扩展CONTEX-M设备的数据处理与管理

 

介绍

  

边缘网络设备应用程序必须以高采样率获取、处理和理解数据点。微控制器，即MCU，是许多嵌入式系统的关键部件，并且越来越多地负责捕获、处理和管理流经它们的数据。这一过程从本地设备开始，制造商正在寻找创新机会，以理解和变现他们所收集的每一点数据。

 

这是一些MCU实时数据采集和管理面临的一些挑战。为了克服这些障碍，我们设计了ITTIA DB IoT来执行交互式查询，在数据存储或传输之前对数据点进行过滤、聚合、拆分和组合。ITTIA DB IoT是一个嵌入式数据库，设计得足够小，可以在微控制器上运行，并通过这个单一平台为开发人员提供可以满足其需求的数据管理功能的选项：流处理、时间序列数据管理或关系表数据管理。

 

应用程序可以随时启动新的数据收集活动，并在查询最终结果之前接收持续更新或结束活动。通过这种方式，数据传输被减少，但决策所需的重要信息被优先考虑。ITTIA DB IoT中包含了扩展边缘设备及其数据工作负载的部署和管理所需的数据库功能。它结合了轻量级的数据管理和处理，是为微控制器构建的，以满足在资源受限的现场部署设备中运行的数据工作负载的需求。

 

ITTIA DB开发人员与芯片公司合作为嵌入式系统制造商提供商业级数据库。在这份白皮书中，在本白皮书中，我们将为MCU应用开发者分享ITTIA DB loT所解决的挑战和问题。

 

 

 

ITTIA DB用于MCU微控制器的优点

 

大多数MCU的计算资源非常有限，包括RAM（随机存储器）、ROM（只读存储器）和闪存。RAM是易失性存储器临时存储数据，ROM是永久存储指令的非易失性存储器。闪存介质是一个用于永久存储数据可重写的位置。RAM、ROM和闪存对于任何MCU软件（包括实时数据库库）都是必不可少的。因此数据量和有限的资源在MCU环境中起着至关重要的作用，应用程序开发人员很难从设备上的数据计算中获益。随着物联网和人工智能应用程序利用这些数据，MCU数据库对于数据驱动的嵌入式系统的有限规格变得越来越重要。在设计ITTIA DB IoT时，我们密切关注确保应用程序可以在RAM和ROM占用空间较小的受限环境中平稳运行。

 

 

 

实时数据收集活动

 

实时数据必须在收集后立即进行处理和交付。用于导航、跟踪、测量等的数据的时效性通常不会有延迟。对于MCU，这些数据也必须使用实时数据管理进行处理。来自传感器和其他数据源的实时数据激增可能导致数据拥塞和决策所需要的数据传输的延迟。

 

这些是实时数据收集和管理带来的一些挑战。为了克服这些障碍，我们设计了ITTIA DB IoT，在数据存储或传输之前，对数据流执行交互式查询，对数据点进行过滤、聚合、拆分和合并。

 

应用程序可以在任何时候启动新的数据收集活动，或者接收持续的更新，或者在查询最终结果之前结束活动。

 

通过这种方式，数据传输减少，但做出决策所需的重要信息被优先考虑。

 

 

 

实时数据流和监控

 

对于MCU来说，实时分析是一门学科，其中大量的数据点必须被持续地接收、索引、分析，并在MCU上传输或存储。需要根据指定的查询对数据点进行监视和搜索、过滤、聚合和处理。借助用于MCU的ITTIA DB IoT，开发人员可以创建固件应用程序以动态地将实时数据聚合、过滤、拆分和组合为一系列已处理的事件。这使传感器设备能够运行连续分析、理解每一位原始数据，识别警报事件，并发布/存储有价值的发现。

 

 

 

数据分类和组织

将ITTIA DB IoT与MCU应用程序相结合的主要目的是组织数据从数据分类中获益。根据数据的质量和特征对数据进行分组，然后分配类标签，这些类标签描述了应用于匹配数据集的属性集合，这种做法被称为数据分类。对于没有限制的企业系统，这是一个众所周知的实践。MCU的目标是为非结构化原始数据赋予有意义的类属性并使它们能够从数据点集合中组织和提取洞察。ITTIA DB IoT查询通过在MCU应用程序内对每个数据点的来源进行分析来促进分类。

 

 

 

存储干净数据

 

随着物联网和人工智能时代的到来，MCU和许多其他计算系统一样，必须摄取大量数据，并在清理原始数据后只存储重要的数据。

 

MCU数据清理需要做什么? 确保数据准确、一致和有用的行为被称为数据清理。MCU应用程序可以通过ITTIA DB IoT清理数据，或者在存储之前丢弃一些数据，或者通过数据保留策略删除旧数据。干净数据的好处很多。当多个数据源组合成单个数据集时，MCU级别的数据清理消除了大量不需要的原始数据存储，并降低了与数据传输相关的电源成本。

 

 

 

时间序列数据管理

 

为嵌入式系统开发的新应用程序通常存储以不同速率采样的各种数据点。作为嵌入式时间序列数据库，ITTIA DB IoT经过优化，可以存储和访问相关的时间戳和值对。因此，MCU应用程序可以有效地测量来自传感设备的值，有效地查询捕获的数据点的任何组合，并分析它们如何随时间的变化。ITTIA DB IoT时间序列的主要价值在于使MCU应用程序能够监测、存储和分析每个点的实时数据。

 

 

 

数据的完整性和可扩展性

 

随着物联网设备产生的数据对决策过程的影响越来越大，MCU设备做出及时、自信、准确的决策变得越来越重要。传感器和其他设备产生的数据使操作和决策组件之间的联系更加紧密。由于这些数据驱动的诊断被用于支持系统智能和决策能力，他们的完整性是必不可少的。此外，随着机器学习和人工智能（AI）越来越多地用于支持决策，数据完整性变得更加重要。为了确保AI模型准确地反映系统预测的现实，它们必须以高质量的训练数据为基础，并且它们的推论必须得到高质量的操作数据的支持。

 

ITTIA DB IoT通过确保数据根据MCU应用程序设计人员指定的数据模型进行存储和处理，从而提供数据完整性。存储数据时，对写入操作进行仔细排序，以防止数据损坏。

 

此外，ITTIA DB IoT 为设备制造商提供了一条途径，通过仅在额外资源可用时启用数据库特性和功能，将 MCU 应用扩展到不同级别的计算。

 

 

 

准确性、完整性、一致性和有效性

 

数据质量对所有涉及嵌入式系统的数据治理活动都至关重要，它量化了数据集满足准确性、完整性和有效性要求的程度。为MCU构建的数据库提供了系统做出数据驱动决策所需的数据质量。

   

只有当数据的质量满足其设计的使用要求时，嵌入式系统才能信任单片机的数据，并利用它来做出更好的决策。

 

然而，当一条原则不满足时，为MCU设计的数据库可以帮助诊断潜在的不良数据。随着制造商转向自动化和人工智能(AI)的结合，在这些过程中，数据质量和数据库变得越来越重要。

 

 

 

数据所有权

 

MCU设备在边缘产生的数据量呈指数级增长。因此数据是非常重要的，由于成本、性能和隐私方面的考虑，将在单个位置上处理大数据变得越来越不实际。利用合适的边缘数据库，将计算转移到数据来源附近，而不是将所有原始数据转移到计算力丰富的集中位置，这是可取和可行的。MCU数据库可以成为云计算的自然延伸，具有巨大的成本节约潜力。当与数据所有权、低延迟、较小带宽消耗、离线或自主操作以及根据物理位置遵守监管或安全标准等特性相结合时，MCU数据管理系统更具吸引力。

 

 

 

安全性:加密、认证和授权数据访问

 

物联网(IoT)极大地放大了嵌入式系统的安全挑战，因为设备必须相互连接和通信，也必须与互联网连接和通信。入侵者和僵尸网络有很多新的进入机会，存储在物联网设备上的未受保护的数据很容易受到攻击。如何保护设备数据? 具有多层保护的数据库可以提供加密和支持硬件安全层的能力。这些安全原则经过验证和并且证明是完善的。

 

 

 

性能和占用空间

   

物联网设备应用程序通常对存储在数据库中的数据执行许多不同的任务。一些任务在并行运行时表现好，允许长时间运行的活动，例如，无需先停止正常操作即可完成同步。任务可以由具有多个线程或任务的单个应用程序执行。

 

数据库性能和占用空间是任何MCU开发所面临的主要挑战。处理更接近源的数据可以减少流入和流出主网络的数据量，从而降低延迟并提高吞吐量。

 

用于MCU 的ITTIA DB IoT提供了开发灵活性，因此您可以设计数据模型、数据库模式和应用程序代码，以解决高性能、小空间的复杂查询，并实现快速应用程序开发。

 

ITTIA DB IoT是一个高并发数据库，为应用程序提供多个查询，并支持同时读取和更新数据库。数据库提供了开发灵活性，因此您可以设计数据模型、数据库模式和应用程序代码，以解决具有高性能的复杂查询，并实现快速应用程序开发。

 

 

 

可购性

 

就MCU而言，传统的文件数据管理和免费的开源解决方案都是昂贵的，主要是因为定制数据库并将其与实时操作系统、硬件等集成相关的大量前期支出。可能需要花费数千美元来支付这些和其他相关的集成和定制费用。相比之下，使用ITTIA DB IoT可以实现较低的初始和长期团队费用，ITTIA DB IoT是为MCU构建的专用数据库，可以悄无声息地嵌入设备并在设备上运行。此外，由于大量数据都在设备上本地处理和管理，因此将节省大量云数据存储。实时数据查询也可能完全消除将数据从设备传输到其他系统和云的需要，从而节省大量成本。

 

 

 

集成挑战

 

构建嵌入式MCU应用程序引入了一系列独特的困难，包括可扩展性、实时性能保证、集成和互操作性问题等等。

 

为MCU创建的应用程序总是更大系统的组成部分；例子包括数字手表、智能手机、汽车和自动化工业设备。这些系统通常具有集成数据管理软件、实时操作系统、硬件、IDE和其他组件。就数据库而言，这些嵌入式解决方案需要在内存、处理能力和能源可用性受限的情况下，在设计和功能给定的时间范围内对所有情况做出即时响应。此外，由于处理器、传感器和其他硬件组件可能会随着时间的推移而变化，嵌入式软件必须能够抵抗其工作环境的变化。满足嵌入式软件的自主性和可移植性标准非常困难。确保所有不同的组件有效地协同工作是关键的挑战。这不是一项简单的任务，制造商在选择时必须时刻谨慎选择能够与其他软件和硬件集成的数据库。

 

 

 

用于MCU的ITTIA DB IoT

 

ITTIA DB家族中专门为微控制器设计的成员是ITTIA DB IoT，它支持时间序列、关系表和数据流，这些功能都可以在单个可移植软件库中实现。开发人员可以自由选择这些功能的任意组合。ITTIA DB IoT旨在为各种数据点提供微控制器实时数据处理和数据管理，包括指标、事件、日志等。高性能、紧凑的空间占用和适应性是ITTIA DB IoT 的重要特征。

 

 

 

结论

 

无论是大幅提高自主机器人的生产能力，实时跟踪建筑物的温度，还是监控个人健康，制造商迫切需要可靠的数据管理解决方案。随着产品需求和硬件的发展，数据管理需求变得越来越明显。各种各样的微控制器可以从嵌入式边缘数据库中受益，如ITTIA DB IoT。

 

ITTIA DB物联网使制造商能够密切关注数据管理和处理，从设计和开发开始，一直持续到部署和生产。

 

立即联系我们，了解ITTIA DB IoT如何有效解决您的MCU数据管理挑战。

 

 

 

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