物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)分析的5大挑戰(zhàn)及解決方法

　　作者：Yuliya Vasilko，Lightpoint Global 業(yè)務(wù)開發(fā)主管。

　　隨著數(shù)十億傳感器、智能設(shè)備和機(jī)器產(chǎn)生源源不斷的數(shù)據(jù)，利用這種數(shù)據(jù)洪流的力量帶來了巨大的挑戰(zhàn)，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析方面。

　　在本文中，我們深入探討了組織在其物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)施或利用數(shù)據(jù)分析時面臨的五個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。管理龐大的數(shù)據(jù)量和多樣性，滿足實(shí)時處理需求，確保互操作性和可擴(kuò)展性，應(yīng)對長期維護(hù)的復(fù)雜性——每一個障礙都會帶來獨(dú)特的障礙。

　　為了補(bǔ)充我們對這些挑戰(zhàn)的探索，我們提供了克服這些挑戰(zhàn)的實(shí)用技巧和策略。讓我們開始吧。

　　挑戰(zhàn)一：數(shù)據(jù)量和多樣性

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以各種格式和來源生成大量數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)的涌入可能會淹沒存儲和處理能力。此外，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化兩種形式，需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)集成和轉(zhuǎn)換過程才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。如果不能有效地處理如此廣泛的數(shù)據(jù)類型，并且以與分析目標(biāo)一致的方式處理，可能會導(dǎo)致信息過載，并阻礙從物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中獲得有意義的見解。

　　應(yīng)對這一挑戰(zhàn)需要采取戰(zhàn)略方法。 以下是一些可能有幫助的建議：

　　數(shù)據(jù)預(yù)處理和清理：

　　投資強(qiáng)大的數(shù)據(jù)預(yù)處理管道來清理、過濾和標(biāo)準(zhǔn)化物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。

　　利用數(shù)據(jù)清理技術(shù)(例如數(shù)據(jù)插補(bǔ)和降噪)來提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和一致性。

　　實(shí)施數(shù)據(jù)壓縮和聚合技術(shù)以減少數(shù)據(jù)量，同時保留基本信息。

　　數(shù)據(jù)存儲和管理：

　　采用可擴(kuò)展且靈活的數(shù)據(jù)存儲解決方案，例如分布式數(shù)據(jù)庫或基于云的存儲，以適應(yīng)不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)量。

　　使用數(shù)據(jù)分區(qū)和索引來優(yōu)化數(shù)據(jù)檢索和分析。

　　實(shí)施數(shù)據(jù)生命周期管理策略來歸檔或刪除過時的數(shù)據(jù)，降低存儲成本并提高系統(tǒng)性能。

　　高級分析和機(jī)器學(xué)習(xí)：

　　利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和預(yù)測建模等先進(jìn)分析技術(shù)，從物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中提取有意義的見解。

　　實(shí)施邊緣分析，使數(shù)據(jù)處理和分析能夠在更靠近數(shù)據(jù)源的地方進(jìn)行，從而減少將大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊惺椒?wù)器的需要。

　　探索數(shù)據(jù)縮減方法，例如降維或特征選擇，以關(guān)注最相關(guān)的數(shù)據(jù)屬性并減少數(shù)據(jù)多樣性。

　　通過采用這些策略，組織可以更好地管理物聯(lián)網(wǎng)分析中數(shù)據(jù)量和多樣性的挑戰(zhàn)，使他們能夠從物聯(lián)網(wǎng)部署中獲得有價值的見解，同時優(yōu)化資源利用率。

　　挑戰(zhàn)二：實(shí)時數(shù)據(jù)處理

　　由于多種因素，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的實(shí)時數(shù)據(jù)處理具有挑戰(zhàn)性。 首先，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備高速生成連續(xù)的數(shù)據(jù)流，需要快速處理才能提供及時的見解。 其次，確保低延遲處理的要求很高，因?yàn)楸仨毧焖俜治鰯?shù)據(jù)并采取行動，通常在幾毫秒或幾秒內(nèi)。 第三，實(shí)時分析需要強(qiáng)大的計(jì)算能力，因此擁有正確的基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。 最后，處理實(shí)時數(shù)據(jù)可能會給網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲資源帶來壓力，處理過程中的故障或延遲可能會導(dǎo)致自動駕駛汽車或工業(yè)自動化等應(yīng)用產(chǎn)生嚴(yán)重后果，從而使可靠性成為首要問題。

　　解決物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)時數(shù)據(jù)處理的挑戰(zhàn)對于及時決策和響應(yīng)至關(guān)重要。 這里有一組提示可以解決這個問題：

　　簡化數(shù)據(jù)管道：

　　實(shí)施邊緣計(jì)算來處理靠近數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。 這通過在本地分析數(shù)據(jù)來減少延遲，僅將重要的見解傳輸?shù)街醒敕?wù)器。 邊緣設(shè)備可以在數(shù)據(jù)到達(dá)云或數(shù)據(jù)中心之前對其進(jìn)行預(yù)處理、過濾和聚合，從而最大限度地減少中央服務(wù)器的計(jì)算負(fù)載。

　　利用 Apache Kafka、Apache Flink 或 AWS Kinesis 等流處理框架。 這些平臺支持實(shí)時數(shù)據(jù)攝取、處理和分析，有助于低延遲地處理數(shù)據(jù)流。

　　高效的數(shù)據(jù)存儲和檢索：

　　內(nèi)存數(shù)據(jù)庫：部署 Redis 或 Apache Cassandra 等內(nèi)存數(shù)據(jù)庫來存儲經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)。 與傳統(tǒng)的基于磁盤的數(shù)據(jù)庫相比，內(nèi)存存儲顯著減少了數(shù)據(jù)檢索時間。

　　數(shù)據(jù)索引：實(shí)施高效的索引機(jī)制來快速定位和檢索特定數(shù)據(jù)點(diǎn)。 這確保實(shí)時分析可以快速訪問所需的數(shù)據(jù)。

　　可擴(kuò)展性和負(fù)載平衡：

　　使用自動擴(kuò)展技術(shù)根據(jù)工作負(fù)載需求動態(tài)分配資源。 這可確保您的系統(tǒng)可以在高峰時段處理增加的數(shù)據(jù)負(fù)載，并在活動較少期間縮小規(guī)模。

　　采用負(fù)載平衡解決方案在多個服務(wù)器或?qū)嵗g均勻分配傳入數(shù)據(jù)和處理任務(wù)。 負(fù)載平衡優(yōu)化資源利用率并防止單個組件過載。

　　通過實(shí)施這些技巧，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以增強(qiáng)其實(shí)時數(shù)據(jù)處理能力，從而實(shí)現(xiàn)更快的洞察和更靈敏的行動，這在智慧城市、醫(yī)療保健監(jiān)控和工業(yè)自動化等應(yīng)用中尤其重要。

　　挑戰(zhàn)三：數(shù)據(jù)流的互操作性

　　互操作性是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中的一個挑戰(zhàn)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)涉及來自不同制造商的各種設(shè)備、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。 這些不同的組件可能無法自然地通信或無縫地協(xié)同工作，從而阻礙數(shù)據(jù)聚合和分析。 如果沒有有效的互操作性，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可能難以協(xié)調(diào)來自不同設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而影響數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量。 以下是克服這一挑戰(zhàn)的一些技巧：

　　開放標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。 優(yōu)先考慮遵守廣泛接受的開放標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議(例如 MQTT、CoAP 或 OPC UA)的 IoT 設(shè)備和系統(tǒng)。 這些標(biāo)準(zhǔn)通過確保設(shè)備可以相互通信(無論其制造商如何)來促進(jìn)互操作性。

　　中間件和 API 層。 實(shí)施中間件解決方案或 API 層，充當(dāng)異構(gòu)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析解決方案之間的中介。 這些層可以轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式、協(xié)議和接口，確保數(shù)據(jù)兼容性和一致性。

　　物聯(lián)網(wǎng)平臺和生態(tài)系統(tǒng)。 選擇為不同設(shè)備和協(xié)議提供內(nèi)置支持的 IoT 平臺，從而簡化集成和分析。 AWS IoT、Azure IoT 或 Google Cloud IoT 等平臺提供工具和服務(wù)來彌合互操作性差距。

　　這些技巧可以幫助組織簡化數(shù)據(jù)集成，并確保物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的分析結(jié)果更加一致和準(zhǔn)確。

　　挑戰(zhàn)四：數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的可擴(kuò)展性

　　物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)通常會快速增長，涉及越來越多的設(shè)備和數(shù)據(jù)源。 隨著數(shù)據(jù)量和分析流程復(fù)雜性的增加，傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施和軟件可能難以跟上。 未能解決可擴(kuò)展性問題可能會導(dǎo)致系統(tǒng)瓶頸、性能下降和數(shù)據(jù)分析效率低下。

　　可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)需要使用模塊化架構(gòu)、分布式計(jì)算和基于云的解決方案來滿足物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不斷增長的數(shù)據(jù)和分析要求。 您可以在下面看到這些策略的解釋。

　　分布式計(jì)算。 利用 Apache Hadoop 或 Apache Spark 等分布式計(jì)算框架來處理和分析跨多個節(jié)點(diǎn)或集群的大型數(shù)據(jù)集。 這允許系統(tǒng)通過根據(jù)需要添加更多計(jì)算資源來水平擴(kuò)展。

　　云服務(wù)。 利用基于云的 IoT 平臺和分析服務(wù)(例如 AWS IoT Analytics、Azure IoT Hub 或 Google Cloud IoT)，從云基礎(chǔ)設(shè)施固有的可擴(kuò)展性和靈活性中受益。 云提供商可以根據(jù)需求自動分配資源，確保可擴(kuò)展性，而無需大量的手動管理。

　　容器化和微服務(wù)。 在物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)時，采用 Docker 和 Kubernetes 等容器化技術(shù)來容器化分析應(yīng)用程序和服務(wù)。 這種模塊化方法可以輕松擴(kuò)展各個組件，從而更輕松地添加或刪除實(shí)例以匹配不斷變化的工作負(fù)載。

　　配備這些策略，組織可以確保其系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷擴(kuò)展的數(shù)據(jù)源和計(jì)算要求，同時保持性能和可靠性。

　　挑戰(zhàn)五：長期維護(hù)

　　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通常具有較長的生命周期。 隨著時間的推移，硬件和軟件組件可能會過時，需要升級或更換。 此外，數(shù)據(jù)分析算法和模型可能需要持續(xù)優(yōu)化，以便隨著數(shù)據(jù)模式的發(fā)展保持相關(guān)性和準(zhǔn)確性。 挑戰(zhàn)在于在技術(shù)進(jìn)步和不斷變化的需求中維持物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的功能、安全性和性能，這需要持續(xù)的資源和專業(yè)知識。

　　以下是解決長期維護(hù)問題的三個技巧：

　　全面的文檔和知識轉(zhuǎn)移：

　　維護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)、硬件組件、軟件配置和數(shù)據(jù)流的詳細(xì)文檔。 該文檔應(yīng)定期更新以反映更改和添加。

　　實(shí)施知識轉(zhuǎn)移機(jī)制，以確保系統(tǒng)維護(hù)所需的專業(yè)知識可以傳遞給新的團(tuán)隊(duì)成員或外部承包商。 這可能涉及創(chuàng)建手冊、舉辦培訓(xùn)課程以及建立明確的角色和職責(zé)。

　　定期更新和補(bǔ)丁管理：

　　為硬件和軟件組件建立強(qiáng)大的更新和補(bǔ)丁管理流程。 定期檢查并應(yīng)用安全補(bǔ)丁、固件更新和軟件升級，以減少漏洞并確保與不斷發(fā)展的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。

　　可擴(kuò)展且面向未來的設(shè)計(jì)：

　　設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)分析系統(tǒng)時要考慮到可擴(kuò)展性和靈活性。 確保它能夠適應(yīng)未來的技術(shù)進(jìn)步和不斷變化的需求，而不會造成重大中斷。

　　實(shí)施前向兼容的數(shù)據(jù)模型和分析算法，以適應(yīng)不斷變化的數(shù)據(jù)模式和業(yè)務(wù)需求，從而減少頻繁重新配置的需要。

　　通過遵循這些技巧，組織可以幫助確保其物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的使用壽命和持續(xù)功能，同時最大限度地減少與系統(tǒng)過時和降級相關(guān)的風(fēng)險。

　　結(jié)束語

　　隨著組織繼續(xù)利用物聯(lián)網(wǎng)生成的數(shù)據(jù)的力量，了解挑戰(zhàn)對于充分發(fā)揮互連設(shè)備的潛力至關(guān)重要。 通過解決數(shù)據(jù)量和多樣性、采用實(shí)時處理、確保互操作性、規(guī)劃可擴(kuò)展性以及致力于長期維護(hù)，企業(yè)可以自信地應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜性，從而使企業(yè)能夠做出數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策和 創(chuàng)造一個更智能、更互聯(lián)的未來。

　　來源：千家網(wǎng)