IIoT 数据的实时可视化

作者：社区 / 开发者
2024 年 9 月 24 日

随着工业物联网 (IIoT) 的日益普及，连接的设备和传感器生成了大量数据，您需要一种有效的方法来捕获、存储和可视化所有这些数据。通过有效的数据可视化和分析，您可以将原始数据转化为可操作的见解并做出明智的决策。这篇文章将分解 Grafana、Node-RED 和时序数据库等工具，包括它们对您的 IIoT 工作负载的好处。

什么是 Node-RED？

Node-RED 是一款最初由 IBM 开发的开源可视化编程工具。它采用基于流的方法，用于物联网 (IoT) 和其他事件驱动型应用程序，允许用户使用最少的编码将 IIoT 设备与 API 和在线服务连接起来。

Node-RED 的构建块包括节点、流、上下文、消息等，这些简化了物联网工作流程。它提供了一个可视化界面，用户可以将节点拖放到画布上，并用线条连接它们来定义数据流。节点可以代表不同的组件或功能。例如，各种节点可以收集传感器数据、处理信息或触发操作。通过消除冗长的代码行，您可以快速构建 IIoT 解决方案原型并进行部署。

Node-RED 有多种应用

• 能源管理： Node-RED 通过整合来自智能电表、太阳能电池板和其他能源的数据，优化能源消耗并降低成本，从而帮助创建节能解决方案。
• 供应链监控： 在物流中，Node-RED 可以跟踪运输货物的地点和状况，确保货物按时且处于最佳状态到达目的地。
• 智能制造： 在工业环境中，您可以使用 Node-RED 通过连接各种传感器和系统来监控设备性能、预测维护需求和优化生产流程。

什么是时序数据库？

时序数据库 (TSDB) 是专门用于高效处理带时间戳或时序数据的系统。这些数据库经过优化，可用于收集、存储、检索和处理按时间索引的数据点。您主要在随时间变化至关重要的情况下使用 TSDB，例如，当监控传感器读数、股票价格或系统日志时。

对于 IIoT，设备和传感器会持续生成带有精确时间戳的大量数据。因此，您需要 TSDB，因为它们可以处理高写入和查询负载，优化基于时间的数据存储，并提供对近期和历史数据点的快速访问。 用于管理带时间戳数据的关键特性和优势包括以下几点

• 经过高速数据摄取优化，它们可以处理来自各种 IIoT 设备的快速数据涌入，而不会造成瓶颈。
• TSDB 可以水平扩展，以适应 IIoT 系统中不断增长的时序数据。
• TSDB 提供专门的查询语言和函数，可以轻松聚合、过滤和分析时序数据，使用户能够检测特定时间间隔内的模式、趋势和异常。
• 为了管理生成的大量数据，TSDB 通常包含内置数据压缩技术，可在不牺牲查询性能的情况下降低存储成本。
• TSDB 支持实时数据分析，使企业能够监控系统、检测问题并对事件做出实时响应，这在动态物联网环境中至关重要。

Grafana 简介及其在可视化 IIoT 数据中的作用

Grafana 是一个开源监控和可观测性平台，擅长可视化时序数据。它允许您创建动态和交互式仪表板。 Grafana 对于需要实时监控和分析物联网数据的企业和开发者非常有用。通过将原始数据转化为可视化图形和图表，Grafana 帮助团队发现重要的趋势、异常和见解。

它支持许多 TSDB，如 InfluxDB、Prometheus 和 TimescaleDB，并允许您将数据直接拉入自定义仪表板。您可以将 Grafana 连接到 Node-RED 馈入的 TSDB。这允许实时可视化 Node-RED 处理的数据，并完整查看整个物联网生态系统。您可以构建显示物联网系统当前历史趋势的仪表板，甚至可以为特定条件设置警报。

以下是使用 Grafana 进行监控和实时洞察的一些好处

• Grafana 非常灵活且易于使用。用户可以创建符合其需求的仪表板。仪表板可以显示各种可视化效果，从简单的折线图到复杂的热图。
• 借助 Grafana，用户可以实时监控 IIoT 数据。当停机或延迟成本高昂或对安全至关重要时，这一点至关重要。
• Grafana 具有警报系统，您可以配置该系统以在发生温度飙升或压力骤降等情况时通知用户。
• Grafana 可以与许多数据源和工具集成，包括 Node-RED 和各种 TSDB。这使得 Grafana 成为物联网监控的绝佳解决方案——它可以融入您现有的工作流程。
• Grafana 可以处理大量的时序数据，非常适合监控复杂的物联网部署。

Node-RED、TSDB 和 Grafana 的集成

Node-Red 如何连接物联网设备和系统

Node-RED 是物联网生态系统的中心枢纽，您可以在其中使用可视化编程界面连接设备、传感器、API 和其他系统。借助 Node-RED，您可以通过拖放代表不同组件或功能的节点来设计工作流程。您可以配置节点以从物联网设备收集数据、处理数据并将其发送到其他系统或数据库。您无需编码即可连接所有物联网组件，这使 Node-RED 成为构建和管理复杂物联网系统的强大工具。

将数据存储在 TSDB 中以实现高效检索和分析

一旦 Node-RED 从您的物联网设备收集了数据，下一步就是存储这些数据以供以后检索和分析。这就是时序数据库的用武之地。可以将 Node-RED 配置为将带时间戳的数据直接发送到 InfluxDB 或 TimescaleDB 等 TSDB。TSDB 旨在处理物联网设备生成的大量数据，并以允许快速查询和分析的方式存储数据。通过使用 TSDB，您可以确保您的物联网数据以高性能和可扩展的方式存储，以便您可以快速访问历史数据并执行高级分析。

使用 Grafana 仪表板可视化物联网数据

通过 TSDB 中的数据，Grafana 是将原始数据转化为洞察力的可视化层。 Grafana 连接到 TSDB，提取数据，然后通过交互式和可自定义的仪表板呈现数据。这些仪表板可以以可视化格式显示实时数据、历史趋势甚至预测分析。用户可以配置 Grafana 以显示不同的指标、设置警报和实时监控其物联网系统。 Node-RED、TSDB 和 Grafana 为管理和可视化物联网数据提供了完整的解决方案，因此您可以做出数据驱动的决策并改进运营。

对您的 IIoT 工作负载的好处

• 结合时序数据库和 Grafana 的 Node-RED 将在您的IIoT 环境中为您提供端到端数据流。它提供了一个用户界面，用于连接各种物联网设备和系统，而无需编码，从而加快了开发时间，并使更改或扩展您的 IIoT 项目变得更加容易。
• 当与 TSDB 结合使用时，Grafana 提供实时监控。您可以在自定义仪表板上可视化您的 IIoT 数据，并实时查看您的运营情况。实时可视化有助于您发现问题、了解趋势并快速做出决策，这在响应可以防止停机或效率低下时至关重要。
• 您需要一个带有 Node-RED 的 TSDB 来管理来自 IIoT 设备的时间戳数据。 TSDB 专为大型数据流而设计，因此数据存储效率高，并且可以快速分析。这意味着更高的性能和更低的成本，特别是对于长期数据保留和分析而言。
• 它是可扩展的，使其非常适合不断增长的物联网工作负载。当您添加更多设备和数据点时，您可以扩展您的 TSDB 和 Grafana 设置以处理更多数据，而不会降低性能。 Node-RED 也非常灵活，因此您可以在业务发展过程中添加新的设备或系统。
• 使用 Node-RED、TSDB 和 Grafana 实施预测性维护。 Node-RED 从传感器和机器收集数据，TSDB 存储数据，Grafana 向您显示模式，以便您可以在设备发生故障之前预测何时发生故障。主动维护可以节省成本、延长设备寿命并防止意外情况。

为什么要将您的 IIoT 工作负载与 Node-RED + 时序数据库和 Grafana 集成？

将您的 IIoT 工作负载与 Node-RED 和 Grafana 结合使用，可以为您提供一个完整而强大的解决方案，用于管理、分析和可视化您的物联网数据。 Node-RED 具有用于集成多个物联网设备的可视化编程界面，而 Grafana 具有动态、可自定义的仪表板，可以实时可视化来自 TSDB 的数据。这种集成支持高级分析，从而实现预测性维护策略，以防止设备故障、减少停机时间并优化维护计划。

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这篇文章由 Mercy Kibet 撰写。Mercy 是一位全栈开发者，擅长学习和撰写有关新兴和有趣的科技堆栈的文章。