陽(yáng)建坤 祖向榮

1.華北電力大學(xué)，控制與計(jì)算機(jī)工程系

針對(duì)傳統(tǒng)的基于內(nèi)容的訂閱發(fā)布（Publisher/Subcriber，Pub/Sub）中間件只能對(duì)簡(jiǎn)單的事件進(jìn)行檢測(cè)的現(xiàn)狀，引入復(fù)雜事件處理（Complex Event Processing，CEP）技術(shù)，提出一種基于CEP 發(fā)布訂閱中間件，并對(duì)開(kāi)源CEP 引擎Esper 進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)基于CEP 的事件發(fā)布訂閱機(jī)制，最后對(duì)電力系統(tǒng)中多源事件流進(jìn)行仿真監(jiān)控，驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 引言

隨著信息通信技術(shù)的快速發(fā)展，軟件系統(tǒng)的主要使用方式、運(yùn)行方式、生產(chǎn)方式和形態(tài)都在發(fā)生著巨大的變革，各類軟件系統(tǒng)逐漸形成一種開(kāi)放協(xié)同的應(yīng)用環(huán)境，而軟件的應(yīng)用形態(tài)也開(kāi)始從面向熟識(shí)用戶群體、相對(duì)靜態(tài)和相對(duì)封閉的緊耦合形式向公共可訪問(wèn)、開(kāi)放式以及動(dòng)態(tài)協(xié)作的松耦合模式轉(zhuǎn)變，這就要求軟件系統(tǒng)能夠支持對(duì)分布式異構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)松耦合地協(xié)同通信，與此同時(shí)還要保持較高效的時(shí)間性能。

Pub/Sub 技術(shù)在控制流、時(shí)間和空間三個(gè)方面都具備完全的解耦能力，且具有較高的時(shí)間性能，能夠很好地迎合這樣的需求。本文在對(duì)當(dāng)前幾種主流的Pub/Sub 系統(tǒng)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)其只能對(duì)簡(jiǎn)單事件進(jìn)行的檢測(cè)的現(xiàn)狀，提出一種基于CEP 的Pub/Sub 中間件，增強(qiáng)Pub/Sub 系統(tǒng)的表達(dá)能力，支持對(duì)“復(fù)雜事件”或“事件模式”的訂閱，從而改善系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和性能。最后，對(duì)開(kāi)源CEP 引擎ESPER 進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了該中間件，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。

2 發(fā)布/訂閱系統(tǒng)概述

從訂閱模型的角度來(lái)看，當(dāng)前Pub/Sub 技術(shù)主要分為四大類：基于通道的“發(fā)布/訂閱”、基于主題的“發(fā)布/訂閱”、基于內(nèi)容的“發(fā)布/訂閱”、基于類型的“發(fā)布/訂閱。其中，容易實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的當(dāng)屬基于通道和基于主題的 Pub/Sub 系統(tǒng)。它們相對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程較為簡(jiǎn)單，因此，在很多廠商的消息中間件產(chǎn)品中都集成了這兩類系統(tǒng)。然而基于通道和基于主題的 Pub/Sub 則只具備了非常有限的過(guò)濾機(jī)制，使得很多應(yīng)用中用戶的個(gè)性化訂閱需求無(wú)法得到滿足，例如當(dāng)前被廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)站內(nèi)容更新、新聞?lì)l道和 blog 信息訂閱等的 RSS（Really Simple Syndication，RSS）技術(shù)，從原理上探究，即是一種基于主題（也可以說(shuō)是基于通道）的Pub/Sub，這是由于用戶可能比較關(guān)心著大量的網(wǎng)站、新聞?lì)l道和blog 中的小部分內(nèi)容，卻不是全部，因此，用戶只能地對(duì)多個(gè) RSS 鏈接進(jìn)行訂閱，才可以獲取他所關(guān)心的內(nèi)容。但是，假如能夠整合所有這些 RSS 的資源，從而建立基于內(nèi)容的訂閱機(jī)制，這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，將會(huì)產(chǎn)生很大的方便，而基于內(nèi)容的 Pub/Sub 即是能夠迎合這種需求的最佳選擇。但是，相較而言，基于內(nèi)容的 Pub/Sub 系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)和部署上則要顯得復(fù)雜的多，它要成為一個(gè)能夠完整精確地支持大規(guī)模分布式應(yīng)用系統(tǒng)且具有實(shí)用性的平臺(tái)，仍然面臨著許多關(guān)鍵性問(wèn)題的挑戰(zhàn)。例如傳統(tǒng)的基于內(nèi)容的 Pub/Sub 系統(tǒng)只能支持對(duì)單個(gè)簡(jiǎn)單事件進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中出現(xiàn)的復(fù)雜事件（多個(gè)具有時(shí)空、因果關(guān)系的簡(jiǎn)單事件集合）卻無(wú)法支持。

3 基于CEP 發(fā)布訂閱中間件設(shè)計(jì)

圖1 基于CEP 發(fā)布訂閱系統(tǒng)概念模型

圖2 仿真部署圖

圖3 用電組用電情況動(dòng)態(tài)監(jiān)控圖

在Pub/Sub 系統(tǒng)中，分布式系統(tǒng)中的各類參與者能夠以發(fā)布/訂閱的方式進(jìn)行交互協(xié)同。通常情況下，信息源的生產(chǎn)者被稱為發(fā)布者，輸出信息的消費(fèi)者則被稱之為訂閱者，而訂閱者和發(fā)布者都被稱為客戶端。另外，在系統(tǒng)中，信息的發(fā)布者和訂閱者之間所交互的信息則被稱之為事件，發(fā)布者將事件發(fā)布給CEP 發(fā)布/訂閱中間件；訂閱者則向CEP 發(fā)布/訂閱中間件發(fā)送一個(gè)訂閱條件，描述對(duì)系統(tǒng)中感興趣事件的特征，當(dāng)然，假如訂閱者不再對(duì)系統(tǒng)中任何事件感興趣，也可以及時(shí)取消訂閱；而CEP發(fā)布/訂閱中間件的主要作用是確保發(fā)布者發(fā)布的事件能夠可靠、及時(shí)地傳送給所有對(duì)之感興趣的訂閱者。

本文為實(shí)現(xiàn)可對(duì)復(fù)雜事件進(jìn)行匹配處理的Pub/Sub系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的Pub/Sub 系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)展，將CEP 引擎接入訂閱條件匹配模塊，將不同訂閱者的訂閱條件定制為CEP引擎中EPL（Event Processing Language，EPL）語(yǔ)句，繼而利用CEP 技術(shù)對(duì)發(fā)布者發(fā)布的事件流進(jìn)行復(fù)雜事件處理，最終實(shí)現(xiàn)支持高效處理復(fù)雜事件的發(fā)布訂閱中間件。如圖1 所示，路由選擇模塊負(fù)責(zé)選擇適當(dāng)?shù)穆窂剑瑢⒁粋€(gè)事件從發(fā)布者傳送到訂閱者，而訂閱條件匹配模塊則負(fù)責(zé)高效地找到與給定的事件相匹配的所有訂閱條件，并把相應(yīng)的訂閱條件傳送給復(fù)雜事件處理引擎查詢定制模塊，由該模塊將訂閱條件編寫為相應(yīng)的復(fù)雜查詢EPL 語(yǔ)句，進(jìn)而由復(fù)雜事件處理引擎對(duì)發(fā)布的事件進(jìn)行處理，最終將處理結(jié)果發(fā)送給相應(yīng)的訂閱者。

4 實(shí)驗(yàn)仿真

實(shí)驗(yàn)部署

實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)為三臺(tái)內(nèi)存為4G 且安裝 64 位Linux操作系統(tǒng)的PC，其中CEP 引擎由java 編寫的開(kāi)源工具Esper，通過(guò)相關(guān)的java 編碼實(shí)現(xiàn)發(fā)布訂閱機(jī)制，部署在一臺(tái)PC 上，作為基于CEP 發(fā)布訂閱中間件系統(tǒng)，而其余兩臺(tái)PC 分別模擬發(fā)布者和訂閱者系統(tǒng)，具體仿真部署如圖2。其中發(fā)布者系統(tǒng)所使用數(shù)據(jù)集為2012 年Enernoc 公司采集的美國(guó)國(guó)內(nèi)100 個(gè)匿名工商業(yè)用戶電力負(fù)荷數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集包括自2012 年1 月1 日～2012 年12 月31 日每天288 點(diǎn)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)集具有典型的電力負(fù)荷特征，能夠很好的表現(xiàn)仿真的真實(shí)性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)對(duì)100 個(gè)匿名工商業(yè)用戶用電情況進(jìn)行了監(jiān)控，同時(shí)利用復(fù)雜事件處理引擎對(duì)動(dòng)態(tài)變化用戶組（用戶利用訂閱發(fā)布模式隨進(jìn)隨出）的用電均值、總值進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了用戶組的基于復(fù)雜事件訂閱模式的用電情況監(jiān)控，如圖3。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種支持對(duì)“復(fù)合事件”或“事件模式”進(jìn)行訂閱的基于CEP 的訂閱發(fā)布中間件，即當(dāng)各發(fā)布者所發(fā)布的一系列事件所組成的事件序列滿足某一條件時(shí)，才通知訂閱者客戶端。這種新型Pub/Sub 系統(tǒng)可以改善傳統(tǒng)的基于內(nèi)容的Pub/Sub 系統(tǒng)性能，并且在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域有較好的應(yīng)用效果