Methods and Tools for Management of Distributed Event Processing Applications

Die Erfassung und Verarbeitung von Ereignissen aus cyber-physischen Systemen bietet Anwendern die Möglichkeit, kontinuierlich über Leistungsdaten und aufkommende Probleme unterrichtet zu werden (Situational Awareness) oder Wartungsprozesse zustandsabhängig zu optimieren (Condition-based Maintenance). Derartige Szenarien verlangen aufgrund der Vielzahl und Frequenz der Daten sowie der Anforderung einer echtzeitnahen Auswertung den Einsatz geeigneter Technologien. Unter dem Namen Event Processing haben sich dabei Technologien etabliert, die in der Lage sind, Datenströme in Echtzeit zu verarbeiten und komplexe Ereignismuster auf Basis räumlicher, zeitlicher oder kausaler Zusammenhänge zu erkennen.
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Gleichzeitig sind heute in diesem Bereich verfügbare Systeme jedoch noch durch eine hohe technische Komplexität der zugrunde liegenden deklarativen Sprachen gekennzeichnet, die bei der Entwicklung echtzeitfähiger Anwendungen zu langsamen Entwicklungszyklen aufgrund notwendiger technischer Expertise führt. Gerade diese Anwendungen weisen allerdings häufig eine hohe Dynamik in Bezug auf Veränderungen von Anforderungen der zu erkennenden Situationen, aber auch der zugrunde liegenden Sensordaten hinsichtlich ihrer Syntax und Semantik auf.

Der primäre Beitrag dieser Arbeit ermöglicht Fachanwendern durch die Abstraktion von technischen Details, selbständig verteilte echtzeitfähige Anwendungen in Form von sogenannten Echtzeit-Verarbeitungspipelines zu erstellen, zu bearbeiten und auszuführen. Die Beiträge der Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Eine Methodik zur Entwicklung echtzeitfähiger Anwendungen unter Berücksichtigung von Erweiterbarkeit sowie der Zugänglichkeit für Fachanwender.
2. Modelle zur semantischen Beschreibung der Charakteristika von Ereignisproduzenten, Ereignisverarbeitungseinheiten und Ereigniskonsumenten.
3. Ein System zur Ausführung von Verarbeitungspipelines bestehend aus geographisch verteilten Ereignisverarbeitungseinheiten.
4. Ein Software-Artefakt zur graphischen Modellierung von Verarbeitungspipelines sowie deren automatisierter Ausführung.

Die Beiträge werden in verschiedenen Szenarien aus den Bereichen Produktion und Logistik vorgestellt, angewendet und evaluiert.

Gathering and processing events from cyber-physical systems provides users with the opportunity to continuously be aware of current performance indicators and potentially upcoming issues (situational awareness) as well as to optimize maintenance processes based on the current condition of machines or other equipment (condition-based
maintenance). Due to the large volume and variety of data and, in addition, the demand for real-time analysis, these scenarios require appropriate technologies. In this context, Event Processing has become an established technology to process event streams in real-time while providing capabilities to detect event patterns based on spatial, temporal or causal relationships. ... mehr

In contrast, today’s available systems still suffer from high technical complexity in terms of their underlying declarative languages. On the one hand, such systems require deep technical knowledge of event processing systems, making the development of real-time applications a time-consuming task due to slow development cycles. On the other hand, event processing applications are often highly dynamic in regard to oftentimes changing requirements of observed situations as well as frequent syntactic and semantic changes of incoming sensor data.

The main contribution of this thesis enables application specialists to define, modify and execute event processing applications in a self-service manner by abstracting from underlying technical details in form of so-called real-time processing pipelines. The contributions of this thesis are summarized as follows:
1. A methodology supporting the development of real-time applications under special consideration of extensibility and accessibility for application specialists.
2. Models to semantically describe characteristics of event producers, event processing agents and event consumers.
3. Asystem to execute processing pipelines consisting of geographically distributed event processing components.
4. A software artifact that supports graphical modeling of processing pipelines and automatic pipeline execution.

These contributions are introduced, applied and evaluated based on multiple scenarios from two application domains, manufacturing and logistics.