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        OTA更新在物聯網設備管理中的作用

            根據IDC的最新報告,到2025年,將有416億個IoT設備,它們將產生79.4ZB的數據。連接的設備相互通信,傳輸數據集并在單個生態系統中工作。為了有效地做到這一點,它們需要定期更新,例如筆記本電腦和移動電話。
         
            但是,向智能設備發出聲音的嵌入式系統的更新不僅限于用新副本覆蓋文件。這是一個復雜的端到端機制,必須一致且無縫:用戶不希望直接參與修補,修復和增強其設備的過程。
         
            空中(OTA)更新可實現高效的遠程操作。但是,有一系列新的挑戰需要考慮。
        物聯網
         
            什么是OTA更新?
         
            如Gartner所述,OTA是指能夠通過移動或蜂窩網絡下載應用程序,服務和配置的功能。它發生在“空中”,即不需要將給定設備連接到另一臺設備來安裝更新。
         
            在嵌入式開發中,OTA機制意味著需要通過Wi-Fi,移動寬帶和設備OS中的內置功能,定期使用新設置,軟件和/或固件對Internet連接的硬件進行定期更新。
         
            OTA機制在物聯網應用程序開發中扮演著不可或缺的角色,其中包括:
         
            固件無線(FOTA)更新。該技術用于硬件組件,例如汽車工業中ADAS系統的電子控制單元(ECU)。例如,特斯拉通過FOTA更新在野外汽車中使用了新的修補程序和功能,例如高級自動駕駛儀。
         
            軟件無線(SOTA)更新。其中包括安全補丁,軟件更新和新功能實現:智能汽車中更新的導航圖和信息娛樂屏幕;聯網房屋中的智能計量和智能供暖等
         
         
            物聯網中OTA更新的好處
         
            改善安全性和合規性。OTA機制允許開發人員通過空中修補已知漏洞,而不用召回設備。而且,它們確保更快,更經濟地遵守不斷發展的法律和法規責任。
         
            減少維修費用。當在現場部署設備時,無法確保定期進行手動更新。OTA系統支持從單個統一界面進行無縫更新,以替代昂貴且耗時的現場服務。
         
            持續改進。OTA更新使制造商可以不斷修改其連接的系統,修復錯誤并提高產品性能,即使它們在生產線上或在消費者手中也是如此。這種方法消除了召回和現場維護,并提供了競爭優勢:這樣,無需等待將新功能集成到新一批設備中。
         
            額外的收入來源。原始設備制造商(OEM)可以在發行后通過OTA更新來實現附加組件,而無需物理訪問需要升級的固件。
         
            降低運營成本。根據StoutRisiusRoss的報告,軟件問題占所有行業召回的15%。OTA技術簡化了軟件升級和修復,并且如IHSAutomotive預測的那樣,能夠為企業節省超過350億美元的運營成本。
         
         
            OTA機制面臨的當前挑戰
         
            如果OTA更新改進了連接的設備,為什么我們經常聽到有關磚頭(即無法運行)設備,由于智能鎖故障而被困在公寓中的人以及劫持的汽車警報器的恐怖故事?
         
            上下文意識。對于某些設備,例如聯網的汽車或用于醫療手段的工具,任何改動都會帶來一定程度的風險。當系統在設備執行關鍵任務時發送更新時,就會發生這種情況。
         
            不回滾到早期版本。與OTA機制失敗相關的最著名丑聞之一發生在2017年。Airbnb對不正確的設備(該公司出租物業中使用的智能鎖的先前版本)部署了損壞的軟件更新。這些設備變得笨拙,無法收到另一個OTA更新來解決此問題。該系統的功能不包括自動回滾,這使租房者無法進入他們的公寓。不幸的結果是,鎖必須由供應商手動更新。
         
            安全問題。OTA系統中的潛在漏洞列表很多:中間人(MITM)攻擊,惡意軟件的引入以及其他弱點。發生這種情況的原因是關鍵數據的傳輸通道不受保護,缺少數字簽名或代碼簽名,沒有更新身份驗證等等。結果,黑客可以修改有效的更新,注入惡意代碼,接管設備并重新編程嵌入式系統的敏感組件。
         
            可擴展性。隨著連接設備數量的增長,OTA系統必須能夠適應不斷增長的需求,并通知數百至數千到數百萬個設備。開發人員應允許管理員安排其設備的更新計劃,以避免網絡飽和并限制意外停機時間。另一個挑戰是確保內置支持自動更新的配置選項,以適應帶寬限制。
         
         
            如何進行OTA技術實施:3個策略
         
            選擇的實施策略應與所討論的物聯網設備的性質,系統的架構以及可用的技術選擇保持一致。
         
            產品所有者可以選擇從頭開始構建定制的OTA系統,也可以從供應商那里購買現成的OTA解決方案。
         
            前一種方法提供了更多的自由和對遠程更新的控制,而后一種方法則加快了產品上市時間,是一種更具成本效益的解決方案。
         
            如果產品所有者選擇定制OTA解決方案,則可以通過以下三個主要框架使該項目栩栩如生:
         
            邊緣到云端的OTA更新。具有內置微控制器的已連接設備從遠程服務器接收OTA軟件包。該軟件包可以包括對微控制器的基礎硬件功能(FOTA)的升級,也可以對在其上運行的應用程序的更新(SOTA)。
         
            網關到云的OTA更新。一種具有Internet連接網關(例如,遠程信息處理系統)的系統,該網關管理一組本地設備,并從基于遠程云的服務器接收更新。更新包括已安裝的軟件應用程序,應用程序的主機環境和/或網關設備的固件的較新版本。
         
            邊緣到云到云端的OTA更新。連接到Internet的網關充當調度程序,從基于云的服務器下載更新,然后調度到另一個邊緣/網關。
         
         
            OTA更新最佳做法
         
            從第一天開始就著重于OTA機制。產品負責人和開發團隊傾向于忽略OTA更新功能的開發,測試和有效實施。結果,OTA機制被匆忙組裝并且缺乏許多基本要求。在最壞的情況下,OEM避免了額外的硬件成本,并且根本不將其納入IoT開發生命周期。
         
            檢查開發人員建立安全可靠的OTA機制的能力。供應商的物聯網專業知識不能保證能夠推出車隊范圍的更新。在物聯網系統中具有杰出技能的開發人員可能沒有建立故障安全更新系統的經驗。
         
            采用漸進式部署方法。管理員應該可以自由安排設備更新的時間,以避免網絡擁塞,壓力過大和拒絕服務(DoS)問題。漸進式部署方法將確保在推出大量產品之前更新IoT設備集。
         
            在計劃特定更新時,請考慮使用關鍵性問題。例如,在駕駛聯網汽車或使用醫療設備時,不應進行任何更新。
         
            使用內置的rollback確保原子更新。由斷電或網絡問題引起的錯誤更新可能會使設備變磚,這將要求完全恢復。但是,如果它是原子完成的,即回滾到上一個正常運行的版本,則意外事件不會導致設備阻塞。此外,值得將基本的IoT屬性(例如主機名,網絡配置和關鍵功能配置)存儲在特定文件中,該文件可以由即將進行的任何更新版本讀取。
         
            將備份服務集成到當前的工作配置中。如果在更新過程中發生問題,則IoT設備將重新加載最后一個已知和受信任的配置,該配置存儲在由私有或公共云平臺托管的上游存儲庫中。主要的云提供商都支持此功能:AmazonWebServices(AWS)IoT服務支持ThingShadows,而MicrosoftAzureIoTHub支持設備孿生。
         
            建立管理服務器。管理服務器將存儲清單列表,并跟蹤正在運行的軟件和固件版本。IoT的基本屬性(例如主機名,網絡配置和功能配置)應存儲在一個特定文件中,該文件可以由任何版本的固件讀取。
         
            安全性。有關通過空中傳輸數據的安全性的三個主要挑戰包括:
         
            身份驗證:數據必須從受信任的服務器發送到客戶端
         
            機密性:必須授予預定數量的用戶訪問途中數據的權限
         
            完整性:傳輸的更新不應被破壞。
         
            一種安全技術是數據源身份驗證(DOA)。使用DOA,每個更新都由供應商進行數字簽名,并且在開始更新之前,必須由IoT設備驗證數字簽名。
         
         
            結論
         
            隨著OTA的更新,沒有一個萬能的解決方案,因為每個物聯網系統都有其自己的一套要求和約束。一個熟練的團隊將調整OTA系統以解決這些問題,并提供有效的OTA解決方案。

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