Technologische Fortschritte in den Bereichen Cloud und Mobile Computing haben nicht nur einen großen Einfluss auf unser tägliches Leben, sondern auf Unternehmensanwendungen und Geschäftsprozesse, die durch die fortschreitende Modularisierung und Verteilung immer mehr Daten austauschen. Die Anwendungs- und Prozessintegration, engl. Enterprise Application Integration (EAI), ermöglicht die Integration durch Nachrichtenaustausch und hat sich dadurch zu einem zentralen IT Thema in Unternehmen entwickelt. Um die Komplexität der Entwicklung von Integrationsszenarien handhabbar zu machen, wurden bewährte Vorgehensweisen als Integrationsmuster gesammelt und stellen die Grundlage für die Entwicklung und Modellierung von EAI Lösungen dar. Durch die wachsende Verteilung hat sich jedoch nicht nur die Anzahl der Kommunikationspartner erhöht. Die aktuellen EAI Systeme kommen durch das gestiegene Datenvolumen und steigenden Leistungsanforderungen an ihre Grenzen. Hinzu kommt die Digitalisierung des tägliches Lebens vieler technisch unerfahrener NutzerInnen zum Beispiel durch Soziale Medien. Dadurch gewinnen nicht nur heterogenere, Multimediadatenformate an Bedeutung, sondern das Vertrauen in die Korrektheit und Verlässlichkeit der Technologie rückt in den Vordergrund. Diese Probleme können weder durch die aktuell informell beschriebenen Integrationsmuster noch deren in die Jahre gekommenen Implementierungen gelöst werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden die formalen Grundlagen der Anwendungsintegration definiert, wodurch eine verantwortungsbewusste Entwicklung von Integrationslösungen möglich wird. Das schafft nicht nur Vertrauen in deren Funktionsfähigkeit, sondern unterstützt bei der Entwicklung effizienterer Lösungen. Dafür werden die EAI Grundlagen in Form der Integrationsmuster bezüglich ihrer Aktualität und Abdeckung im Rahmen der besprochenen Fortschritte untersucht und der aktuelle Musterkatalog erweitert. Dieser bildet die Grundlage für die formale Definition von Integrationsmustern und deren Komposition zu Integrationsszenarien. Durch die Formalisierung der Integrationsszenarien können Optimierungsstrategien entwickelt werden, welche deren Korrektheit nach der Verbesserung gewährleisten. Die prototypisch untersuchten Möglichkeiten der formalen Analyse von Integrationsszenarien stellt eine Lösung für das Vertrauensproblem dar. Für die besprochenen Datenverarbeitungsprobleme und die steigende Heterogenität der Datenformate werden effizientere Integrationslösungen basierend auf den Mustern konzipiert und mit einem eigens dafür entwickelten Benchmark analysiert. Diese Arbeit entwickelt formale Grundlagen der Anwendungsintegration und zeigt wie dadurch das Vertrauen in aktuelle Integrationssysteme gestärkt und deren Effizienz bezüglich des wachsenden Datenvolumens und Leistungsanforderungen sowie heterogener Datenformate gesteigert werden kann.

Recent trends in technology, business and society like cloud and mobile computing lead to increasingly distributed applications and processes requiring integration. Enterprise Application Integration (EAI) offers integration capabilities using message passing in form of integration scenarios and constitute a centerpiece of current IT architectures. Due to the complex nature of EAI, the integration scenario logic builds on abstractions derived by best practices, collected as Enterprise Integration Patterns, denoting the current foundation of developing and modeling EAI logic and solutions. However, due to increasing distribution, not only the number of communication partners, but also the data volume and velocity requirements grow beyond processing capabilities of current systems. Further, personal digitalization trends like social media computing introduce increasing amounts of non-textual data beyond current variety capabilities and add trust requirements into the functional correctness and reliability of technology that is now used by non-technical users. These problems cannot be solved with current informally described integration pattern foundation or implementations. This thesis defines formal foundations for EAI that enables responsible development of integration solutions, helps businesses to trust their correctness, and shows how to build effective and efficient integration solutions. First, EAI foundations in form of EIPs are revisited regarding their actuality and comprehensiveness in the context of emerging trends, and captured as an extended pattern catalog. Patterns serve as a basis for the formalization of integration patterns and their compositions as integration scenarios. Then the latter are studied for correctness-preserving optimization strategies, ensuring the efficiency of integration logic on the composition level. A prototype realization allows for the formal analysis of integration scenarios, thus addressing the trust challenge. To address the volume, velocity and variety challenges more efficient pattern solutions are conceptually developed using new technology trends and evaluated using a newly elaborated EIP benchmark. In summary, this thesis builds a formal foundation for EAI and shows how this can be used to meet the trust, volume, velocity and variety requirements of current integration systems.