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根據(jù)IDC的一份最新報(bào)告，到2025年，將有416億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，產(chǎn)生79.4 zetb的數(shù)據(jù)。連接的設(shè)備相互通信，傳輸數(shù)據(jù)集，并在單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中工作。為了有效地做到這一點(diǎn)，還需要定期更新，就像筆記本電腦和手機(jī)一樣。
但是，為智能設(shè)備提供語(yǔ)音的嵌入式系統(tǒng)的更新并不局限于用新的副本覆蓋文件。這是一個(gè)復(fù)雜的端到端機(jī)制，必須保持一致和無縫:用戶不希望直接參與打補(bǔ)丁、修復(fù)和增強(qiáng)設(shè)備的過程。
無線(OTA)更新可以實(shí)現(xiàn)高效的遠(yuǎn)程操作。但是有一系列新的挑戰(zhàn)需要考慮。
什么是OTA更新?
正如Gartner所述，OTA指的是通過移動(dòng)或蜂窩網(wǎng)絡(luò)下載應(yīng)用程序、服務(wù)和配置的能力。其發(fā)生在“空中”，即無需將給定設(shè)備連接到另一個(gè)設(shè)備來安裝更新。
在嵌入式開發(fā)中，OTA機(jī)制意味著通過Wi-Fi、移動(dòng)寬帶和設(shè)備操作系統(tǒng)中的內(nèi)置功能，定期更新與互聯(lián)網(wǎng)相連的硬件，包括新的設(shè)置、軟件和/或固件。
OTA機(jī)制在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)中發(fā)揮著重要作用，包括:
固件無線(FOTA)更新。該技術(shù)被用于硬件部件，如汽車工業(yè)中ADAS系統(tǒng)的電子控制單元(ecu)。例如，特斯拉通過FOTA更新，在其汽車上使用了新的補(bǔ)丁和功能，比如先進(jìn)的自動(dòng)駕駛儀。
軟件無線(SOTA)更新。這些包括安全補(bǔ)丁、軟件更新和新的功能實(shí)現(xiàn)：更新智能汽車的導(dǎo)航地圖和信息娛樂屏幕、聯(lián)網(wǎng)家庭的智能計(jì)量和智能供暖等。
物聯(lián)網(wǎng)中OTA更新的好處
提高安全性和合規(guī)性。OTA機(jī)制允許開發(fā)者通過網(wǎng)絡(luò)修補(bǔ)已知的漏洞，而不是召回設(shè)備。此外，還確保更快、更經(jīng)濟(jì)有效地遵守不斷演變的法律和監(jiān)管責(zé)任。
維護(hù)成本降低。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)部署大量設(shè)備時(shí)，無法確保定期手動(dòng)更新。OTA系統(tǒng)可以通過單一統(tǒng)一界面實(shí)現(xiàn)無縫更新，以替代成本高、耗時(shí)長(zhǎng)的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。
持續(xù)改進(jìn)。OTA更新允許制造商不斷修改其連接的系統(tǒng)，修復(fù)錯(cuò)誤并提高產(chǎn)品性能，即使它們?cè)谏a(chǎn)線上或在消費(fèi)者手中。這種方法消除了召回和親自維護(hù)，并提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。通過這種方式，無需等待在新一批設(shè)備中加入新功能。
額外的收入來源。原始設(shè)備制造商(oem)可以在發(fā)布后通過OTA更新實(shí)現(xiàn)附加組件，而無需物理訪問需要升級(jí)的固件。
降低運(yùn)營(yíng)成本。根據(jù)Stout Risius Ross的報(bào)告，軟件問題占全行業(yè)召回的15%。OTA技術(shù)簡(jiǎn)化了軟件升級(jí)和修復(fù)，據(jù)IHS Automotive預(yù)測(cè)，該技術(shù)能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省超過350億美元的運(yùn)營(yíng)成本。
OTA機(jī)制目前面臨的挑戰(zhàn)
都說OTA更新改善了連接設(shè)備，那為什么還是經(jīng)常聽到關(guān)于設(shè)備無法運(yùn)行、人們因智能鎖故障而被困在公寓里、以及汽車警報(bào)器被劫持的恐怖故事？
情境意識(shí)。對(duì)于某些設(shè)備，如聯(lián)網(wǎng)汽車或用于醫(yī)療手段的設(shè)備，任何修改都會(huì)帶來一定程度的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)系統(tǒng)在設(shè)備執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)時(shí)，發(fā)送更新時(shí)就會(huì)發(fā)生這種情況。
不能回滾到早期版本。與失敗的OTA機(jī)制相關(guān)的最著名的丑聞之一發(fā)生在2017年。Airbnb將損壞的軟件更新部署到不正確的設(shè)備——該設(shè)備是該企業(yè)出租物業(yè)使用的智能鎖的早期版本。設(shè)備無法運(yùn)行，無法接收另一個(gè)OTA更新來解決這個(gè)問題。該系統(tǒng)的功能不包括自動(dòng)回退功能，這使得租客無法進(jìn)入公寓。由于這次事故，必須由供應(yīng)商手動(dòng)更新鎖。
安全問題。OTA系統(tǒng)中的潛在漏洞非常多：中間人(MITM)攻擊、惡意軟件的引入和其他弱點(diǎn)。這是由于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸通道不受保護(hù)、缺少數(shù)字簽名或代碼簽名、缺少更新身份驗(yàn)證等等。因此，黑客可以修改有效的更新，注入惡意代碼，接管設(shè)備，并對(duì)嵌入式系統(tǒng)的敏感組件重新編程。
可擴(kuò)展性。隨著連接設(shè)備數(shù)量的不斷增加，OTA系統(tǒng)必須能夠適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的需求，并為成百上千甚至數(shù)百萬(wàn)的設(shè)備提供信息。開發(fā)人員應(yīng)允許管理員安排對(duì)其設(shè)備的更新，以避免網(wǎng)絡(luò)飽和和限制意外停機(jī)。另一個(gè)挑戰(zhàn)是確保內(nèi)置支持自動(dòng)更新的配置選項(xiàng)，以適應(yīng)帶寬限制。
如何實(shí)現(xiàn)OTA技術(shù):3個(gè)策略
選擇的實(shí)施策略應(yīng)與相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的性質(zhì)、系統(tǒng)架構(gòu)和可用的技術(shù)選擇保持一致。
產(chǎn)品所有者可以在從零開始構(gòu)建自定義OTA系統(tǒng)，和從供應(yīng)商那里購(gòu)買現(xiàn)成的OTA解決方案之間做出選擇。
前一種方法提供了對(duì)遠(yuǎn)程更新的更多自由和控制，而后一種方法加快了上市時(shí)間，是一種更具成本效益的解決方案。
如果產(chǎn)品負(fù)責(zé)人選擇自定義OTA解決方案，則可以通過3個(gè)主要框架來實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目：
邊緣到云端OTA更新。具有內(nèi)置微控制器的連接設(shè)備接收來自遠(yuǎn)程服務(wù)器的OTA包。該軟件包可以包括對(duì)微控制器底層硬件功能(FOTA)的升級(jí)，以及對(duì)運(yùn)行在其上的應(yīng)用程序(SOTA)的更新。
網(wǎng)關(guān)到云OTA更新。一種具有與互聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)(例如，遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng))的系統(tǒng)，其管理一組本地設(shè)備，并從基于云的遠(yuǎn)程服務(wù)器接收更新。更新包括已安裝的軟件應(yīng)用程序、應(yīng)用程序的主機(jī)環(huán)境和網(wǎng)關(guān)設(shè)備的固件的更新版本。
邊緣到網(wǎng)關(guān)到云端OTA更新。連接互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)充當(dāng)調(diào)度程序，從基于云的服務(wù)器下載更新，然后分發(fā)到另一個(gè)邊緣/網(wǎng)關(guān)。
OTA更新最佳實(shí)踐
從一開始就關(guān)注OTA機(jī)制。產(chǎn)品所有者和開發(fā)團(tuán)隊(duì)往往會(huì)忽視OTA更新功能的開發(fā)、測(cè)試和有效實(shí)現(xiàn)。因此，OTA機(jī)制被倉(cāng)促地組裝起來，缺乏許多基本需求。在最壞的情況下，原始設(shè)備制造商避免額外的硬件成本，并完全不將機(jī)制納入物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)生命周期。
檢查開發(fā)人員在構(gòu)建安全可靠的OTA機(jī)制方面的能力。供應(yīng)商的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識(shí)并不能保證有能力推出全機(jī)制的更新。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方面有突出技能的開發(fā)人員可能沒有任何建立故障安全更新系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。
采用漸進(jìn)式部署方法。管理員應(yīng)該可以自由安排設(shè)備的更新，以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞、壓力過大和拒絕服務(wù)(DoS)問題。漸進(jìn)式部署方法將確保IoT設(shè)備在大規(guī)模批量推出之前進(jìn)行更新。
在安排特定更新時(shí)考慮使用的關(guān)鍵性問題。例如，當(dāng)駕駛聯(lián)網(wǎng)汽車或使用醫(yī)療設(shè)備時(shí)，不應(yīng)該進(jìn)行更新。
確保帶有內(nèi)置回滾的原子更新。由斷電或網(wǎng)絡(luò)問題引起的錯(cuò)誤更新可能會(huì)使設(shè)備癱瘓，并且需要完全恢復(fù)。但是，如果其以原子方式完成，即回滾到上一個(gè)功能版本，意外事件就不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備變磚。此外，將基本的物聯(lián)網(wǎng)屬性，如主機(jī)名、網(wǎng)絡(luò)配置和關(guān)鍵特性配置，存儲(chǔ)在一個(gè)特定的文件中是值得的，任何版本的更新都可以讀取該文件。
將備份服務(wù)集成到當(dāng)前工作配置中。如果在更新過程中出現(xiàn)問題，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將重新加載最新的已知且可信配置，該配置存儲(chǔ)在私有或公共云平臺(tái)托管的上游存儲(chǔ)庫(kù)中。該特性得到了主要云提供商的支持:Amazon Web Services(AWS)IoT服務(wù)支持Thing Shadows，而Microsoft Azure IoT Hub支持設(shè)備孿生。
構(gòu)建管理服務(wù)器。管理服務(wù)器將存儲(chǔ)清單列表并跟蹤正在運(yùn)行的軟件和固件版本。基本的物聯(lián)網(wǎng)屬性，例如主機(jī)名、網(wǎng)絡(luò)配置和特性配置，應(yīng)該存儲(chǔ)在可以被任何版本的固件讀取的特定文件中。
安全。與空中傳輸數(shù)據(jù)的安全性有關(guān)的3個(gè)主要挑戰(zhàn)包括：
?、?身份驗(yàn)證：數(shù)據(jù)必須從受信任的服務(wù)器發(fā)送到客戶端
?、?保密性：必須將傳輸中數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限授予預(yù)定數(shù)量的用戶
?、?完整性：傳輸?shù)母虏粦?yīng)該被破壞。
一種安全技術(shù)是數(shù)據(jù)源身份驗(yàn)證(DOA)。使用DOA，每次更新都由供應(yīng)商進(jìn)行數(shù)字簽名，并且在開始更新之前必須由IoT設(shè)備驗(yàn)證數(shù)字簽名。
總結(jié)
隨著OTA的更新，沒有一個(gè)萬(wàn)能的解決方案，因?yàn)槊總€(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都有自己的一套要求和約束。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)會(huì)優(yōu)化OTA系統(tǒng)，以解決這些問題，并提供有效的OTA解決方案。
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