[Paper] 이산/연속 선언적 프로세스 사양을 Complex Event Processing을 통해 실행

Source: arXiv - 2512.05653v1

Overview

이 논문은 버튼 누름과 같은 이산 이벤트뿐만 아니라 온도나 진동과 같은 연속 센서 스트림에도 반응해야 하는 비즈니스 프로세스를 실행하는 새로운 방식을 제시한다. 선언적 프로세스 사양과 Complex Event Processing (CEP)을 결합함으로써, 저자들은 Signal Temporal Logic (STL) 제약과 전통적인 워크플로 활동을 결합한 하이브리드 모델을 실시간으로 강제할 수 있게 한다.

Key Contributions

• Hybrid execution engine: 선언적 프로세스에 이산 이벤트와 연속 신호를 모두 포함시켜 실행하는 최초의 CEP 기반 아키텍처(단순 모니터링이 아님).
• Three‑layer design: 원시 센서 수집, STL 영감을 받은 프레디케이트 평가, 활동 오케스트레이션을 분리하여 시스템을 모듈화하고 확장 가능하게 함.
• Active enforcement: 엔진이 실시간 신호 조건에 따라 워크플로 단계를 트리거하거나 차단하도록 허용, 사양을 실행 가능한 제어 로직으로 변환.
• Proof‑of‑concept prototype: 스마트 제조 라인과 같은 사이버‑물리적 사용 사례에 접근 방식을 적용하고 지연 시간 및 확장성을 평가.
• Bridging gap: 연구 커뮤니티의 하이브리드 선언적 모델링에 대한 관심과 산업계의 운영 프로세스 제어 필요성을 연결.

Methodology

1. Specification Layer – 프로세스 설계자는 표준 BPMN/declare 제약에 STL‑스타일 프레디케이트(예: “온도는 다음 30 초 동안 80 °C 이하이어야 함”)를 확장한 DSL로 선언적 모델을 작성한다.
2. Predicate Layer – 각 STL 프레디케이트는 지속적으로 들어오는 센서 튜플을 평가하는 CEP 패턴으로 컴파일된다. 이 패턴은 시간 윈도우, 임계값, 논리 조합을 표현할 수 있다.
3. Execution Layer – 경량 오케스트레이터가 프레디케이트의 불리언 결과를 소비한다. 프레디케이트가 true(또는 false)로 변하면 오케스트레이터는 다음 활동을 실행하거나 연기하거나 위반 이벤트를 발생시킨다.
4. Implementation – 저자들은 고처리량 CEP를 위해 Apache Flink 위에 스택을 구축하고, REST 훅을 통해 간단한 BPM 엔진(Camunda)과 통합했다.
5. Evaluation – 합성 워크로드와 실제 스마트 팩토리 시나리오를 실행하여 엔드‑투‑엔드 지연 시간(100 ms 이하)과 처리량(초당 수만 건 이벤트)을 측정했다.

Results & Findings

• Latency: CEP‑구동 프레디케이트 평가가 순수 이산 BPM 엔진에 비해 < 30 ms의 오버헤드만 추가되어 대부분의 경우 전체 응답 시간이 100 ms 이하로 유지된다.
• Scalability: 프로토타입은 초당 > 20 k 센서 이벤트를 지속적으로 처리하면서 프로세스 제약의 결정적 강제를 유지한다.
• Correctness: 스마트 팩토리 사례 연구에서 엔진은 온도 기반 안전 위반을 자동으로 감지해 가공 단계를 일시 중지함으로써 전통적인 BPM 시스템이 사후에만 감지할 수 있는 상황을 방지했다.
• Developer ergonomics: 프로세스 설계자는 STL이 추가된 DSL이 기존 선언적 BPM 표기법을 약간만 학습하면 충분하다고 보고했다.

Practical Implications

• Industrial IoT & Cyber‑Physical Systems – 운영자는 이제 안전 및 품질 제약을 실행 엔진에 직접 삽입할 수 있어 예방 제어가 가능하고 사후 분석에 의존하지 않는다.
• Edge Computing – CEP 레이어를 엣지 노드에 배포할 수 있어 지연 민감 애플리케이션(예: 자율 로봇, 스마트 그리드)이 중앙 서버와의 왕복 없이 로컬에서 정책을 강제할 수 있다.
• Compliance‑by‑Design – 연속 위험 지표(예: 시장 변동성)를 STL 프레디케이트로 인코딩하고 프로세스 엔진이 자동으로 준수 조치를 수행하도록 함으로써 금융·규제 분야에 적용 가능하다.
• Tooling Integration – 3‑계층 아키텍처가 기존 BPM 플랫폼(Camunda, Flowable)과 CEP 프레임워크(Flink, Esper)에 깔끔히 매핑되어 기업의 도입 장벽을 낮춘다.

Limitations & Future Work

• Expressiveness vs. Performance: 매우 복잡한 STL 수식(깊은 중첩, 큰 윈도우)은 CEP 상태 크기를 증가시켜 지연에 영향을 줄 수 있다; 저자들은 이를 완화하기 위해 적응형 윈도우링을 제안한다.
• Tooling Maturity: DSL과 컴파일러는 프로토타입 수준이며, 대규모 산업 채택을 위해서는 풍부한 IDE 지원 및 모델 검증 도구가 필요하다.
• Distributed Coordination: 현재 프로토타입은 단일 오케스트레이터를 가정하고 있어, 다중 사이트 프로세스와 분산 CEP 클러스터로의 확장은 아직 미해결 과제이다.
• Future Directions: 고수준 STL 사양으로부터 최적의 CEP 패턴을 자동으로 합성하는 연구와, 선언적 제약을 보완하기 위한 학습 기반 이상 탐지를 통합하는 방안을 탐색할 계획이다.

Authors

• Stefan Schönig
• Leo Poss
• Fabrizio Maria Maggi

Paper Information

• arXiv ID: 2512.05653v1
• Categories: cs.SE, cs.LO, eess.SY
• Published: December 5, 2025
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