Помощь студентам в учебе
Модели, алгоритмы и программные средства обнаружения и обработки сложных событий в системах активных правил
|
Введение 5
1 Актуальные проблемы обнаружения и обработки сложных событий в
системах активных правил 8
1.1 Концепция обработки сложных событий в системах активных
правил 8
1.1.1 Элементарные и сложные события в системах управления активными
правилами 8
1.1.2 Отслеживание и обработка сложных событий в системах управления
активными правилами 10
1.1.3 Области применения средств обработки сложных событий 12
1.2 Сравнительный анализ современных технологий и программных средств обработки сложных событий 13
1.2.1 Обзор технологий и программных средств обработки сложных
событий 14
1.2.2 Анализ особенностей технологий и основных возможностей
программных средств обработки сложных событий 16
1.2.3 Проблемы и ограничения современных технологий и программных
средств обработки сложных событий 18
1.3 Представление сложных событий в системах управления активными
правилами 20
1.3.1 Классификация операций для построения шаблонов сложных
событий 20
1.3.2 Модельные представления сложных событий в системах управления
активными правилами 24
1.3.3 Языки описания сложных событий 26
Выводы 29
2 Модельные представления и алгоритмы обнаружения и обработки
сложных событий на основе раскрашенных сетей Петри 31
2.1 Обоснование выбора раскрашенных сетей Петри в качестве
модельного представления сложных событий 31
2.1.1 Поддержка операций над событиями для построения шаблонов
сложных событий 31
2.1.2 Обработка контекста событий для формирования результирующих
параметров сложных событий 33
2.1.3 Поддержка временных ограничений в процессе обработки сложных
событий 34
2.2 Модельные представления шаблонов сложных событий на основе раскрашенных сетей Петри 37
2.2.1 Структура и компоненты раскрашенных сетей Петри для
представления сложных событий 37
2.2.2 Принципы построения раскрашенных сетей Петри для представления
сложных событий 40
2.2.3 Моделирование сложных событий в раскрашенных сетях Петри 42
2.3 Алгоритмы обнаружения и обработки сложных событий на основе
раскрашенных сетей Петри 45
2.3.1 Стратегии обработки входного потока событий в процессе
обнаружения шаблонов сложных событий 45
2.3.2 Алгоритмы обнаружения сложных событий с учетом стратегий
обработки событий 46
Выводы 51
3 Программные средства обнаружения и обработки сложных событий в составе сервиса исполнения и конструирования активных правил 52
3.1 Сервис исполнения и конструирования активных правил 52
3.1.1 Основные возможности сервиса конструирования и исполнения активных правил 52
3.1.2 Обобщенная архитектура сервиса конструирования и исполнения
активных правил 53
3.1.3 Принципы обработки событий в сервисе конструирования и исполнения активных правил 56
3.2 Функциональные возможности и архитектура программных средств обнаружения и обработки сложных событий 58
3.2.1 Назначение программных средств обнаружения и обработки сложных
событий 58
3.2.2 Функциональные возможности программных средств обнаружения и
обработки сложных событий 59
3.2.3 Архитектура программных средств обнаружения и обработки
сложных событий 62
3.3 Общая схема функционирования программных средств обнаружения и
обработки сложных событий с компонентами сервиса 63
3.3.1 Фильтрация и предварительная обработка входного потока событий... 64
3.3.2 Многопоточная конвейерная обработка входных событий для
отслеживания сложных событий 66
3.3.3 Передача отслеживаемых сложных событий для дальнейшей обработки 67
3.4 Экспериментальная оценка эффективности программных средств исполнения активных правил 68
Выводы 71
Заключение 73
Список использованной литературы 75
Приложение А. Глоссарий 78
Приложение Б. Код программы 80
1 Актуальные проблемы обнаружения и обработки сложных событий в
системах активных правил 8
1.1 Концепция обработки сложных событий в системах активных
правил 8
1.1.1 Элементарные и сложные события в системах управления активными
правилами 8
1.1.2 Отслеживание и обработка сложных событий в системах управления
активными правилами 10
1.1.3 Области применения средств обработки сложных событий 12
1.2 Сравнительный анализ современных технологий и программных средств обработки сложных событий 13
1.2.1 Обзор технологий и программных средств обработки сложных
событий 14
1.2.2 Анализ особенностей технологий и основных возможностей
программных средств обработки сложных событий 16
1.2.3 Проблемы и ограничения современных технологий и программных
средств обработки сложных событий 18
1.3 Представление сложных событий в системах управления активными
правилами 20
1.3.1 Классификация операций для построения шаблонов сложных
событий 20
1.3.2 Модельные представления сложных событий в системах управления
активными правилами 24
1.3.3 Языки описания сложных событий 26
Выводы 29
2 Модельные представления и алгоритмы обнаружения и обработки
сложных событий на основе раскрашенных сетей Петри 31
2.1 Обоснование выбора раскрашенных сетей Петри в качестве
модельного представления сложных событий 31
2.1.1 Поддержка операций над событиями для построения шаблонов
сложных событий 31
2.1.2 Обработка контекста событий для формирования результирующих
параметров сложных событий 33
2.1.3 Поддержка временных ограничений в процессе обработки сложных
событий 34
2.2 Модельные представления шаблонов сложных событий на основе раскрашенных сетей Петри 37
2.2.1 Структура и компоненты раскрашенных сетей Петри для
представления сложных событий 37
2.2.2 Принципы построения раскрашенных сетей Петри для представления
сложных событий 40
2.2.3 Моделирование сложных событий в раскрашенных сетях Петри 42
2.3 Алгоритмы обнаружения и обработки сложных событий на основе
раскрашенных сетей Петри 45
2.3.1 Стратегии обработки входного потока событий в процессе
обнаружения шаблонов сложных событий 45
2.3.2 Алгоритмы обнаружения сложных событий с учетом стратегий
обработки событий 46
Выводы 51
3 Программные средства обнаружения и обработки сложных событий в составе сервиса исполнения и конструирования активных правил 52
3.1 Сервис исполнения и конструирования активных правил 52
3.1.1 Основные возможности сервиса конструирования и исполнения активных правил 52
3.1.2 Обобщенная архитектура сервиса конструирования и исполнения
активных правил 53
3.1.3 Принципы обработки событий в сервисе конструирования и исполнения активных правил 56
3.2 Функциональные возможности и архитектура программных средств обнаружения и обработки сложных событий 58
3.2.1 Назначение программных средств обнаружения и обработки сложных
событий 58
3.2.2 Функциональные возможности программных средств обнаружения и
обработки сложных событий 59
3.2.3 Архитектура программных средств обнаружения и обработки
сложных событий 62
3.3 Общая схема функционирования программных средств обнаружения и
обработки сложных событий с компонентами сервиса 63
3.3.1 Фильтрация и предварительная обработка входного потока событий... 64
3.3.2 Многопоточная конвейерная обработка входных событий для
отслеживания сложных событий 66
3.3.3 Передача отслеживаемых сложных событий для дальнейшей обработки 67
3.4 Экспериментальная оценка эффективности программных средств исполнения активных правил 68
Выводы 71
Заключение 73
Список использованной литературы 75
Приложение А. Глоссарий 78
Приложение Б. Код программы 80
Разработка систем управления активными базами данных и правилами предполагает решение проблемы обнаружения и обработки сложных (составных) событий, которые являются комбинацией элементарных (простых) и, возможно, других сложных событий [1].
Задача разработки моделей, алгоритмов и программных средств обнаружения сложных событий и их дальнейшей обработки в рамках систем управления активными правилами является актуальной. На это есть несколько причин:
- современные системы обработки сложных событий (CEP- системы) не имеют возможности поддержки активных правил, воздействующих на данные и приложения;
- отсутствует возможность обнаружения событий одновременно согласно нескольких стратегий обработки входного потока событий;
- отсутствует возможность задавать несколько вариантов завершения события;
- отсутствуют единые стандартные программные интерфейсы для интеграции систем обработки и обнаружения сложных событий с другими компонентами информационно-управляющих систем.
Объектом исследования являются программные средства обнаружения и обработки сложных событий в системах активных правил. Предметом исследования являются: модельные представления сложных событий, стратегии обработки входного потока событий, алгоритмы отслеживания и обработки сложных событий.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование и разработка моделей, алгоритмов и программных средств обнаружения сложных событий с их дальнейшей обработкой в системах активных правил.
Для достижения поставленной цели планируется решить ряд важных задач:
1) исследования принципов построения систем управления активными базами данных и активными правилами;
2) исследование и обоснованный выбор способов представления сложных событий в информационно-управляющих системах;
3) разработка структуры и принципов функционирования программных средств обнаружения и обработки сложных событий для эффективного взаимодействия с компонентами сервиса конструирования и исполнения активных правил;
4) разработка архитектуры и программная реализация системы обнаружения и обработки сложных событий в системах активных правил.
Научная новизна, оригинальность идеи в работе:
1) определены основные этапы отслеживания сложных событий;
2) предложена алгебра событий для представления сложных событий в системах обработки сложных событий;
3) разработано модельное представление сложных событий на основе сетей Петри;
4) предложен метод обнаружения сложных событий с учетом различных режимов обработки потока событий;
5) выделены аномалии обработки сложных событий и способы их устранения.
Методы проведенных исследований. В ходе исследования и разработки применялись методы информационного поиска, методы объектно - ориентированного анализа и проектирования систем и программного обеспечения.
Основные положения, выносимые на защиту:
1) модельные представления сложных событий в виде раскрашенных временных сетей Петри с учетом контекста составляющих событий;
2) алгоритмы обнаружения сложных событий в рамках модельного представления с учетом поддерживаемых стратегий обработки событий;
3) микросервисная архитектура и программная реализация средств обнаружения сложных событий в составе сервиса конструирования и исполнения активных правил.
Апробация результатов исследований. Основные положения и результаты исследований докладывались на следующих научно-технических конференциях:
- V ежегодная всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы (ВМНПК - 2018)», (г. Пенза, 14 марта 2018 г.);
- VI ежегодная всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы (ВМНПК - 2019)», (г. Пенза, 13 марта 2019 г.);
- II Всероссийская научная конференции с международным участием «Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения» (г. Тольятти, 22 апреля 2019);
- Международная научная конференция «Молодые исследователи - регионам» (г. Вологда, 2019 г.);
- XVI Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы», (г. Пенза, 2019 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 27 источников, и 2 приложения. Материал диссертации изложен на 85 листах, включает 26 рисунков, 7 таблиц и 7 страниц приложений.
Задача разработки моделей, алгоритмов и программных средств обнаружения сложных событий и их дальнейшей обработки в рамках систем управления активными правилами является актуальной. На это есть несколько причин:
- современные системы обработки сложных событий (CEP- системы) не имеют возможности поддержки активных правил, воздействующих на данные и приложения;
- отсутствует возможность обнаружения событий одновременно согласно нескольких стратегий обработки входного потока событий;
- отсутствует возможность задавать несколько вариантов завершения события;
- отсутствуют единые стандартные программные интерфейсы для интеграции систем обработки и обнаружения сложных событий с другими компонентами информационно-управляющих систем.
Объектом исследования являются программные средства обнаружения и обработки сложных событий в системах активных правил. Предметом исследования являются: модельные представления сложных событий, стратегии обработки входного потока событий, алгоритмы отслеживания и обработки сложных событий.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование и разработка моделей, алгоритмов и программных средств обнаружения сложных событий с их дальнейшей обработкой в системах активных правил.
Для достижения поставленной цели планируется решить ряд важных задач:
1) исследования принципов построения систем управления активными базами данных и активными правилами;
2) исследование и обоснованный выбор способов представления сложных событий в информационно-управляющих системах;
3) разработка структуры и принципов функционирования программных средств обнаружения и обработки сложных событий для эффективного взаимодействия с компонентами сервиса конструирования и исполнения активных правил;
4) разработка архитектуры и программная реализация системы обнаружения и обработки сложных событий в системах активных правил.
Научная новизна, оригинальность идеи в работе:
1) определены основные этапы отслеживания сложных событий;
2) предложена алгебра событий для представления сложных событий в системах обработки сложных событий;
3) разработано модельное представление сложных событий на основе сетей Петри;
4) предложен метод обнаружения сложных событий с учетом различных режимов обработки потока событий;
5) выделены аномалии обработки сложных событий и способы их устранения.
Методы проведенных исследований. В ходе исследования и разработки применялись методы информационного поиска, методы объектно - ориентированного анализа и проектирования систем и программного обеспечения.
Основные положения, выносимые на защиту:
1) модельные представления сложных событий в виде раскрашенных временных сетей Петри с учетом контекста составляющих событий;
2) алгоритмы обнаружения сложных событий в рамках модельного представления с учетом поддерживаемых стратегий обработки событий;
3) микросервисная архитектура и программная реализация средств обнаружения сложных событий в составе сервиса конструирования и исполнения активных правил.
Апробация результатов исследований. Основные положения и результаты исследований докладывались на следующих научно-технических конференциях:
- V ежегодная всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы (ВМНПК - 2018)», (г. Пенза, 14 марта 2018 г.);
- VI ежегодная всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы (ВМНПК - 2019)», (г. Пенза, 13 марта 2019 г.);
- II Всероссийская научная конференции с международным участием «Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения» (г. Тольятти, 22 апреля 2019);
- Международная научная конференция «Молодые исследователи - регионам» (г. Вологда, 2019 г.);
- XVI Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы», (г. Пенза, 2019 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 27 источников, и 2 приложения. Материал диссертации изложен на 85 листах, включает 26 рисунков, 7 таблиц и 7 страниц приложений.
Существующие решения проблемы обработки событий в информационных системах имеют ряд ограничений. В данной работе предлагается использование единого модельного представления сложных событий на основе алгебры событий и раскрашенных временных сетей Петри.
В ходе работы были решены следующие задачи:
- исследованы принципы построения систем управления активными базами данных и активными правилами;
- исследованы и приведен обоснованный выбор способов представления сложных событий в информационно -управляющих системах;
- разработаны структура и принципы функционирования программных средств обнаружения и обработки сложных событий для эффективного взаимодействия с компонентами сервиса конструирования и исполнения активных правил;
- разработаны архитектуры и программная реализация системы обнаружения и обработки сложных событий в системах активных правил.
В ходе работы были исследованы и проанализированы коллизии обработки элементов сложного событий процессе обнаружения обработки событий.
В ходе работы была проведена формализация сложных событий в системах активных правил на основе алгебры событий, позволяющая описывать шаблоны сложных событий без учета предметной области. Также отмечена необходимость разработки единой модели представления сложных событий, которая может применяться в процессе отслеживания сложных событий. В качестве такой модели предлагается использовать раскрашенные временные сети Петри. Сети Петри на основе единого формализма позволяют анализировать сложные события в момент отслеживания.
В данной диссертационной работе приведены результаты анализа существующих подходов к обработке событий и обосновано применение концепции технологии обработки сложных событий как более универсального решения, охватывающего ряд важных предметных областей.
Полученные результаты применимы в теоретических и практических работах по разработке систем отслеживания сложных событий. Предлагаемая алгебра событий может быть расширена и использована для разработки широкого класса программных систем обработки событий. Выбранные стратегии обработки входного потока могут быть усовершенствованы и использованы в системах обработки событий. Практическая значимость состоит в сокращении материальных и временных затрат на обнаружение и обработку сложных событий.
В ходе работы были решены следующие задачи:
- исследованы принципы построения систем управления активными базами данных и активными правилами;
- исследованы и приведен обоснованный выбор способов представления сложных событий в информационно -управляющих системах;
- разработаны структура и принципы функционирования программных средств обнаружения и обработки сложных событий для эффективного взаимодействия с компонентами сервиса конструирования и исполнения активных правил;
- разработаны архитектуры и программная реализация системы обнаружения и обработки сложных событий в системах активных правил.
В ходе работы были исследованы и проанализированы коллизии обработки элементов сложного событий процессе обнаружения обработки событий.
В ходе работы была проведена формализация сложных событий в системах активных правил на основе алгебры событий, позволяющая описывать шаблоны сложных событий без учета предметной области. Также отмечена необходимость разработки единой модели представления сложных событий, которая может применяться в процессе отслеживания сложных событий. В качестве такой модели предлагается использовать раскрашенные временные сети Петри. Сети Петри на основе единого формализма позволяют анализировать сложные события в момент отслеживания.
В данной диссертационной работе приведены результаты анализа существующих подходов к обработке событий и обосновано применение концепции технологии обработки сложных событий как более универсального решения, охватывающего ряд важных предметных областей.
Полученные результаты применимы в теоретических и практических работах по разработке систем отслеживания сложных событий. Предлагаемая алгебра событий может быть расширена и использована для разработки широкого класса программных систем обработки событий. Выбранные стратегии обработки входного потока могут быть усовершенствованы и использованы в системах обработки событий. Практическая значимость состоит в сокращении материальных и временных затрат на обнаружение и обработку сложных событий.