深入了解物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的OTA升級(jí)機(jī)制

2020年，特斯拉發(fā)布過一次OTA更新，車主可以通過這次系統(tǒng)更新獲得座椅加熱功能。當(dāng)時(shí)，這則新聞?wù)痼@了車圈和所有車主，彼時(shí)的大家還沒有把汽車當(dāng)作可以“升級(jí)”的智能設(shè)備。 如今3年過去了，車主對(duì)各家車企的OTA升級(jí)早已見怪不怪。 在智能設(shè)備早已普及的今天，大家對(duì)“軟件升級(jí)”這個(gè)概念已經(jīng)非常熟悉： 軟件可以升級(jí)、個(gè)人電腦可以升級(jí)、手機(jī)系統(tǒng)可以升級(jí)…… 但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的升級(jí)，大家也許還會(huì)感到陌生和好奇。為什么原本不具備加熱功能的座椅或方向盤，僅通過一次軟件升級(jí)，就能獲得新功能呢？ 這就要引出我們今天的主角——OTA。 ?

什么是OTA？

OTA（Over-The-Air，空中下載技術(shù)）是一種無線傳輸技術(shù)，用于在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行遠(yuǎn)程更新和配置。OTA指的是通過無線通信網(wǎng)絡(luò)來遠(yuǎn)程更新或升級(jí)嵌入式系統(tǒng)中的軟件或固件。OTA 更新是一種方便的方法，用于將新功能、改進(jìn)后的性能、安全補(bǔ)丁或其他更改推送到嵌入式設(shè)備，而無須物理接觸設(shè)備或用戶手動(dòng)干預(yù)。

·OTA簡(jiǎn)化了設(shè)備的更新和維護(hù)過程。傳統(tǒng)的軟件更新方法通常需要用戶將設(shè)備帶到服務(wù)中心或使用有線連接進(jìn)行更新，這既耗時(shí)又麻煩。而OTA技術(shù)則允許設(shè)備自動(dòng)接收并安裝更新，大大節(jié)省了時(shí)間和精力。 ·OTA技術(shù)提高了設(shè)備的可靠性和安全性。通過定期更新設(shè)備軟件，可以修復(fù)潛在的安全漏洞和性能問題，從而降低設(shè)備被攻擊和損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

·OTA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和故障排除，幫助用戶更快地解決問題。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，OTA技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，如智能家居、智能城市、工業(yè)自動(dòng)化等。

OTA方案的特點(diǎn)

面對(duì)遠(yuǎn)程更新所面臨的挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)遠(yuǎn)程更新方案需要具有如下特點(diǎn)。

時(shí)間短、效率高

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)盡可能減少遠(yuǎn)程升級(jí)的時(shí)間，提高升級(jí)效率。 ·通過控制升級(jí)包的大小，采用差分分組來降低升級(jí)包的大小，減少遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間。 ·通過模塊內(nèi)升級(jí)提高升級(jí)的靈活度。

·增加斷點(diǎn)續(xù)傳功能，避免終端故障或通信中斷造成的數(shù)據(jù)重傳，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。

合理使用無線資源，提升終端更新的服務(wù)效率

為了提升無線資源的使用效率，終端遠(yuǎn)程更新服務(wù)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并發(fā)，一個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)一次遠(yuǎn)程更新計(jì)劃，其中包含一組待更新的遠(yuǎn)程終端。同時(shí)，為了保障同一無線區(qū)域中其他終端業(yè)務(wù)的正常使用，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)對(duì)進(jìn)行更新操作的終端數(shù)量進(jìn)行限制。

高可靠性

高可靠性是為了保障終端更新的效率。 ·遠(yuǎn)程更新的管理和控制要精細(xì)、準(zhǔn)確、智能化。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)能根據(jù)具體終端的狀態(tài)進(jìn)行有效性檢查（如版本、文件類型、升級(jí)包大小等），然后再觸發(fā)終端遠(yuǎn)程更新流程。 ·通過引入狀態(tài)機(jī)的機(jī)制、對(duì)遠(yuǎn)程更新過程實(shí)施控制并實(shí)現(xiàn)異常處理，能夠保障端云間控制的協(xié)同，降低遠(yuǎn)程更新操作的風(fēng)險(xiǎn)。

·在遠(yuǎn)程升級(jí)過程中，為了避免升級(jí)包數(shù)據(jù)可能出錯(cuò)或丟失，要考慮使用升級(jí)包的校驗(yàn)機(jī)制來確保升級(jí)包的完整性，使用可靠的傳輸協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，并使用物?lián)網(wǎng)平臺(tái)的重試策略保證傳輸和升級(jí)過程的穩(wěn)定性。

通用性

通用性是指物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)接入的不同領(lǐng)域、不同種類的異構(gòu)終端應(yīng)該使用相同的終端更新流程。這樣可以最大限度地降低終端遠(yuǎn)程更新的維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)用戶的自服務(wù)、自管理，以及對(duì)異構(gòu)終端的規(guī)?；隆?·終端遠(yuǎn)程更新方案需要做到控制流和業(yè)務(wù)流的分離,控制流不受終端所處環(huán)境的影響。 ·控制流采用標(biāo)準(zhǔn)、開放的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議承載，保證技術(shù)方案的可實(shí)施性。

·兼容升級(jí)包，并支持業(yè)務(wù)流的個(gè)性化升級(jí)，而且支持第三方差分服務(wù)商提供的差分包升級(jí)服務(wù)。

OTA系統(tǒng)的參考架構(gòu)和服務(wù)流程

物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由服務(wù)端和終端兩部分組成。

物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程更新服務(wù)端是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的一個(gè)功能模塊，主要實(shí)現(xiàn)用戶自服務(wù)和遠(yuǎn)程更新的管理控制功能。用戶自服務(wù)是指用戶通過門戶方式進(jìn)行遠(yuǎn)程更新任務(wù)的制定和遠(yuǎn)程更新狀態(tài)的查詢。任務(wù)制定內(nèi)容包括更新版本、升級(jí)包、待升級(jí)終端組和更新策略等;遠(yuǎn)程更新管理包括更新的觸發(fā)、升級(jí)包下載和安裝控制，以及下載和安裝失敗時(shí)的策略執(zhí)行控制。

升級(jí)包的生成和下載在服務(wù)端完成，并支持兩種方式：

一種是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為待升級(jí)的終端提供下載服務(wù)，這種方式是用戶通過門戶上傳升級(jí)包，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)負(fù)責(zé)升級(jí)包的管理；

另一種是第三方差分服務(wù)器提供差分分組的生成和下載，在這種方式下，用戶在制定任務(wù)時(shí)需要選擇第三方差分服務(wù)器的訪問地址。

無論是哪種方式，服務(wù)端和終端都要支持斷點(diǎn)續(xù)傳功能。

遠(yuǎn)程更新時(shí)，終端需要根據(jù)服務(wù)端的指示來下載、安裝升級(jí)包并上報(bào)安裝結(jié)果。終端下載應(yīng)支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能和升級(jí)包的校驗(yàn)功能。終端安裝應(yīng)支持安裝和容錯(cuò)功能，容錯(cuò)是指終端在安裝階段對(duì)故障進(jìn)行隔離和處理，以確保安裝失敗時(shí)不影響終端的正常運(yùn)行。

遠(yuǎn)程更新服務(wù)流程包括更新任務(wù)制定、更新觸發(fā)、升級(jí)包下載和安裝4個(gè)階段。

OTA服務(wù)流程示意圖

結(jié)語(yǔ)

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，OTA技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，如智能家居、智能城市、工業(yè)自動(dòng)化等。 然而，OTA技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)： 第一，由于設(shè)備種類繁多，不同設(shè)備可能需要不同的OTA技術(shù)和協(xié)議。這需要開發(fā)者針對(duì)不同的設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行定制化開發(fā)，增加了開發(fā)和維護(hù)成本。

第二，OTA技術(shù)的安全性和可靠性也需要考慮。如果OTA更新過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤或中斷，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作或數(shù)據(jù)丟失。

總的來說，OTA技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供了更高效、更安全的更新和維護(hù)方式。雖然它面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，我們相信OTA將在未來發(fā)揮更大的作用。

審核編輯：黃飛

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