Apache IoTDB

互联网 2024-10-08 08:00:17

IoTDB 是清华大学主导的 Apache 孵化项目，是一款聚焦工业物联网、高性能轻量级的时序数据管理系统，提供数据采集、存储、分析的功能。IoTDB 提供端云一体化的解决方案，在云端，提供高性能的数据读写以及丰富的查询能力，针对物联网场景定制高效的目录组织结构，并与 Apache Hadoop、Spark、Flink 等大数据系统无缝打通；在边缘端，提供轻量化的 TsFile 管理能力，端上的数据写到本地 TsFile，并提供一定的基础查询能力，同时支持将 TsFile 数据同步到云端。

IoTDB 具备低存储成本、高速数据写入（百万数据点秒级写入）、快速查询（TB级数据毫秒级查询）、功能完备（数据的增删改查、丰富的聚合函数、相似性匹配）、查询分析一体化（一份数据，满足实时查询与分析挖掘）、简单易用（采用标准的 JDBC 接口、类 SQL 查询语言）等特点。

基准测试表明IoTDB读写性能均优于现有的时序数据库InfluxDB、OpenTSDB、Cassandra以及GE的工业大数据平台Predix。根据中国软件评测中心和中国人民大学的性能对标测试，IoTDB的各项性能指标均明显优于当今国际最优的时序数据库系统。

产品功能

查询引擎

IoTDB 内置查询引擎负责所有用户命令的解析、生成计划、交给对应的执行器、返回结果集。IoTDB 通过查询引擎提供了 JDBC 访问 API，简单易用。

元数据管理

IoTDB 的元数据模型采用树状结构组织，一个实例包含多个 Storage Group （类似于 Namespace、Database 的概念），一个 Storage Group 里包含多个 Device ，每个 Device 包含多个 Measurement ， Measurement 对应的时间序列数据最终存储在 TsFile Chunk 里。另外，为了方便数据过期，每个 Stroage Group 的数据会以时间范围的形式切分存储，默认以周为单位，使用不同的目录存储。

存储引擎

IoTDB 存储引擎基于 LSM Tree 结构设计，写入的数据先记录 WAL，再写到内存 memtable，在后台逐步刷到磁盘 TsFile；磁盘上的 TsFile 通过一定的规则进行 Compaction，保证查询效率。

同步工具

IoTDB 支持在边缘侧、云端部署，通常在边缘侧采集的数据有同步到远端进一步分析处理的需求；IoTDB 提供了同步工具，支持将端/设备上的 TsFile 数据往云端同步。

连接器

IoTDB 支持与现有的大数据处理系统，包括 Hive、Spark 等无缝连通，IoTDB 提供了 hive-tsfile 、 spark-tsfile 、 spark-iotdb 等连接器，让 Hive、Spark 能直接访问 tsfile 格式的数据，以及访问 IoTDB 的数据。

产品优势

针对物联网模型做了定制化，提供 JDBC 访问方式，支持边云一体化部署。
存储使用 Hadoop File system，并提供多种 connector，与现有大数据生态无缝打通。
开放的 TsFile 存储格式，设备模型简单易理解。

IoTDB 架构图

IoTDB 于 2017 年 1 月正式在 Github 上开放 IoTDB 底层文件存储格式 TsFile。2017年至2018年，IoTDB保持持续开发，先后发布0.3，0.4，0.5，0.6，0.7等五个版本。

目前，IoTDB已完成与开源大数据生态（Hadoop、Spark）的集成，实现了相关的编程SDK（JDBC形式）、导入导出工具、可视化工具、命令行交互工具、数据回传工具等多项 IoTDB 辅助工具，大幅度提升了IoTDB的适应力。截止目前，IoTDB核心模块有效代码达7万余行，通过DSL语言生成代码6万余行。IoTDB代码提交更新次数超过1300次，用户反馈、建议与回复200余次。

应用场景

云数据管理

在高速网络（车联网等）的场景中，安装有传感器的汽车可以以一定频率收集自身的监视信息（行驶状态等）。通常，这些汽车设备的硬件配置有限，并且难以进行复杂的应用。轻量级的IoTDB（IoTDB客户端）应运而生。借助JDBC API（或MQTT），它可以使用窄带IoT或4G/5G发送数据，从而将设备和云连接在一起。

高端设备

在高端制造业中，有很多设备配备有传感器来收集工作状态数据，例如气象站，风力涡轮机是常见的高端设备。这些设备如果支持Java或Go（正在开发中），则可以运行TsFile在本地存储数据。通过这种方式，TsFile可以提供具有高吞吐、高压缩率和毫秒级查询延迟的数据管理功能。结合TsFile-Sync工具，可以将TsFiles同步到数据中心。

本地控制器

在工厂现场，LAN网络下有数十台设备。 IoTDB可以安装在工厂的本地控制器服务器上，以从这些设备接收数据。安装有IoTDB的本地服务器（普通PC或工作站）可以使用类SQL存储和查询数据。此外，使用TsFile-Sync工具，可以将本地控制器上的TsFile文件传输到云上安装有IoTDB实例的数据中心。

发展历程

2018年，IoTDB进入了开源孵化期。同年11月，IoTDB 成为Apache旗下孵化器项目，先后吸引了来自德国、美国、澳大利亚等国际同行关注。
2019年IoTDB 实现快速成长。项目相继获得优秀大数据产品、中国优秀开源项目一等奖，并在中国工业互联网峰会作为重要成果作主题发布。
2020年IoTDB 成功毕业。Apache IoTDB 升为全球顶级项目，这标志着 IoTDB 建成了全球认可的国际开源社区，并成为我国高校在Apache 社区主导的唯一孵化成功的项目。
2021年IoTDB入选十三五成果。Apache IoTDB参加国家“十三五”科技创新成就展。