容易理解到客戶端。我們使用數(shù)據(jù)綁定的目的的Apache XML豆類和創(chuàng)建，讀取ASCII位置信息，并生成利用XML豆類生成的代碼GML實(shí)例的應(yīng)用程序。SOPAC GML模式和樣品情況，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：/schemas。在GML模式開發(fā)的GPS站消息和一個(gè)示例XML輸出在附錄中給出。GPS站消息和過(guò)濾器：如上所述，GPS收集站的消息有幾個(gè)小節(jié)。我們已經(jīng)開

17、發(fā)了多種過(guò)濾器，可以簡(jiǎn)化不是由大多數(shù)客戶所需要的位置信息的部分轉(zhuǎn)換的消息。圖3示出了包括GPS的網(wǎng)絡(luò)，代理服務(wù)器，過(guò)濾器和代理整個(gè)系統(tǒng)。該ryo2nb濾波器用來(lái)使TCP / IP連接到RTD服務(wù)器和這些消息（這是在卷煙格式）發(fā)布到消息系統(tǒng)。Ryo2ASCII過(guò)濾器在整個(gè)RYO消息，并且不會(huì)過(guò)濾掉任何東西。然而一些包括位置信息的信息大多數(shù)是不需要客戶端。例如，我們已經(jīng)開發(fā)出一種用戶界面，以顯示在地圖上臺(tái)站的當(dāng)前位置。對(duì)于這種特殊應(yīng)用，我們只需要站名和它們?cè)诰暥群徒?jīng)度的位置。此客戶接口我們開發(fā)ryo2pos濾波器（圖中未示出），該ROY郵件轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的位置信息。以下是從ryo2pos濾波器輸出樣本

18、信息：在該消息中，我們只包括（按順序）站名（“LEMA”），日期，時(shí)間，緯度，經(jīng)度和高度值。這個(gè)小應(yīng)用程序是一個(gè)有關(guān)個(gè)別過(guò)濾器如何使用南都經(jīng)紀(jì)以實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù)被鏈接的例子。使用這種方法集成的另一示例應(yīng)用是RDIMM只要求緯度，經(jīng)度，和對(duì)于給定的站高度值。我們可以很容易地編寫一個(gè)過(guò)濾器，剝?nèi)ゲ恍枰牟糠窒⒉⒅惠敵鑫恢眯畔?。下表顯示了關(guān)于這些實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的信息。注意每個(gè)服務(wù)器地址為幾個(gè)獨(dú)立的GPS站點(diǎn)的代理服務(wù)器和出版商的位置數(shù)據(jù)的特定端口號(hào)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)數(shù)據(jù)從代理服務(wù)器被導(dǎo)入到傳感器網(wǎng)格架構(gòu)，我們將其與主題相關(guān)聯(lián)。主題構(gòu)造不僅識(shí)別網(wǎng)絡(luò)名，而且還有數(shù)據(jù)的格式。下表顯示了兩個(gè)過(guò)濾器君瀾經(jīng)紀(jì)主題名稱：同樣，

19、ryo2pos過(guò)濾器訂閱相應(yīng)的ROY主題，發(fā)布比如說(shuō)/南太平洋國(guó)家/ GPS / CRTN_01/ POS的話題。在這里，我們給一些我們的傳感器網(wǎng)格架構(gòu)開發(fā)的過(guò)濾器的簡(jiǎn)要介紹：Ryo2ASCII過(guò)濾器：訂閱該RYO話題接受二進(jìn)制消息，將其轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的ASCII格式并發(fā)布到另一個(gè)話題（即“/ ASCII”）。ASCII HTML過(guò)濾器：地理標(biāo)記語(yǔ)言，可能是由開放地理空間聯(lián)盟生產(chǎn)的當(dāng)今最流行的地理數(shù)據(jù)格式。我們已經(jīng)開發(fā)了GML模式符合了最新的觀察和測(cè)量（OM）擴(kuò)展來(lái)形容GPS站的消息。該過(guò)濾器的ASCII位置信息轉(zhuǎn)換成GML并發(fā)布到一個(gè)新的話題（即“/ GML”）。我們預(yù)計(jì)，在不久的將來(lái)GIS應(yīng)用

20、程序?qū)⒈婚_發(fā)，以符合在GML OGC標(biāo)準(zhǔn)，并提出GPS信息將幫助我們輕松地集成科學(xué)應(yīng)用。ASCII2POS過(guò)濾器： RYO消息類型包含了幾個(gè)附帶的物理位置等，如位置，質(zhì)量和幾個(gè)可選塊子部分。然而，大多數(shù)的這些額外信息都不被應(yīng)用所需要。這個(gè)過(guò)濾器從ASCII消息中排除可選塊和不必要的信息來(lái)創(chuàng)建簡(jiǎn)潔的位置信息僅包括一個(gè)時(shí)間戳，站ID和位置測(cè)量。站位移過(guò)濾器：一個(gè)GPS臺(tái)站的使用情況是檢測(cè)地震活動(dòng)。我們已經(jīng)制定了一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)濾器，分析了GPS站的位置信息，并輸出它的實(shí)時(shí)物理位移。該過(guò)濾器可以根據(jù)不同的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算位移，該站的前一個(gè)小時(shí)，或在過(guò)去24小時(shí)內(nèi)，即實(shí)際位移。站健康篩選：處理實(shí)時(shí)測(cè)量值的一

21、個(gè)優(yōu)點(diǎn)是我們可以立即看到，如果任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器的未發(fā)布的位置信息。我們已開發(fā)了這種過(guò)濾器以登錄站和（可能）警報(bào)管理員的停機(jī)時(shí)間，如果達(dá)到閾值。例如它可以是容忍的一個(gè)GPS站將下降為由于網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題幾分鐘，但如果一臺(tái)還未超過(guò)一個(gè)小時(shí)發(fā)布位置值，可能需要維修呼叫。單站過(guò)濾器：從RTD服務(wù)器原裝進(jìn)口的消息上面提到的包含多個(gè)站的位置信息。然而，一些應(yīng)用可能需要分析的數(shù)據(jù)為特定的站。為此，我們開發(fā)了此過(guò)濾器拉從一個(gè)特定站測(cè)量。RDAHMM過(guò)濾器：RDIMM（為正則確定性退火隱馬爾可夫法）是一種數(shù)據(jù)分析和分類體系。此算法和相關(guān)聯(lián)的過(guò)濾器中被廣泛描述。在簡(jiǎn)要中，RDA HMM過(guò)濾器可用于分類的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系列

22、的序列，并可以潛在地用于模式變化檢測(cè)。3、 測(cè)試實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)在部分程序中，我們所描述的傳感器網(wǎng)格架構(gòu)的執(zhí)行用于管理GPS數(shù)據(jù)流。使用基于發(fā)布訂閱郵件系統(tǒng)和過(guò)濾器的Web服務(wù)主題建造。在這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)PS流通過(guò)一系列由南都經(jīng)紀(jì)消息基板連接器提供給用戶。我們的系統(tǒng)消耗來(lái)自包含80永久站的8 GPS子網(wǎng)的數(shù)據(jù)和集成加州實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。該GPS站每秒定期公布一次他們的位置。在最簡(jiǎn)單的設(shè)置系統(tǒng)中包括代理和多個(gè)過(guò)濾器，所以該系統(tǒng)的性能將主要受中間商性能的影響，因?yàn)檫^(guò)濾器將主要部署在不同服務(wù)器上。然而，在一些情況下是可以預(yù)期的，當(dāng)大量的過(guò)濾器是在同一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行時(shí)，性能就會(huì)降低。在系統(tǒng)中的消息收發(fā)

23、代理負(fù)責(zé)從源到訂戶路由實(shí)時(shí)流。由于數(shù)據(jù)是在1Hz的頻率連續(xù)流動(dòng)，我們希望消息在不到1秒接收到下一個(gè)消息之前交付的，我們不希望任何形式的排隊(duì)延遲的消息傳遞。該信息的任何排隊(duì)時(shí)間超過(guò)一秒或臨時(shí)存儲(chǔ)將是有害的，因?yàn)樾碌南⒉粩嗟竭_(dá)，隊(duì)列將繼續(xù)增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致交付失敗。因此性能測(cè)試應(yīng)側(cè)重于找出實(shí)時(shí)提供商和單個(gè)經(jīng)紀(jì)人可以不引入額外的開銷或無(wú)響應(yīng)支持的客戶端的最大數(shù)量。存在于發(fā)布者或訂閱者的支持的號(hào)碼以及最大數(shù)據(jù)速率的條件限制為代理。3.1測(cè)試方法為了測(cè)試系統(tǒng)的性能，我們已經(jīng)創(chuàng)建了由多個(gè)濾波器和一個(gè)單一的代理的基本設(shè)置。在此設(shè)置中，我們有三個(gè)過(guò)濾器：消息轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)濾路由信息的GPS從RTD服務(wù)器到君瀾經(jīng)紀(jì)服務(wù)

24、器，RYO到ASCII轉(zhuǎn)換器和一個(gè)簡(jiǎn)單的客戶端過(guò)濾器。在正常的操作中，我們連接到SOPAC RTD服務(wù)器接收GPS消息。然而，對(duì)于性能測(cè)試，我們記錄24小時(shí)的單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的原始GPS消息，并使用存儲(chǔ)并重放濾波器代替它們。使用存儲(chǔ)的值使我們的測(cè)試有可重復(fù)性。此外，我們將討論，我們可以利用目前存在的這些模擬更大的網(wǎng)絡(luò)。我們已經(jīng)寫了兩個(gè)過(guò)濾器，用于記錄和重放二進(jìn)制RYO消息：RYO記錄過(guò)濾器和RYO發(fā)布者過(guò)濾器。第一個(gè)過(guò)濾器訂閱到RYO主題，通過(guò)保存收到的消息到文件中創(chuàng)建日常GPS記錄。它創(chuàng)建午夜后一個(gè)新的文件，并將其命名為以反映GPS網(wǎng)絡(luò)已持有的記錄和哪個(gè)日期。例如一個(gè)名為CRTN_01-09_11_

25、2006-12_00_00_AM.ryo文件的CRTN_01網(wǎng)絡(luò)日期2006年9月11日，在12:00:00 AM收集第一個(gè)樣品的RYO記錄。在我們的性能測(cè)試中，我們使用RYO發(fā)布者過(guò)濾在這些文件中的二進(jìn)制信息發(fā)布到經(jīng)紀(jì)人的話題。通過(guò)這種方式，我們有過(guò)濾器，它允許我們，因?yàn)槲覀兿Ｍ麆?chuàng)造盡可能多的GPS網(wǎng)絡(luò)取代實(shí)際的RTD服務(wù)器。自卷煙發(fā)布者過(guò)濾器還提供了能夠更改消息的頻率。目前實(shí)際的RTD服務(wù)器在1赫茲的頻率，I.S.發(fā)布網(wǎng)絡(luò)消息每秒一個(gè)消息被發(fā)布為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)改變一個(gè)濾波器參數(shù)，我們可以改變這個(gè)頻率，因此數(shù)據(jù)流速。在考慮到在不久的將來(lái)將GPS站預(yù)計(jì)上2HZ頻率工作，即，發(fā)送它們的位置兩次在

26、第二，自卷煙出版商濾波器的這種能力允許我們模擬未來(lái)的GPS網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)的整體性能可通過(guò)測(cè)量幾個(gè)特性來(lái)估計(jì)： 該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性; 能夠支持多個(gè)數(shù)據(jù)源; 能夠支持多個(gè)客戶端; 端到端發(fā)送消息的時(shí)間； 能夠保持傳入消息的順序；圖4示出了用于性能測(cè)試系統(tǒng)的基本配置。測(cè)試系統(tǒng)由三個(gè)濾波器和一個(gè)拿拉達(dá)經(jīng)紀(jì)服務(wù)器。這是最簡(jiǎn)單的過(guò)濾器配置，允許客戶端訪問(wèn)可讀格式的GPS信息。第一濾波器是RYO出版商，它取代在現(xiàn)實(shí)世界的操作中使用與我們的存檔數(shù)據(jù)RTD服務(wù)器。發(fā)布者過(guò)濾器讀取每天RYO存檔文件和發(fā)布GPS位置信息到1Hz的頻率經(jīng)紀(jì)人。以ASCII轉(zhuǎn)換器過(guò)濾二進(jìn)制消息轉(zhuǎn)換成ASCII格式和發(fā)布到一個(gè)新的課題

27、;最后簡(jiǎn)單過(guò)濾器訂閱此話題，并接收它們。為了測(cè)量平均終端到終端消息的交貨時(shí)間，我們對(duì)如圖所示的4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量：1、 之前的消息由RYO發(fā)布者發(fā)布。2、 只要是RYO轉(zhuǎn)換成ASCII就被過(guò)濾器接收。3、 經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換和正確發(fā)布到另一個(gè)話題。4、 它是什么時(shí)間被簡(jiǎn)單過(guò)濾接收。圖4中的結(jié)構(gòu)具有1至4個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)路徑，但它也包括RYO與ASCII的轉(zhuǎn)換在3和4之間，因此，為了找到真正的電匯時(shí)間，我們需要用總時(shí)間減去格式轉(zhuǎn)換花費(fèi)的時(shí)間：Ttransfer = (T2  T1) + (T4  T3) 由于網(wǎng)絡(luò)延遲，我

28、們還需要進(jìn)行測(cè)試，以確保該消息被以正確的順序傳遞。要做到這一點(diǎn)，RYO發(fā)布者發(fā)送的消息是以遞增的順序標(biāo)記。它還記錄該消息的大小，這可能會(huì)影響到傳送時(shí)間。我們用南都公益經(jīng)紀(jì)內(nèi)置的事件屬性將時(shí)間戳和其他信息從一個(gè)濾波器傳遞的到另一個(gè)。要做到這一點(diǎn)，RYO發(fā)布者需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)具有三個(gè)值的字符串，并將其插入MSGSTAMP屬性（內(nèi)置屬性）。第一個(gè)值是郵件編號(hào)，第二號(hào)碼是消息的字節(jié)大小，最后一個(gè)值是毫秒的時(shí)間戳記。當(dāng)后續(xù)的過(guò)濾器接收君瀾經(jīng)紀(jì)活動(dòng)，他們先提取MSGSTAMP屬性并追加當(dāng)前時(shí)間戳。這樣，所有發(fā)布，并在過(guò)濾器鏈訂閱操作將被標(biāo)注在MSGSTAMP屬性中。當(dāng)最終濾波器接收一個(gè)消息時(shí)，它提取然后字符串

29、追加其時(shí)間戳和在用于進(jìn)一步分析的文件保存它。兩個(gè)消息印章樣本下面給出：為了測(cè)量系統(tǒng)的五大特點(diǎn)，如上所述，我們確定了以下測(cè)試案例：·該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性;·可以由單個(gè)代理支持GPS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目;·可以由單個(gè)代理支持的客戶端的數(shù)目;·主題的數(shù)目可以由單個(gè)代理的支持。這些測(cè)試是在社區(qū)網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)室的Linux服務(wù)器上執(zhí)行。由于這些服務(wù)器是開放的網(wǎng)絡(luò)，并不是專門提供給我們測(cè)試使用的，所以我們的測(cè)試偶爾會(huì)出現(xiàn)延遲。為了消除這些異常值，最后的測(cè)量我們需要應(yīng)用遞歸的Z濾波器。給出了一些測(cè)量的Z過(guò)濾器，如果任何特定的值是通過(guò)使用其標(biāo)準(zhǔn)偏差值和所有的條目的平均值的離群值認(rèn)定。

30、對(duì)于一個(gè)測(cè)量（×）表示z-過(guò)濾式可表示為： Z_value = abst - average / tstandard_deviation 然后計(jì)算出的值與一個(gè)截?cái)嘀当容^，它通常設(shè)定為2.5。也就是說(shuō)，我們丟棄值從平均超過(guò)2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。如果z值大于臨界值則它被認(rèn)為是異常值，并從測(cè)量除去該值。3.2測(cè)試結(jié)果3.2.1系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試第一個(gè)測(cè)試時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)性能是時(shí)間獨(dú)立的，特別是不會(huì)隨著時(shí)間而降低。性能下降可能導(dǎo)致螺紋差，插座和目標(biāo)管理在我們的代碼，以及出現(xiàn)問(wèn)題在Java虛擬機(jī)和操作系統(tǒng)中。為了執(zhí)行這個(gè)測(cè)試，我們按照?qǐng)D4所

31、示運(yùn)行24小時(shí)系統(tǒng)并且記錄定時(shí)。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，我們首先測(cè)量平均消息傳送的時(shí)間，然后通過(guò)將定時(shí)成段，我們確定是否連續(xù)操作降低了系統(tǒng)的性能。我們也希望以此驗(yàn)證郵件將被傳入訂單。圖5顯示了第一個(gè)測(cè)試的結(jié)果。這個(gè)測(cè)試被運(yùn)行了24個(gè)小時(shí)。在圖4記錄定時(shí)中，測(cè)試的最后一個(gè)過(guò)濾器描述了每一個(gè)消息每一秒別發(fā)布的所有步驟。我們應(yīng)用一個(gè)Z-過(guò)濾器以清潔離群值，并計(jì)算出每半小時(shí)的平均值。圖中的每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)至1800測(cè)量或大致相當(dāng)于30分鐘價(jià)值的數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，該轉(zhuǎn)移時(shí)間大約是超過(guò)5.6毫秒，平均的整個(gè)范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。整體測(cè)試表明連續(xù)操作中沒有導(dǎo)致系統(tǒng)性能的劣化。3.2.2單個(gè)代理能夠支持極大數(shù)量的GPS網(wǎng)絡(luò)該系統(tǒng)提供

32、的另一重要特征是能夠同時(shí)服務(wù)于多個(gè)出版商，這是用于管理全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，還有，我們需要同時(shí)支持多個(gè)GPS網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于此測(cè)試中，我們保留在圖4中所描述的原始配置，并通過(guò)添加新RYO中間商增加傳感器數(shù)據(jù)源的數(shù)量。因此，我們模擬從多個(gè)GPS網(wǎng)絡(luò)發(fā)布消息。本次測(cè)試的結(jié)果允許我們指定一個(gè)單一代理支持真實(shí)世界中的應(yīng)用。圖6顯示了附加RYO發(fā)布者的測(cè)試結(jié)構(gòu)，注君瀾經(jīng)紀(jì)主題用于連接濾波器彼此。隨后，簡(jiǎn)單過(guò)濾從主題2接收ASCII消息。對(duì)于這個(gè)特殊的測(cè)試中，我們?cè)匍_始新的RYO發(fā)布的過(guò)濾器。每一個(gè)新的發(fā)布者過(guò)濾器發(fā)布二進(jìn)制數(shù)據(jù)到一個(gè)新的課題。每個(gè)發(fā)布者發(fā)布的相同（測(cè)試記錄）之前測(cè)試中使用的數(shù)據(jù)。我們連續(xù)兩天跑這

33、個(gè)測(cè)試。最初，系統(tǒng)包括的組件如圖4中所示，但每30分鐘后，我們開始50個(gè)新的發(fā)布者。我們能夠達(dá)到發(fā)布的最大數(shù)量是1000，這是由于可打開的文件的最大數(shù)量描述符允許操作系統(tǒng)是1024。在測(cè)試結(jié)束后，我們移除了異常值結(jié)果并且將結(jié)果分割為1800段，其大致等于GPS數(shù)據(jù)流的30分鐘。正如圖7和圖8顯示出了消息傳遞時(shí)間總是穩(wěn)定在5毫秒。我們沒有注意到任何意外的增加或減少。這表明，即使在允許券商發(fā)行的最大數(shù)量，系統(tǒng)支持GPS消息傳遞是沒有任何問(wèn)題的。我們還證實(shí)，試運(yùn)行期間消息順序?qū)⒂枰员Ａ簟?.2.3單個(gè)中間商可以支持用戶的最大數(shù)量在之前描述的第二次測(cè)試中，我們探討了數(shù)據(jù)提供方對(duì)系統(tǒng)的限制，并發(fā)現(xiàn)該消息代理可以支持多達(dá)1000個(gè)獨(dú)立的GPS站字段。在本部分描述的第三類測(cè)試中，我們從客戶端觀察系統(tǒng)，并試圖找到例如圖4描述的基本系統(tǒng)所能支持的客戶數(shù)量。確定這個(gè)限度是非常重要它可以提供給大量客戶不間斷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問(wèn)。在這些試驗(yàn)中，我們將僅具有一個(gè)GPS網(wǎng)發(fā)布的數(shù)據(jù)，并增加簡(jiǎn)單的過(guò)濾器的數(shù)量來(lái)模擬的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的客戶端。這些測(cè)試的結(jié)果將使我們能夠決定什么時(shí)候布置一個(gè)新的中間商