物联网的高效无线软件和固件更新

随着物联网 （IoT） 的蓬勃发展，智能设备的数量和类型都在增长，这些设备中的软件数量也在增长。竞争性市场导致产品上市时间缩短，因此产品不成熟，即使在发布后不久也需要对核心软件进行修复。随后，对远程管理这些设备的综合方法的需求日益增长。无线下载固件 （FOTA） 是一种用于更新连接设备的经济高效、可靠且安全的方法。

随着每年在越来越多的设备类型上成功执行越来越多的更新，固件无线传输 （FOTA） 的使用量正在显着增加。由于消费者希望他们的设备与最新功能和性能改进保持同步，因此 FOTA 现在已成为手机、平板电脑和其他连接设备的标准功能。事实上，消费者热切期待新固件的发布，如果他们的设备没有收到及时的更新，他们会感到沮丧。电信媒体渠道每天都会发布有关通过无线传输的新软件更新的新闻，当涉及到 Android 或 iOS 的主要版本时，甚至在主流媒体中也是如此。

目前，大多数 FOTA 更新是通过两个来源提供的：

· 移动运营商——他们使用 FOTA 使设备保持最新状态，以降低客户服务成本。运营商通常使用自己的交付基础设施，主要基于开放移动联盟设备管理 （OMA-DM） 标准。他们要求制造商在其设备中包含 FOTA 客户端，以便运营商可以通过无线方式将软件更新推送到网络中的所有设备。

· 设备原始设备制造商——在对运营商控制不严格的国家，大多数原始设备制造商更愿意为 FOTA 负责，以确保其客户及时获得更新。OEM 构建自己的交付基础设施，集成 FOTA 客户端，并通过无线方式将更新推送到他们的设备。

虽然需要 FOTA 来确保连接的设备、汽车和电器正常运行，但也存在重大挑战。这些挑战可以分为三个主要部分：

· 创建最小的增量文件以发送可靠且具有成本效益的更新

· 同时管理数十万台设备的版本控制

· 更新“资源受限”的设备

制造商越来越需要更全面的软件管理解决方案，以建立高价值、一对一的客户关系、构建差异化产品并创造持续的收入流。

缩小增量文件

毫不奇怪，代码库的大小和底层软件的复杂性正在以与包含它们的连接设备相似的速度增长。这种复杂性带来了重大的维护挑战。运营商在向等待的消费者部署最新的软件和操作系统版本时，不可避免地要处理网络拥塞问题。随着要更新的设备数量越来越多，delta 包的大小是影响推出更新需要多长时间以及将有多少核心网络带宽用于 FOTA 的关键因素，而不是说，创收服务，例如视频流。这个问题正在蔓延到 OEM 的世界，因为许多 OEM 都分担 FOTA 交付责任。

值得庆幸的是，这个痛点正在得到解决。专门从事 FOTA 更新的公司可以生成更小的 delta 文件，它有效地封装了当前终端设备（源版本）和新软件构建（目标版本）之间的差异（或 delta）。在某些情况下，通过分析源版本和目标版本之间的代码更改，基于增量的更新文件可能小于新软件构建大小的 5%。本质上，两个版本之间的差异要么被定义为全新的内容，例如新的应用程序或图形，要么被定义为由于将新代码插入目标图像而导致的更改，例如引用和指针。

高效的 delta 技术是成功的 FOTA 解决方案不可或缺的一部分，如果可以实现尽可能小的 delta，则必须通过网络分发的更新包/文件大小最小，从而减少下载时间并导致最少的网络量拥塞。

版本控制管理

设备的数量和其中软件的复杂性正在增加，并且已经达到某些设备中的软件成本超过硬件成本的地步。物联网正在推动对连接设备的更高级软件管理的需求。随着设备始终连接到云，制造商正在寻求一种全面的解决方案来管理软件 OTA。他们还在寻找一种能够利用行业标准进行 OTA 软件管理和设备配置的解决方案。这就是 OMA-DM 标准的用武之地，尤其是 OMA-DM 软件组件管理对象 （SCOMO） 标准。SCOMO 专门用于管理单个设备上的多个软件元素。

SCOMO 标准非常复杂，并且在解决 OEM 的需求方面得到了验证，例如，随着汽车内部软件和连接的数量增加。SCOMO 支持设备 OEM 所需的多种管理和通信元素。其中包括库存检索、软件资产版本控制（意味着一个版本优于另一个版本）以及在同一个包中部署多个软件更新。SCOMO 还支持管理受管软件元素之间的依赖关系，以便更新一个软件元素要求更新其他依赖软件。此外，SCOMO 包括与每个托管软件元素相关联的“环境类型”（EnvType）的概念。这可用于识别和处理需要不同安装方法的软件类型，

资源受限的设备更新

SCOMO 仅限于管理和通信协议，将实际操作（如应用程序更新和设备刷新）的实现留给设备制造商。因此，它足够灵活，可以满足不同的软件管理需求，同时仍然能够在不同供应商之间实现潜在的服务器-客户端互操作性，从而防止锁定。

随着越来越多的资源受限设备实现无线连接，越来越需要专门管理跨（小型）物联网的软件，例如汽车电子控制单元 （ECU）、嵌入式模块和机器对机器 （M2M） ） 用于公用事业、制造和物流的设备。这些环境的特点是分发更新的带宽有限，闪存资源不足以集成常规固件更新客户端，以及没有足够的 RAM 来存储软件更新包和执行固件更新。因此，此类设备要么无法远程更新，要么执行更新的过程耗时、容易出错且成本高昂。

例如，现代汽车和卡车可以包含 100 多个 ECU，它们负责车辆的运行，从控制发动机到制动和管理空调。对于汽车原始设备制造商和一级供应商而言，寻找一种具有成本效益的方式来维护汽车内越来越多的软件是一项日益严峻的挑战。

值得庆幸的是，这是最近解决的另一个问题，并且有一些可用的方法允许制造商在资源受限的环境中远程更新嵌入式设备，时间减半，从而显着节省制造商的保修成本和维护成本。与常规固件更新客户端一起，这些解决方案增加了在从 SCOMO 管理客户端流式传输增量更新文件时同时更新设备的能力。这些解决方案消除了网络和闪存资源瓶颈，从而消除了制造商对经销商进行日常软件维护的依赖，最终为制造商和消费者节省了时间和金钱。

审核编辑：郭婷