Complex Event Processing (CEP) ist ein weit verbreitetes Paradigma, das Anwendungen unterstützt, Ereignisse zu erkennen und auf diese zu reagieren. Zahlreiche Unternehmen, unter anderem Twitter und Google, nutzen CEP in vielfältigen Anwendungsfeldern, um Echtzeit-Analysen in Form der Ereignisverarbeitung über Ereignisströme durchzuführen. Viele dieser Anwendungen erfordern die dynamische Anpassung an sich ändernde Rahmenbedingungen und Qualitätsanforderungen. Ein zentraler Baustein bei der Adaption von CEP ist der Operator, welcher Logik und entsprechenden Zustand der Datenanalyse umfasst. Trotz signifikanter Forschungsanstrengungen zu Konzepten und Mechanismen hinsichtlich Spezifikation, Platzierung und Ausführung von Operatoren, besteht eine erhebliche Forschungslücke bei der Unterstützung von Adaptivität, Effizienz und Interoperabilität von CEP. Entsprechend identifiziert und trägt diese Arbeit mit geeigneten Methoden sowie deren Analyse dazu bei, drei fundamentalen Problemen in der dynamischen Anpassung von CEP entgegenzuwirken: (i) die fehlende Adaptivität von CEP-Mechanismen, die das Erfüllen von sich dynamisch ändernden Qualitätsanforderungen solcher Anwendungen erschwert, (ii) fehlende netzwerkzentrische Abstraktionen, die eine effiziente Datenanalyse in Form der Ereignisverarbeitung behindern und (iii) fehlende Programmierabstraktionen, die die Wiederverwendung von CEP-Mechanismen über mehrere Programmiermodelle hinweg einschränken.

Entsprechend der ersten Forschungslücke trägt diese Dissertation zu einem neuen Programmiermodell namens TCEP bei, dass Transitionen zwischen Mechanismen der Operatorplatzierung unterstützt. Die als Teil des TCEP Programmiermodells konzipierten Verfahren leisten einen Beitrag zu Konzepten zur Durchführung von Transitionen, insbesondere hinsichtlich der Forschungsfragen ‘wann’ und ‘wie’ Transitionen nahtlos durchgeführt werden sollen. Die konzipierten Transitionen stellen sicher, die Kosten für Operator-Migrationen in Folge von Anpassungen zu minimieren. Ein auf Lernverfahren basierter Auswahlalgorithmus garantiert die Verwendung geeigneter Operator-Platzierungsmechanismen entsprechend gegebener Qualitätsanforderungen. Durch die Integration und Evaluierung von sechs Operator-Platzierungsmechanismen wird gezeigt, dass das Programmiermodell von TCEP die Verwendung unterschiedlicher Mechanismen zur Anpassung unterstützt und ein besseres Verständnis der Kosten- und Leistungsmerkmale ermöglicht. Als Teil einer umfangreichen Evaluierungsstudie mit realistischer Arbeitslast und Implementierung zeigt, dass TCEP schnell und kostengünstig Anwendungen an dynamische Qualitätsanforderungen anpassen kann.

Weiterhin wird in dieser Dissertation mit INETCEP ein neues einheitliches Kommunikationsmodell vorgestellt, dass beiträgt die zweite identifizierte Forschungslücke zu schließen. Die als Teil von INETCEP entwickelten Konzepte ermöglichen durch Nutzung und Erweiterung von Konzepten der Informations-zentrischen Netze (ICN) die Ausführung von Operatoren auf Ressourcen eines Rechnernetzes. Das auf die Anforderungen von CEP und ICN abgestimmte vereinheitlichte Kommunikationsmodell ermöglicht Effizienzgewinne in der Verarbeitung von kontinuierlichen Ereignisströmen. Durch eine eigens für ICN konzipierte ausdrucksstarke Meta-Sprache, können Operatoren einfach auf ICN Ressourcen von ICN abgebildet und platziert werden. Eine detaillierte Evaluierung von INETCEP zeigt, dass die Weiterleitung von Ereignissen über ICN mit geringer Verzögerung im Bereich von wenigen Mikrosekunden erreicht werden kann. In ähnlicher Weise werden CEP Anfragen, selbst bei einer sehr hohen Eingangslast, über die in INETCEP bereitgestellten netzzentrischen Abstraktionen in wenigen Millisekunden aufgelöst, ohne dass es zu Verlusten von Ereignissen kommt.

Schließlich werden als Teil der konzipierten CEPLESS Middleware Konzepte zur vereinheitlichten Nutzung verschiedener CEP Programmiermodelle und deren integrierte Nutzung in heterogenen Ressourcenumgebungen vorgeschlagen. Diese basieren auf Prinzipien des sogenannte Serverless Computing. Die Konzepte und Abstraktionen in CEPLESS ermöglichen eine Programmierung und Spezifikation von CEP Abfragen unabhängig von der Ressourcenumgebung, in der sie ausgeführt werden. Dies verbirgt die Komplexität der Vielfalt und Heterogenität bestehender CEP Programmiermodelle vor den Anwendungsentwicklern. Die Konzeption neuer Mechanismen, die den Austausch von Ereignissen über sogenannte In-Memory Queues erreichen, können Ereignisse effizient über verschiedenen Ressourcenumgebungen verarbeiten. Die Erweiterbarkeit und Unabhängigkeit der Spezifikationskonzepte werden durch die Integration von fünf verschiedenen Programmiersprachen in CEPLESS aufgezeigt. Die als Teil der Dissertation durchgeführten Studien unter realen Bedingungen belegen, dass durch die Konzepte der vereinheitlichten Ereignisverarbeitung über CEPLESS keine Leistungsnachteile gegen- über nativen CEP Systemen entstehen.

Insgesamt leistet diese Dissertation Beiträge (i) zu einem Programmiermodell und Methoden zur Durchführung von Transitionen, die hochdynamisch die Platzierung von CEP-Operatoren unterstützen, (ii) zu einem neuen einheitlichen Kommunikationsmodell und entsprechenden Konzepten, die eine Ausführung von Operatoren als Teil Informationszentrischer Netze beschleunigen und (iii) zu Verfahren und Programmierabstraktionen, die basierend auf dem Paradigma des Serverless Computing die effiziente Ausführung, Wiederverwendung und Zusammenführung verschiedenster CEP Systeme über heterogene Ressourcenumgebungen erreichen.