Reasoning over complex temporal specifications and noisy data streams
Authors: Μαντένογλου Περικλής 
Published: October 2024

Οι σύγχρονες εφαρμογές απαιτούν την ανίχνευση «καταστάσεων ενδιαφέροντος» σε πραγματικό χρόνο και με ελάχιστη καθυστέρηση. Στην επιτήρηση ναυτιλιακών δραστηριοτήτων, π.χ., είναι σημαντικό να εντοπίζονται και να αναφέρονται εγκαίρως συμπεριφορές πλοίων που μπορεί να υποδεικνύουν επικίνδυνες, παράνομες ή περιβαλλοντικά επιβλαβείς δραστηριότητες. Η επιτήρηση καταστάσεων ενδιαφέροντος αποτελεί πρόκληση, καθώς μεγάλες ροές δεδομένων υψηλής ταχύτητας παράγονται συνεχώς, ενώ δεν είναι εφικτό να αποθηκεύσουμε αυτά τα δεδομένα και να τα επεξεργαστούμε σε επόμενο χρόνο. Η συλλογιστική πάνω σε ροές δεδομένων περιλαμβάνει την ανίχνευση κρίσιμων καταστάσεων σε πραγματικό χρόνο, εφαρμόζοντας τεχνικές συλλογιστικής πάνω σε μεγάλους όγκους από σταδιακά παραγόμενα, συμβολικά δεδομένα, που συνήθως ονομάζονται «γεγονότα». Προκειμένου να υποστηρίζει σύγχρονες εφαρμογές, ένα σύστημα συλλογιστικής σε ροές δεδομένων πρέπει να χρησιμοποιεί αποτελεσματικούς αλγόριθμους συλλογιστικής που είναι προσαρμοσμένοι σε περιβάλλοντα ροών δεδομένων, μια εξαιρετικά εκφραστική γλώσσα προδιαγραφών προτύπων με τυπική και δηλωτική σημασιολογία, καθώς και τεχνικές για τη διαχείριση του θορύβου και της αβεβαιότητας. Αυτή η διατριβή παρακινείται από την απουσία ενός συστήματος που να διαθέτει όλα τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά και στοχεύει στην επέκταση σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων προκειμένου να χειρίζονται αποτελεσματικά εφαρμογές συλλογιστικής σε ροές δεδομένων. Εστιάζουμε σε συστήματα που χρησιμοποιούν τον Λογισμό Γεγονότων, έναν φορμαλισμό βασισμένο στο λογικό προγραμματισμό για την αναπαράσταση γεγονότων και το συμπερασμό των συνεπειών τους με την πάροδο του χρόνου. Ο Λογισμός Γεγονότων παρουσιάζει μια τυπική, δηλωτική σημασιολογία, ενώ υποστηρίζει στιγμιαία και διαρκή γεγονότα, ιεραρχικές και σχεσιακές προδιαγραφές γεγονότων, τη χρονική ανθεκτικότητα των συνεπειών των γεγονότων, καθώς και βοηθητικές βάσεις γνώσης που προδιαγράφουν τον τομέα εφαρμογής. Το RTEC είναι ένα σύστημα που βασίζεται στον Λογισμό Γεγονότων και περιλαμβάνει πολλές τεχνικές βελτιστοποίησης για τη συλλογιστική σε ροές δεδομένων. Προτείνουμε τρεις επεκτάσεις του RTEC, δηλαδή τα συστήματα RTECο, RTEC-> και RTECA, τα οποία υποστηρίζουν, αντιστοίχως, χρονικές προδιαγραφές με κυκλικές εξαρτήσεις, γεγονότα με μελλοντικές συνέπειες και καταστάσεις που ορίζονται μέσω των σχέσεων της άλγεβρας διαστημάτων του Allen. Επιπλέον, μελετάμε το PIEC, δηλαδή ένα σύστημα βασισμένο στο Λογισμό Γεγονότων για πιθανοτική αναγνώριση γεγονότων, και προτείνουμε το σύστημα oPIEC, δηλαδή μια επέκταση του PIEC για συλλογιστική πάνω σε θορυβώδεις ροές δεδομένων. Για να υποστηρίξουμε μεγάλες ροές δεδομένων, προτείνουμε δύο εκδόσεις του oPIEC με περιορισμένη μνήμη. Όλα τα συστήματα που αναπτύξαμε έχουν τυπική σημασιολογία και διαθέτουν βελτιστοποιημένους αλγόριθμους συλλογιστικής σε ροές δεδομένων που έχουν αξιολογηθεί τόσο θεωρητικά όσο και εμπειρικά, χρησιμοποιώντας μεγάλες, πραγματικές και συνθετικές ροές δεδομένων, σε πειράματα που περιλαμβάνουν συγκρίσεις με σύγχρονα συστήματα. Η ανάλυσή μας φανερώνειπως τα συστήματα RTECο , RTEC-> και RTECA είναι κατάλληλα για συλλογιστική πάνω σε ροές δεδομένων με πολύπλοκες χρονικές προδιαγραφές, ενώ οι εκδόσεις του oPIEC επιτυγχάνουν υψηλή ακρίβεια πρόβλεψης και ταχύτητα συλλογισμού όταν λειτουργούν πάνω σε θορυβώδεις ροές δεδομένων.