为物联网高效无线升级软件

在物联网（IoT）兴起的大潮中，随着智能设备数量和类型的增多，设备内的软件也在不断增加。激烈的市场竞争要求尽可能地缩短产品上市时间，为此开发商们不得不将一些还不成熟的产品推向市场，结果在发布后不久即要对核心软件进行修复。在此大环境下，市场需要以一种综合方式对这些设备进行远程管理。固件无线更新（FOTA）正是这样一种低成本、高效率、可靠安全的联网设备更新方案。

  每年通过FOTA成功进行升级的设备型号越来越多。消费者希望通过新功能和性能改进使自己的设备保持最新状态，这使得FOTA成了为手机、平板电脑和其他联网设备的基础功能。事实上，消费者非常期待新的固件版本发布，如果自己的设备没有及时获得更新，他们甚至会感到沮丧。电信媒体每天都会发布无线软件更新的新闻，涉及安卓或iOS的重要版本时，主流媒体也会进行报道。

  目前，大部分FOTA更新通过以下两个来源提供：

  -移动运营商–他们利用FOTA实施设备升级，以减少客服成本。运营商各自的交付基础架构大多基于开放移动联盟的设备管理（OMA-DM）标准。他们要求制造商在其设备中加入FOTA客户端，使运营商能通过无线方式向网络中的所有设备推送软件更新。

  -原始设备制造商（OEMs）–在运营商控制力不强的国家，大部分OEMs更倾向于自己负责FOTA，以确保他们的客户及时获得更新。OEMs建立自己的交付基础构架，集成FOTA客户端，并向其设备无线发送升级通知。

  尽管联网设备、汽车、家电产品的正常运行都需要FOTA，但FOTA更新也面临着重大挑战。这些挑战大体可分为以下几方面：

  -创建最小的差分（delta）文件，以可靠、经济、高效的方式发送更新；

  -同时对数十万台设备的版本进行控制管理；

  -更新“资源受限”的设备。

  制造商需要更综合的软件管理解决方案，建立高附加值的一对一客户关系，打造差异化产品，创造持续性的营收模式。

  压缩差分（delta）文件

  毋庸置疑，随着联网设备的增多，此类设备所包含的代码库大小和基础软件的复杂性也随之增长，这给维护工作带来了严峻挑战。在为等待的客户部署最新软件和系统版本时，运营商必将面临网络拥堵问题。随着需要更新的设备数量不断增加，delta包的大小已成为一个关键性因素，它将影响推出更新的周期，运用FOTA的核心网络带宽成本（相对于视频流等应用而言，则是创收服务）。这个问题渐渐引起了OEMs的注意，很多OEMs则共同承担起FOTA传送的责任。

  幸好该问题正在得到解决。专业从事FOTA更新的公司,如RedBend软件公司，可生成很小的delta文件，有效封装终端设备现有版本（源版本）与新软件版本（目标版本）之间的差异（或delta）。在某些情况下，通过分析源版本与目标版本之间的代码变化，可将基于delta的更新文件缩小到新软件版本的5%以下。从本质上看，两个版本之间的差异分为两种：一种是全新内容，比如一个新的应用程序或图形；另一种是将新代码插入目标图像文件所产生的变化，比如引用和指针。

  有效的delta技术是成功的FOTA解决方案不可或缺的重要组成部分，如果能实现delta最小化，那么必须通过网络分发的更新包/文件也可实现最小化，从而可大大缩短下载时间，减少网络堵塞。

  版本控制管理

  设备数量和设备软件的复杂程度在不断上升，目前一些设备的软件成本甚至已超过了硬件成本。物联网要求对联网设备提供更先进的软件管理。随着设备发展到与云始终保持连接，制造商一直在寻求无线管理软件的综合方案。该方案需符合无线软件管理的行业标准，同时满足设备配置要求。这正是OMA-DM标准，特别是OMA-DM软件组件管理对象（SCOMO）标准的切入点。因为SCOMO是专门针对管理同一设备上多个软件元素的标准。

  SCOMO标准已经相当成熟，经实践证明能有效满足OEMs的需求，例如车内软件及其联网数量不断上升的需求。SCOMO支持设备制造商要求的全面管理和通信方案，包括目标检索、软件资产版本管理（版本之间的优先级）及在同一个包中部署多个软件更新。SCOMO还可以管理各软件之间的依存性，使一个软件要素的更新可强制其他相关软件也随之更新。此外，SCOMO中还包括“环境类型（EnvType）原理，与被管理的各软件相关联，可用于识别和处理需使用不同安装方法的软件类型，比如更新固件映像或安装/更新应用程序。

  资源受限的设备更新

  SCOMO仅限于软件管理和通信协议，实际操作实施（比如应用程序升级和设备刷新）由设备制造商负责。这种模式比较灵活，既能满足不同的软件管理需求，又能保证不同厂商服务器和客户端之间互操作性的可能，防止锁定。

  随着越来越多资源受限的设备可通过无线连接，通过互联网对微小的汽车电子控制单元（ECU）、嵌入式模块、用于公用事业/制造业/物流业的M2M设备等进行专门软件管理的需求变得日益清晰。这些环境通常缺乏分发更新包所需的带宽，没有集成常用固件更新客户端所需的充足闪存资源，没有储存软件更新包及进行固件更新所需的充足内存，导致此类设备或是无法进行远程更新，或是更新过程过长、易错且费用高昂。

  例如，先进的汽车和卡车中可包含上百个负责车辆操作的ECU，负责着引擎控制、刹车到空调管理。如何经济、有效地维护日益增长的车载软件是汽车制造商和一级供应商共同面临的重大挑战。

  幸运的是，这个问题最近也得到了解决，现在已有方法让制造商对资源受限环境中的嵌入式设备进行远程更新，不但更新时间可缩短一半，还可以大大节省制造商的保修和维护成本。结合普通的固件更新客户端，该解决方案能在SCOMO管理客户端发出delta更新文件的同时对设备进行更新。这些解决方案消除了网络和闪存资源瓶颈，使制造商不必再依靠经销商进行日常软件维护，最终为制造商和消费者都节约时间和金钱成本。

  FOTA在行动

  特斯拉的软件管理系统同时用于维修和性能改进更新。特斯拉于1月份发出了更新通知，这已不是特斯拉第一次，当然也不会是最后一次发出无线更新通知。跟传统召回要求消费者将车送至经销商处或服务中心相比，无线更新节省了大量时间、金钱，减少很大麻烦。随着联网汽车数量的不断增长，以后此类情况会越来越多。