数据集成的发展历程

早期发展阶段
数据集成的概念可以追溯到 20 世纪 60 年代。在那个时期,通用磨坊公司和达特茅斯学院在一个联合研究项目中提出了 "维度" 和 "事实" 的概念,这为后来数据仓库的发展奠定了基础。70 年代,ACNielsen 和 IRI 公司开始为零售销售提供维度数据集市,而 Bill Inmon 则开始定义和讨论 "数据仓库" 这一术语。

数据建模方法的发展
到 2011 年,人们发现当时的数据建模方法导致了数据孤岛和信息孤岛的问题。因此,增强的数据建模方法应运而生,旨在消除这种数据孤立的人为缺陷,促进集成数据模型的发展。从那时起,数据集成的趋势更倾向于松散耦合,并提供统一的查询接口来访问实时数据,而不是紧密耦合的数据仓库。

异构数据库集成
进入 80 年代初,计算机科学家开始设计异构数据库互操作系统。1991 年,明尼苏达大学为综合公共使用微数据系列 (IPUMS) 设计了第一个由结构化元数据驱动的数据集成系统,证明了使用数据仓库方法进行大规模数据集成的可行性。

现代集成方法
随着时间的推移,数据集成解决方案的重点从物理转换和移动数据到中央存储库的统一格式,转向了虚拟解决方案,这些解决方案集成并呈现所有数据的统一视图,而不改变底层物理数据。最近,重点转移到了联合解决方案(如数据网格),每个业务单元独立管理其数据,但以中央定义的格式呈现。
市场上的数据集成工具也采用了各种方法。一些工具仍在使用现代技术来提高传统技术的效率,而另一些则采取了更加联合的方法。然而,市场上解决方案的现有分散导致了大型企业内部采取分散的方法,不同团队使用不同工具来满足特定需求。大型组织通常混合使用遗留和现代数据集成系统,存在重叠和冗余。
数据集成的优势

提高数据管理效率和利用率
数据集成允许组织通过统一的平台访问和利用来自不同业务流程的数据。它将异构数据源中的数据合并为统一视图,使内部和外部用户能够轻松协作。这在商业环境中很有价值,比如公司需要合并数据库,或者在生物信息学等科学领域,需要整合来自不同存储库的研究结果时。

确保数据质量和完整性
通过整合来自各种来源的数据,数据集成确保了数据在整个企业中的准确性、一致性和可靠性,为数据挖掘和提取有用的商业信息奠定了基础。

加快获取有意义的洞见
借助数据集成,组织可以快速分析来自多个来源的数据,产生有价值的商业洞见。准确且相关的数据是生成有意义洞见的关键。

支持机器学习和预测分析
机器学习和预测分析是数据集成的两个关键用例。数据集成有助于整合和准备数据,以训练机器学习模型并支持预测分析。

支持云迁移
数据集成还支持云迁移,使组织能够在保持业务连续性的同时,逐步将遗留数据转移到云数据仓库。通过实时同步异构数据源中的数据,数据集成可以提高运营效率和决策质量。
数据集成步骤
数据集成是指将来自不同数据源的数据合并到一个统一的数据存储中的过程。数据集成通常涉及以下几种方式:

ETL(提取、转换、加载)
这是最常见的数据集成方式。它包括以下三个步骤:
- 提取 (Extract):从各种异构数据源中提取所需数据
- 转换 (Transform):对提取的数据进行清理、转换和规范化,使其符合目标数据存储的格式和要求
- 加载 (Load):将转换后的数据加载到目标数据存储中,如数据仓库或数据湖

ELT(提取、加载、转换)
与 ETL 不同,ELT 先将原始数据加载到目标数据存储中,然后再进行转换。这种方式更加高效,尤其适用于大数据场景。

数据引入 (Data Ingestion)
从各种数据源持续获取数据并加载到目标数据存储中。常用于实时数据集成场景。

数据复制 (Data Replication)
将数据从一个数据存储复制到另一个数据存储,以实现数据备份、高可用性或数据分析等目的。

数据虚拟化 (Data Virtualization)
在不进行物理数据移动的情况下,通过虚拟化技术将分散的数据源呈现为统一的数据视图,供应用程序访问。

数据集市 (Data Marketplace)
提供一个集中式平台,供不同的数据提供者发布和共享数据,数据消费者可以在此订阅所需数据。
总之,数据集成旨在将分散的数据源整合到一个统一的数据平台中,为数据分析、业务智能和其他数据驱动型应用提供支持。选择合适的数据集成方式需要根据具体的业务需求、数据量、性能要求等因素来权衡。
如何实现高效的数据集成

数据仓库方法
数据仓库方式是从异构数据源中提取、转换和加载数据,将其整合到统一的视图模式,使来自不同源的数据变得兼容。这种紧密耦合的架构可以快速解析查询,但对于频繁更新的数据集不太可行。

松散耦合与统一查询接口
松散耦合数据并提供统一的查询接口依赖于中介模式与原始源模式之间的映射,允许直接从原始数据库检索信息。这与面向服务的架构 (SOA) 方法一致。

虚拟数据集成
数据集成还可以通过虚拟数据集成来实现,构建一个虚拟中介模式来模拟所需信息,并为每个数据源设计"包装器"或适配器,将本地查询结果转换为可处理的形式。当用户查询中介模式时,数据集成解决方案会将查询转换为对各个数据源的适当查询。

元数据、数据质量和治理
元数据、数据质量和治理流程也很重要,以确保数据仓库或数据集市满足预期用途。分析师和管理人员有效高效地使用数据和信息是实现成功数据集成的关键。
数据集成的难点

数据源的异构性
在数据集成过程中,数据源的异质性是一个常见的挑战。异质性可分为语法异质和语义异质两种类型:
指的是所需整合的数据源与目标数据库在命名规则和数据类型方面存在冲突。例如,某个数据源中使用"姓名"字段来表示人名,而目标数据库使用"名称"字段;或者某个数据源将日期存储为字符串格式,而目标数据库要求日期为日期类型。这种语法上的差异需要在数据集成过程中进行转换与映射。
则涉及到数据源内容和含义的差异。即使字段名称和数据类型相同,不同数据源中的同一字段可能具有不同的语义含义。常常需要数据集成人员对数据字段的含义进行解释与调整,以确保语义的一致性。
处理数据源的异质性是数据集成的一项重要工作,需要对数据源进行深入的分析与理解,并采取适当的转换与映射策略来实现数据的无缝集成。

数据源的分布性
在数据集成场景中,所需整合的数据通常分布存储在不同的数据源中,这就导致了数据源具有分布式的特点。这些异地分布的数据源依赖网络进行数据传输,因此数据集成过程会受到网络传输性能的影响。除了网络性能之外,还需要考虑网络安全性问题,确保在数据传输过程中不会发生数据泄露或遭受恶意攻击。
为了应对数据源的分布式挑战,数据集成系统需要具备以下能力:
能够在网络环境下快速、可靠地传输大量数据
如加密传输、访问控制等,确保数据在传输过程中的安全性
如数据压缩、分块传输等,以提高数据传输效率
能够在网络中断或故障时自动重试或恢复,保证数据集成的可靠性
通过采用上述措施,数据集成系统可以更好地应对数据源分布式带来的挑战,实现高效、安全、可靠的数据集成。

数据源的自治性
数据集成所涉及的各个数据源是独立于集成系统存在的,具有很强的自主性。这意味着数据源可以在不通知集成系统的情况下,自主地改变自身的结构与数据内容。这对于数据集成系统来说是一个巨大的挑战,因为它需要具备足够的健壮性与适应性,以应对数据源的这种自主变化。
数据源自主性带来的主要问题包括:
数据源可能会增加、删除或重命名表与字段,破坏已建立的数据映射关系
数据源中的数据可能会发生更新、插入或删除,需要及时反映到集成系统中
数据源可能会临时或永久地离线,导致数据无法访问
为了应对数据源自主性带来的挑战,数据集成系统需要采取以下策略:
持续监控与更新数据源的元数据信息,及时发现变化并作出相应调整
能够自动检测数据源故障并进行重试或切换备份数据源
通过增量采集机制只获取数据源中发生变化的数据,避免重复采集
提供灵活的映射规则配置,以适应数据结构变化
通过上述措施,数据集成系统可以更好地应对数据源自主性带来的挑战,提高系统的健壮性与适应性,确保数据集成的连续性与一致性。
数据集成与数据仓库的区别
数据集成与数据仓库的概念区别
数据集成是指将来自不同数据源的数据进行整合,提供统一的数据视图,通常用于支持商业智能和数据挖掘应用程序。数据仓库是实现数据集成的一种特定架构方法,其中来自异构数据源的数据被提取、转换并加载到中央存储库或数据仓库中。
数据仓库的紧密耦合架构
数据仓库方法提供了一种紧密耦合的架构,数据在单一可查询的存储库中进行物理协调,从而高效地解决查询。然而,对于频繁更新的数据集,这种方法可行性较低,因为需要持续重新执行提取-转换-加载 (ETL) 过程以实现同步。
松散耦合的数据集成趋势
近年来,出现了更多松散耦合的数据集成方法,这些方法提供统一的查询接口来访问原始数据源中的实时数据,而不是维护单独的数据仓库。这更符合面向服务架构 (SOA) 的原则。
总结
数据集成是将来自不同数据源的数据进行整合的更广泛概念,而数据仓库是通过提取、转换和加载数据到中央存储库来实现数据集成的特定架构方法。数据集成是过程,数据仓库是基础设施。
数据集成面临的安全挑战

分布式和边缘计算环境中的安全挑战
在边缘计算环境中,数据可能在通过互联网连接的不同分布式节点之间传输,需要独立于云的特殊加密机制。边缘节点也可能是资源受限的设备,限制了安全方法的选择。此外,需要从集中式自上而下的基础设施转向分散式信任模型。

云计算环境中的数据安全和隐私挑战
云用户将其敏感数据托付给第三方提供商,这些提供商可能没有足够的措施来防止未经授权的访问、入侵或泄露。云用户还面临着遵守某些数据保护法规或标准(如 GDPR 或 HIPAA)的合规风险。此外,云用户对其云资源的管理、配置或优化方式可能缺乏可见性和控制权,并且他们可能无法根据特定需求或偏好对云服务进行定制或修改。

集成过程中的数据安全性和完整性
在将数据集成到内部和云环境之间的过程中,确保数据在传输和同步过程中的安全性和完整性是一个挑战。需要强大的监控工具和流程来监控系统运行状况并解决可能影响数据安全性的任何集成问题。

第三方 SaaS 应用程序和定制集成的安全性
随着组织越来越依赖第三方 SaaS 应用程序和定制集成,维护这些集成的安全性是一个挑战。随着 SaaS 产品的发展,集成可能需要重新审视和更新,昂贵且耗时。设计可扩展且灵活的集成,以适应未来的变化且不会影响安全性,是一个重要的考虑因素。
数据集成对企业的作用
数据集成对企业的作用不可小觑。通过将企业内部和外部的各种数据源有机整合到一起,数据集成极大地提高了数据的响应速度和可用性。以下是数据集成为企业带来的主要好处:

当企业所需的数据都被集成到一个统一的系统中后,员工无需再手动收集和整理数据,节省出的时间可以用于更有价值的数据分析和执行工作。

集成系统能够自动检测数据源中的变化,并及时将更新后的数据同步到集成环境中,确保企业始终拥有最新的数据。

数据集成系统会识别数据中的错误、重复和缺失,并进行相应的清理和改进。随着时间的推移,集成系统将为企业提供更加完整、一致和高质量的数据。

当企业的各类数据都集成到一个系统中,员工就能够快速访问所需的全部数据,从而更高效地进行数据分析和问题诊断。例如,当产品出现问题时,员工可以通过集成系统快速分析出产品问题的根源。

通过集成企业内外部的各种数据源,数据集成使企业能够从原本孤立的数据中发掘出新的洞见和价值,为企业的决策提供更全面的数据支持。
总之,数据集成为企业带来了更高效的工作流程、更高质量的数据资产、更智能的分析能力以及更大的数据价值,是提升企业数据驱动能力的关键一环。
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