物聯(lián)網(wǎng)的高效無線軟件和固件更新

隨著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的蓬勃發(fā)展，智能設(shè)備的數(shù)量和類型都在增長，這些設(shè)備中的軟件數(shù)量也在增長。競爭性市場導(dǎo)致產(chǎn)品上市時間縮短，因此產(chǎn)品不成熟，即使在發(fā)布后不久也需要對核心軟件進(jìn)行修復(fù)。隨后，對遠(yuǎn)程管理這些設(shè)備的綜合方法的需求日益增長。無線下載固件 （FOTA） 是一種用于更新連接設(shè)備的經(jīng)濟(jì)高效、可靠且安全的方法。

隨著每年在越來越多的設(shè)備類型上成功執(zhí)行越來越多的更新，固件無線傳輸 （FOTA） 的使用量正在顯著增加。由于消費(fèi)者希望他們的設(shè)備與最新功能和性能改進(jìn)保持同步，因此 FOTA 現(xiàn)在已成為手機(jī)、平板電腦和其他連接設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)功能。事實(shí)上，消費(fèi)者熱切期待新固件的發(fā)布，如果他們的設(shè)備沒有收到及時的更新，他們會感到沮喪。電信媒體渠道每天都會發(fā)布有關(guān)通過無線傳輸?shù)男萝浖碌男侣?，?dāng)涉及到 Android 或 iOS 的主要版本時，甚至在主流媒體中也是如此。

目前，大多數(shù) FOTA 更新是通過兩個來源提供的：

· 移動運(yùn)營商——他們使用 FOTA 使設(shè)備保持最新狀態(tài)，以降低客戶服務(wù)成本。運(yùn)營商通常使用自己的交付基礎(chǔ)設(shè)施，主要基于開放移動聯(lián)盟設(shè)備管理 （OMA-DM） 標(biāo)準(zhǔn)。他們要求制造商在其設(shè)備中包含 FOTA 客戶端，以便運(yùn)營商可以通過無線方式將軟件更新推送到網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備。

· 設(shè)備原始設(shè)備制造商——在對運(yùn)營商控制不嚴(yán)格的國家，大多數(shù)原始設(shè)備制造商更愿意為 FOTA 負(fù)責(zé)，以確保其客戶及時獲得更新。OEM 構(gòu)建自己的交付基礎(chǔ)設(shè)施，集成 FOTA 客戶端，并通過無線方式將更新推送到他們的設(shè)備。

雖然需要 FOTA 來確保連接的設(shè)備、汽車和電器正常運(yùn)行，但也存在重大挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)可以分為三個主要部分：

· 創(chuàng)建最小的增量文件以發(fā)送可靠且具有成本效益的更新

· 同時管理數(shù)十萬臺設(shè)備的版本控制

· 更新“資源受限”的設(shè)備

制造商越來越需要更全面的軟件管理解決方案，以建立高價值、一對一的客戶關(guān)系、構(gòu)建差異化產(chǎn)品并創(chuàng)造持續(xù)的收入流。

縮小增量文件

毫不奇怪，代碼庫的大小和底層軟件的復(fù)雜性正在以與包含它們的連接設(shè)備相似的速度增長。這種復(fù)雜性帶來了重大的維護(hù)挑戰(zhàn)。運(yùn)營商在向等待的消費(fèi)者部署最新的軟件和操作系統(tǒng)版本時，不可避免地要處理網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。隨著要更新的設(shè)備數(shù)量越來越多，delta 包的大小是影響推出更新需要多長時間以及將有多少核心網(wǎng)絡(luò)帶寬用于 FOTA 的關(guān)鍵因素，而不是說，創(chuàng)收服務(wù)，例如視頻流。這個問題正在蔓延到 OEM 的世界，因?yàn)樵S多 OEM 都分擔(dān) FOTA 交付責(zé)任。

值得慶幸的是，這個痛點(diǎn)正在得到解決。專門從事 FOTA 更新的公司可以生成更小的 delta 文件，它有效地封裝了當(dāng)前終端設(shè)備（源版本）和新軟件構(gòu)建（目標(biāo)版本）之間的差異（或 delta）。在某些情況下，通過分析源版本和目標(biāo)版本之間的代碼更改，基于增量的更新文件可能小于新軟件構(gòu)建大小的 5%。本質(zhì)上，兩個版本之間的差異要么被定義為全新的內(nèi)容，例如新的應(yīng)用程序或圖形，要么被定義為由于將新代碼插入目標(biāo)圖像而導(dǎo)致的更改，例如引用和指針。

高效的 delta 技術(shù)是成功的 FOTA 解決方案不可或缺的一部分，如果可以實(shí)現(xiàn)盡可能小的 delta，則必須通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)的更新包/文件大小最小，從而減少下載時間并導(dǎo)致最少的網(wǎng)絡(luò)量擁塞。

版本控制管理

設(shè)備的數(shù)量和其中軟件的復(fù)雜性正在增加，并且已經(jīng)達(dá)到某些設(shè)備中的軟件成本超過硬件成本的地步。物聯(lián)網(wǎng)正在推動對連接設(shè)備的更高級軟件管理的需求。隨著設(shè)備始終連接到云，制造商正在尋求一種全面的解決方案來管理軟件 OTA。他們還在尋找一種能夠利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 OTA 軟件管理和設(shè)備配置的解決方案。這就是 OMA-DM 標(biāo)準(zhǔn)的用武之地，尤其是 OMA-DM 軟件組件管理對象 （SCOMO） 標(biāo)準(zhǔn)。SCOMO 專門用于管理單個設(shè)備上的多個軟件元素。

SCOMO 標(biāo)準(zhǔn)非常復(fù)雜，并且在解決 OEM 的需求方面得到了驗(yàn)證，例如，隨著汽車內(nèi)部軟件和連接的數(shù)量增加。SCOMO 支持設(shè)備 OEM 所需的多種管理和通信元素。其中包括庫存檢索、軟件資產(chǎn)版本控制（意味著一個版本優(yōu)于另一個版本）以及在同一個包中部署多個軟件更新。SCOMO 還支持管理受管軟件元素之間的依賴關(guān)系，以便更新一個軟件元素要求更新其他依賴軟件。此外，SCOMO 包括與每個托管軟件元素相關(guān)聯(lián)的“環(huán)境類型”（EnvType）的概念。這可用于識別和處理需要不同安裝方法的軟件類型，

資源受限的設(shè)備更新

SCOMO 僅限于管理和通信協(xié)議，將實(shí)際操作（如應(yīng)用程序更新和設(shè)備刷新）的實(shí)現(xiàn)留給設(shè)備制造商。因此，它足夠靈活，可以滿足不同的軟件管理需求，同時仍然能夠在不同供應(yīng)商之間實(shí)現(xiàn)潛在的服務(wù)器-客戶端互操作性，從而防止鎖定。

隨著越來越多的資源受限設(shè)備實(shí)現(xiàn)無線連接，越來越需要專門管理跨（小型）物聯(lián)網(wǎng)的軟件，例如汽車電子控制單元 （ECU）、嵌入式模塊和機(jī)器對機(jī)器 （M2M） ） 用于公用事業(yè)、制造和物流的設(shè)備。這些環(huán)境的特點(diǎn)是分發(fā)更新的帶寬有限，閃存資源不足以集成常規(guī)固件更新客戶端，以及沒有足夠的 RAM 來存儲軟件更新包和執(zhí)行固件更新。因此，此類設(shè)備要么無法遠(yuǎn)程更新，要么執(zhí)行更新的過程耗時、容易出錯且成本高昂。

例如，現(xiàn)代汽車和卡車可以包含 100 多個 ECU，它們負(fù)責(zé)車輛的運(yùn)行，從控制發(fā)動機(jī)到制動和管理空調(diào)。對于汽車原始設(shè)備制造商和一級供應(yīng)商而言，尋找一種具有成本效益的方式來維護(hù)汽車內(nèi)越來越多的軟件是一項(xiàng)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

值得慶幸的是，這是最近解決的另一個問題，并且有一些可用的方法允許制造商在資源受限的環(huán)境中遠(yuǎn)程更新嵌入式設(shè)備，時間減半，從而顯著節(jié)省制造商的保修成本和維護(hù)成本。與常規(guī)固件更新客戶端一起，這些解決方案增加了在從 SCOMO 管理客戶端流式傳輸增量更新文件時同時更新設(shè)備的能力。這些解決方案消除了網(wǎng)絡(luò)和閃存資源瓶頸，從而消除了制造商對經(jīng)銷商進(jìn)行日常軟件維護(hù)的依賴，最終為制造商和消費(fèi)者節(jié)省了時間和金錢。

審核編輯：郭婷