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面向物联网的实时复杂事件处理引擎

更新时间：2019-12-22 18:35:08 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

实时响应物理世界中发生的事件,是物联网的重要作用之一.实时检测具有复杂属性的真实事件,是进行实时响应的必要前提.设计并实现了一种实时复杂事件处理引擎,通过高速或实时匹配原子事件与复杂事件模式,判断复杂事件发生.通过启发式复杂事件处理算法,显著提高了处理速度;通过较为精确地估算复杂事件处理程序的最坏情况响应时间,确保在一定截止期内完成事件检测任务,支持时间关键的应用.实验表明,该引擎可以满足物联网实时高速复杂事件检测需求.

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小型微型算机系

2015年9月第9期

Journal of Chinese

V01．36 No．9 2015

Computer Systems

面向物网的

复事件理引擎

李

想1，高菊1，

2，王宏安2

1(中国

大学信息与气工程学院，北京100094)

2(中国科学院件研究所，北京100190)

E· mail：cqlixiang@CaR．edu．cn

摘要：

响

物理世界中生的事件，是物网的重要作用之一．

了一种事件理引擎，通高速或

精确地估算复事件理程序的最坏情况响

表明，引擎可以足物高速复事件

具有复属性的真事件，是

匹配原子事件与复事件模式，判断复事件生．通

，确保在一定截

需求，

行

响

的

必要前提．

并

复

启

式复事件理算法，著提高了理速度；通

止期内完成事件，支持用．

：物网；复事件理；

号：TF391 文献

任

关

的

网

关

中

；最坏情况响

：A

分

文章号：1000— 1220(2015)09-2047-07

Real-time

Event

in Internet of

Processing Engine Things

Complex

U _Xian91，GAO

Hong．jul，QIAO Yin92。WANG Hong· all2

ofInformation and Elecu'ical

lCollege

Engineering．China Agricultural University．Beijing 100094．China)

2(Insdtute

Software。Chinese Academy ^ofSciences．Beijing

of real events occurred in

100190，China)

OCCUr-

detect

world

function of Internet of

things．Detecting

Abstract：Real-time response

physical

is柚important

real

and

novel

event

rences of

events is

engine

pro— cessing

key precondition．This paper designed

atomic events with

implemented

complex

occurrences

real events

event

in real— time or in

the

engine。a

heuris-

the

patterns

time can

high speed．In

by matching

the

complex

tic

speed．Worst-case

precisely estimated。which guarantees

algorithm significantly improves

processing

response

satisfies demands of real— time and

that the

events

speed

inferring

results indicates

satisfy deadlines．Experimental

engine

high

engine

Intemet of

things．

time

execution

processing；real-time；worst-case

event

Key ^{words：interact}

things；complex

断复事件是否生，出其何

事件理(Complex

生、事件内容等情况的技

Event

1引

言

称

复

Processing，CEP)．

物

网的一个重要作用是物理世界中生的事件

响

⋯ ，如火灾自

火、高速列

危

警等．

事件响

了响

程如 1(a)所示，事件通

施．然而，物网高速

响

决策系直接

的

到海量数据，事件相稀疏，

担．例如据[2]，一个

种方式极大增加了响决策系

信网中需要响事件的数量

(a)

(a)Classical

事件响

程

ofevent

到的点原子事件的数

response；

process

量低2个数量

一种更合理的做法是，将事件

在响决策前，知物理世界事件生情况，由物理世界事

决策与行，程如 l(b)所示．

事件是物理世界的某些状化p1．它往往是复

的，由数个或数十个状量或化量反映，也称事件．

而物网中每个感器的是点状化量，也称

子事件．需要一种件系，能在大量点原子事件集成

的原子事件流中，高速准确出物理世界事件．

将原子事件的生情况与复事件模式相匹配，判

．

和响决策行分开．

件

响

(b)物网事件

event

响

程

in IoT

复

Co)Process

response

原

l事件响

程

event

Process of

nesponse

Fig．1

通

物

网高速数据采集速度及海量数据量事件

的速

目

基金目：基于物网的多

多

次

作物

地境数据融合算法研究

收稿日期：2014-07．18 收修改稿日期：2014-08-26

(C130104) 助．作者介：李想，男，1983年生，博士，

，研究方向

物

网、

复

事件

等；高菊。女，1972年生，博士，副教授，

智能等；王宏安．男，1963年生，博士，研究

研究方向

无

通信网、无

感器网

；

，女，1973年生，博士，副研究，研究方向

。研究方向

数据、人机交互等．

万方数据

2015年

小型微型算机系

度提出了挑

事件理的响

如，国家定，火灾数据

有的商 CEP引擎，如Esper旧J、Drools"1等，以及研究

成果。如[8][9]等，均将“ ”等价于“高速”．并没有考

到截止期的足．

(

)．物网中常

的

关

用，

CEP引擎

复

提出了截止期要求(硬

H1)，例

准

理

不得超 10s¨1．

3．1复事件模式

3．1．1复事件模型

一个复事件模式形式化如下

表达式：

(1)

CE=八PEl，，P己，⋯ ，CEl，CE2，CE3，⋯ )

CE表示复事件模式，PE表示原子事件’，是

物

网上述两

CEP引擎．首先，引擎具高速事件

要求；其次，弓l擎能

足物用硬

复

事件

需求，本文

算符．

并

了一种

理

通

多

嵌套。可以构成复事件模式．

能力，足物

网

用

事件

根据，本引擎支持的算符有13种．And、Or、Not、

践

理

上限，确保系

网

要求．据我

需求上

Seq、Rel、Bet、Dur、Tcs、心r、Any、Cou、Sire、Tim．

有限研。本文是数不多的在足两种

的研究工作．

行

一个复事件算符的

可形式化有限状

自

机Ⅲ】．自机包含一个初始状、一个可接受状和若干中

．当一个成事件生，自机状按照迁移

行一次迁移．到达可接受状表示复事件生．

[15][18]等文献提出的事件模型，本事件模型具有

余下章安排如下：第2

述了有相关工作；第3

状

例

了一种新的

CEP引擎；第4 通了本

CEP引擎的功能和性能；第5

行了

．

相

更丰富的表意能力：首先，本模型算符大多是多元算符，而其

他文献提出大多是二元算符．部分多元算符不能通二元算

2相关工作

符

展得到．例如，Seq(A，B，c)≠Seq(Seq(A，B)，C)，后者

CEP有二十余年的

展

史，早期的CEP技是数据

响数据更新、除等事件，构

可以匹配事件例序列a。，b。，a：，c。而前者不能．其次，增加

了Sim和Tim算符．

管理系的一部分，用于主

成主数据，如HiPac【I叫等．

3．1．2复事件模式描述

言

近二十年的展，股票交易、供

控、网管理

等

用的自化程度提高，CEP引擎从数据管理系中独

[甄困

Aleri

Com．

ESP¨1|、Oracle

立出来，商智能件有Sybase

Event

I固l

plex

processing¨副件等；独立商

Drools

品有EsperTech

lE l

Esper旧1、JBoss

SASE+[131等．

Fusion¨1等；

室

的

品有

(a) 形化

(b)

在复事件模式表示方面，Esper等系将CEP

程

(b)XML-base

(a)graphical

作数据

境，mM

程，采用了 SQL 法H“．

智能家居

2复事件描述

言

Amit系引入了情景的概念¨5|．

RFID 用事

for

events

Fig．2 Specification

languages

complex

件重复性的特点，SASE+系等支持特殊的操作符，如克

林

包等。

提供两种言描述复事件模式。形化言如 2(a)

所示，方表示原子事件；方框表示复事件；包含关系表示

在性能方面，大量研究工作，如[8，16]等，在系架构、

算法、存

主流的CEP引擎行了

事件模式不尽相同，至今没有基准

准．因此，在性能上，没有威的

构等方面改善了CEP的理性能．[17，18]等

．然而，由于各CEP引擎支持的

包(benckmark)形成行

准与

复

如

事件与成事件的从属关系．基于XML的中

言

2(b)所示，元素(element)表示事件型；属性表示事件

属性；元素与子元素的包含关系表示事件的从属关系．

3．2启式CEP算法

果

供参考．

3．2．1基本思路

在CEP引擎

性方面，据我有限了解，几乎所有的

于CEP引擎，提高

速度，意味着短从事件

生

研究工作及CEP引擎，均将“

束方面的工作数很少．在

”等价于“快速”．在

到被

到的延．可从两个方面着手：提高所有任整体

CEP研究域，[19，20]等文

CEP框架等方面行了研

理速度，以及

先

理能

多，不再述．本文从第二个方面考

事件例的作任．由于物网中原子

事件高速且持不断生，而需要响的事件相稀疏．

部分原子事件例并不引果，按照能否

定任践意

哪些原子事件能匹配复

事件模式．因此，展启式CEP算法，使得更有希望匹配成

生

果的任

．有研究中，第

献从复事件

究．其中[19]

究成果．

描述言、

一个方面考

．

响

束

有所提及，但缺乏

研

将

各

理

大

上所述，

CEP技的研究有待加

．

生

果

在物网的前身，RFID 用中，CEP引擎被广泛使用，如

[21-23]．物网， RFID，数据具有分布式、异构、多性、海

量、高速等特点， CEP研究来了新的机遇，也来了新的

先

，

短

理

有

．

匹配理完成前，不能

挑

．[24]将CEP技

列

促

物

网

展的关

境的CEP算法．但至今尚无

的CEP引擎．

技

，

功的复事件模式先匹配，短复事件

3．2．2 有基于有向的CEP算法

理

．

[25]

物

了

物网

网特点

在三 CEP中

构中，由于自机与Petri网的运行

万方数据

2049

9期

李想等：面向物网的

先．本文基于有向

复

事件理引擎

将P存人hb}}

机制

固定，

构．

以

整任

While

hb不空{

Ⅲ1的中

p一晒中有最小 v)的

点

引擎初始化，将复事件模式中所有复事件模式

在内存中映射有向：原子事件、中模式、复事件模式

以一v

沁+-如果v 理ce后模式匹配生新例或null

从v的列中移除ce

存列中最前事件例

分

向

映射

叶

点、中

点、根点．相同点合并。形成有

存

．如 3所示．

重新算v的Ⅳ(v)及其所有子点Ⅳ(v)

Ⅱins<>null{

v是出口点{

将f船

人

出

列

尾

Else

For

v的每一个父点P{

将泌人P的

将P存入hbt}}}

存

列末端

^Ifv的

例存列空{

，“，“，“。“，“．“，“，“

将v从拍中除}}

End function

3复事件模式Seq(Seq(Con(E。，臣)，

毛)，Con( ，厶))映射有向，及复事件

3．3截止期的

足

理

程

3．3．1 有最坏响

估算CEP引擎理任

能否足物

出估算CEP在最坏情况下

估算方法

directed

reflected from

Fig．3

graph

Seq(Seq(Con(EI，

行

的上限，是判断引擎

the

of CEP

易)，E3)，Con(易，日))，and

process

网

用的截止期要求(硬

)的关条件．本

(即上限)的算法．

行

复

事件理等价于逆向深度先搜索程．当原子事

，原子并送向父点．中点或根

的事件中

式或最的复事件模式是否匹配．如果匹配，中点向父

送一个例，根出复事件例．如不匹配

根据境判断是否存例．

3．2．3快速启式CEP算法

式函数考了两个因素．其一，于每个点，部分

或全部子事件都生才能匹配相模式，越多子事件已

生，模式越“容易” 生新例．其二，点到出口

路径越短，距离最的复事件模式的复合次越少，因此，

定

1．CEP程序P第f次行，M个原子事件例

件

生

点

甄

入，理开始

和

束

分

‘和￡．本次响

点从子点接收到事件例，

本

点

模

群=矗一‘．考所有可能生的原子事件例序列，最坏

即wj=max，(群)．

响

量

件

点

估算一个程序最坏响

运行行估算，以保估算不小于真

J，不能用作估算上限．静分析方法是通程序和硬

境建模行估算∞】，一般程序硬件模型及机器

分析方法可适用，在于源代分析方法精度低．

源代首先需要映射控制流：源代中无分支循

句映射 ”；

制流关系映射接”．基于控制流分析的方法分：1)

构法‘圳；2)路径法‘⋯ ；3)整数划法‘321．些方法

CEP程序，估算高出2— 3个数量，不

用价．因有估算方法都是内容无关的，不考被估

，

量方法通多次

例或

弃

启

有

明

点

的相

“

句

行

；

句控

最

复

事件模式更“易于”匹配．启式函数：

“

(2)

日(V)=min砒㈩(∑wr(vj))

性

、'‘。

在

具

比

(v1)=七一一(M(v)／Ⅳ(v)一1)}(七一一k。妯)

(3)

算程序的算法、数据构等，需要大量手工注．但

程序，手工以做到精确，如可

．本将改整数划估算方法，使用束

复的

H(v)是点v的启式函数，L(v)是从点v到所有出

注

范

循

量取

行

点的路径的集合，vf S表示点vf在点v到某出1：3

口

范

性

点的一条路径s上．wr(v)称

点v的等待函数，其取

注，取代

注取

范

，提高估算精度．

估算方法

范是[七曲，七一]，其取由N(1，)和M(1，)决定．N(V)表示

至少必多少子事件生才能匹配点v 的模式．膨

3．3．2

CEP最坏响

定

2．在CEP程序有向中，v。：第i个点；px。：vi的

点子程序的行次数；置：v，生的新例数量；K：原子事件

点集合；％：复事件点集合；vi：1，。所有成点集合．

(v)表示已生了多少子事件．

式CEP算法如下：

启

Imports：ext={el，e2，e3⋯ }表示原子事件流．

通

分析CEP程序的算法与数据构，可得：

Exports：oq是匹配完成的复事件流

Function

H哪一．醯 e曩rch(Instance[]

ext中每一个原子事件例e{

)

1) 束：∑vfE即px。≤ Ⅳ；

2)原子事件束：而=pxf，v。∈坼；

入

For

空／／是需要

行

理

点列表

3)复事件

4)复事件

入束：px。=∑。nxj,V，∈K；

v．-叶

For

的

点

出

束"-X，≤ px，，v。E K．

v的每一个父点P{

将e 人P的列末端

上述束条件仍不

格．使复事件点v 生k

存

万方数据

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