Effiziente Software-Architekturen für verteilte Ereignisverarbeitungssysteme

Projektleitung:Philippsen, M.
Zeitraum:15. November 2010 - 31. Dezember 2015
Mitarbeiter:Mutschler, C.
Beschreibung:

Funkortungssysteme, auch bekannt als Real-Time Location Systems (RTLS), geraten immer mehr in den Fokus der Logistik, Produktion und vieler weiterer Prozesse. Diese Systeme liefern wertvolle Informationen über den Aufenthaltsort von beteiligten Objekten zur Laufzeit. Damit können Prozesse verfolgt, analysiert und optimiert werden. Neben den Forschungsbereichen an der Basis von Ortungssystemen, wie robuste und störsichere Ortungstechnologien oder Verfahren zur hochgenauen Positionsbestimmung, rücken mehr und mehr Methoden in den Vordergrund, die aus Positionsdatenströmen wertvolle Informationen für weitere Verarbeitungsstufen gewinnen. In diesem Kontext erforscht das Projekt Verfahren zur Ereignisdetektion in Positionsdatenströmen zur Laufzeit.
2011 wurde damit begonnen, auftretende Ereignisse in Lokalisierungssystemen zu erkennen und vorherzusagen. Hierfür werden Ereignisströme zur Laufzeit analysiert und ausgewertet. Somit konnten Modelle erlernt werden, um Ereignisse aus Ereignisströmen zu prädizieren.
2012 wurden für die Laufzeitanalyse von Positionsdatenströmen mehrerer Methoden entwickelt, um Ereignisse mit möglichst geringer Latenz detektieren zu können. Hierbei können einzelne Teilereignisse durch sog. Ereignisdetektoren dazu verwendet werden, höhere Zusammenhänge in den Daten hierarchisch zusammenzusetzen. Hierdurch wird die Komplexität der einzelnen Detektionskomponenten drastisch reduziert. Diese werden somit wartbarer und durch die Ausnutzung paralleler und verteilter Rechnerstrukturen wesentlich effizienter. Es ist nun möglich, Ereignisse in den Positionsdatenströmen innerhalb von nur einigen hundert Millisekunden zu erkennen.
2013 wurde die Verzögerung v.a. verteilter Ereignisverarbeitungssysteme weiter minimiert und ein spezielles Migrationsverfahren entwickelt, das die Verteilung von Softwarekomponenten im laufenden Betrieb so modifizt, dass möglichst wenig zeitliche Verluste durch Netzwerkkommunikation auftreten. Des Weiteren wurde ein spekulatives Verfahren puffernder Ereignisverarbeitungssysteme zur Optimierung erarbeitet. Überschüssige Systemressourcen werden effizient verwendet, um die Latenz in Ereignisverarbeitungssystemen auf ein Minimum zu reduzieren. Es wurde außerdem ein repräsentativer Datensatz (mit Sensor- und Positionsdatenströmen sowie manuell eingefügten Ereignissen) sowie eine praxisrelevante Aufgabenstellung veröffentlicht.
2014 wurden grundlegende Verfahren zur Bewältigung von Unsicherheiten (bezüglich der Definition von Ereignisdetektoren) und Unschärfe (im Sinne von Ungenauigkeiten innerhalb von Ereignissen an sich) untersucht. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde ein vielversprechender Ansatz verfolgt, der ohne den üblichen Determinismus ereignisverarbeitender Systeme auskommt und stattdessen parallele Berechnungspfade verfolgt und dabei durch die parallel Betrachtung mehrerer möglicher Zustände eine robustere und genauerere Ereignisverarbeitung erreicht. Dabei kann ein Anwendungsentwickler Wahrscheinlichkeiten oder Funktionen hinterlegen, welche die Ereignisdetektoren bzw. die generierten Ereignisse parametrisieren.
Dieses Verfahren wurde 2015 weiter verbessert, optimiert und veröffentlicht. Des Weiteren wurden erste Ansätze zum Erlernen optimaler Parameterkonfigurationen für Ereignisdetektoren untersucht. Damit wird eine manuelle Einstellung und Optimierung von Threshold-Parametern innerhalb der Detektoren unnötig.
Das Projekt stellt einen Beitrag des Lehrstuhls Informatik 2 zum IZ ESI (http://www.esi-anwendungszentrum.de) dar.

ESI Anwendungszentrum
watermark seal