时序时空数据库TSDB技术要点整理

一、基本概念

时序时空数据库 TSDB ：英文全称为 Time Series & Spatial Temporal Database，简称 TSDB，提供高效存取时序数据和统计分析功能的数据管理系统。是一种高性能、低成本、稳定可靠的在线时序时空数据库服务，提供高效读写、高压缩比存储、时序数据插值及聚合计算等服务，广泛应用于物联网（IoT）设备监控系统、企业能源管理系统（EMS）、生产安全监控系统和电力检测系统等行业场景；除此以外，还提供时空场景的查询和分析的能力。除此以外，还提供时空场景的查询和分析的能力。

TSDB 具备秒级写入百万级时序数据的性能，提供高压缩比低成本存储、预降采样、插值、多维聚合计算、可视化查询结果等功能，解决由设备采集点数量巨大、数据采集频率高造成的存储成本高、写入和查询分析效率低的问题。

二、时序时空数据库常用名词

时序数据（Time Series Data）：基于稳定频率持续产生的一系列指标监测数据。例如，监测某城市的空气质量时，每秒采集一个二氧化硫浓度的值而产生的一系列数据。

度量（Metric）：监测数据的指标，例如风力和温度。

标签（Tag）：一个标签（Tag）由一个标签键（TagKey）和一个对应的标签值（TagValue）组成，例如“城市（TagKey）= 杭州（TagValue）”就是一个标签（Tag）。注意：当标签键和标签值都相同才算同一个标签；标签键相同，标签值不同，则不是同一个标签。

值（Value）：度量对应的值，例如 15 级（风力）和 20 ℃（温度）。

时间戳（Timestamp）：数据（度量值）产生的时间点。

数据点 (Data Point)：针对监测对象的某项指标（由度量和标签定义）按特定时间间隔（连续的时间戳）采集的每个度量值就是一个数据点。

时间序列（Time Series）：针对某个监测对象的某项指标（由度量和标签定义）的描述。“一个度量 + N 个标签KV组合（N >= 1）”定义为一个时间序列，某个时间序列上产生的数据值的增加，不会导致时间序列的增加。 

时间线（Timeline）：等同于时间序列的概念。

时间精度：时间线数据的写入时间精度——毫秒、秒、分钟、小时或者其他稳定时间频度。

数据组（Data Group）：如果需要对比不同监测对象（由标签定义）的同一指标（由度量定义）的数据，可以按标签这些数据分成不同的数据组。例如，将温度指标数据按照不同城市进行分组查询。

聚合（ Aggregation）：当同一个度量（Metric）的查询有多条时间线产生（多个指标采集设备），那么为了将空间的多维数据展现为成同一条时间线，需要进行合并计算，例如，当选定了某个城市某个城区的污染指数时，通常将各个环境监测点的指标数据平均值作为最终区域的指标数据，这个计算过程就是空间聚合。

降采样（Downsampling）：当查询的时间区间跨度较长而原始数据时间精度较细时，为了满足业务需求的场景、提升查询效率，就会降低数据的查询展现精度，这就叫做降采样，比如按秒采集一年的数据，按照天级别查询展现。

数据时效（Data’s Validity Period）：数据时效是设置的数据的实际有效期，超过有效期的数据会被自动释放。

时空数据库：由于IoT领域的特性，其中采集到的很多数据不仅有时间信息，还有空间信息，因此时序数据库也需要能够识别和处理空间信息，以便更好地服务IoT场景。因此在时序数据库的基础上，添加了对空间信息的存储和处理能力。地理空间信息（主要是经纬度）。

三、数据库特点

TSDB 提供时序数据的高效读写。对于百万数据点的读取，响应时间小于 5 秒，且最高可以支撑每秒千万数据点的写入。

支持通过 HTTP 协议 和 TSDB Java Client 两种方式进行数据写入。

TSDB 支持通过 HTTP 协议、TSDB Java Client 以及 TSDB 控制台三种方式进行数据的查询操作。也可以通过 TSDB 控制台的数据查询功能进行数据分组、降采样、空间聚合的可视化数据查询展现。

可以通过控制台或者 API 设置数据的有效期。数据时效开启并设置完成后，系统对于定义的过期数据将立即标记失效，并在特定时间进行自动化清理。

可以在控制台上根据度量（Metric）进行数据清理，或者通过 API 进行更灵活的数据清理。

使用高效的数据压缩技术，将单个数据点的平均使用存储空间降为1~2个字节，可以降低90%存储使用空间，同时加快数据写入的速度。

提供专业全面的时序数据计算函数，支持降采样、数据插值和空间聚合计算，能满足各种复杂的业务数据查询场景。

提供实例运维系统，可以实时的掌握实例的运行情况、性能指标和存储空间使用情况，并通过设置报警通道，实时发现资源瓶颈。

提供 VPC 的实例访问方式，充分保证实例访问的安全性。

提供网络白名单功能：您可以通过设置允许访问实例的机器名单，进一步保证实例和数据的访问安全。

数据存储默认采取三副本策略，充分保证数据的可用性。

四、典型应用场景