通用 OTA 设计方案
背景
随着年龄的增长，很多曾经烂熟于心的技术原理已被岁月摩擦得愈发模糊起来，技术出身的人总是很难放下一些执念，遂将这些知识整理成文，以纪念曾经努力学习奋斗的日子。本文内容并非完全原创，大多是参考其他文章资料整理所得，感谢每位技术人的开源精神。
简介
本文介绍通用的 OTA 设计方案。OTA（Over The Air）即空中下载技术，基于无线网络对设备固件、软件或驱动进行更新。
方案
角色
本文说明的 OTA 方案中包含 6 个参与角色：
- 管理员（
ADMIN）：维护使用 OTA 服务的设备信息及固件版本信息。 - 设备（
DEVICE）：使用到 OTA 服务的设备。 - 网关（
GATEWAY）：过滤来自管理员和设备的请求。 - 认证服务（
AUTH SERVICE）：对管理员身份做鉴权。 - OTA 服务（
OTA SERVICE）：存储使用 OTA 服务的设备信息，并为这些设备提供 OTA 服务。 - 文件服务（
FILE SERVICE）：负责实际存储固件版本文件。
流程
整个流程分为 4 个阶段：
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A：管理员维护 OTA 设备信息。
-
A-1\] 管理员（`ADMIN`）发送设备管理请求到网关（`GATEWAY`），设备管理请求可能包含创建设备、更改设备信息、删除设备等操作；
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A-3\] 认证服务（`AUTH SERVICE`）确认合法后通知网关（`GATEWAY`）；
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A-5\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）处理完设备管理请求后返回给网关（`GATEWAY`）；
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B：设备上线注册，与 OTA 服务建立长连接。
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B-1\] 设备（`DEVICE`）发送上线注册请求到 OTA 服务（`OTA SERVICE`）；
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B-3\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）校验设备合法后返回给设备一个标识（如：token），设备后续请求都需携带这个标识；
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B-5\] 网关（`GATEWAY`）收到设备（`DEVICE`）的固件版本上报请求后，首先从请求中取出设备身份标识（如：token），发送设备身份验证请求到 OTA 服务（`OTA SERVICE`）；
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B-7\] 网关（`GATEWAY`）再次将设备（`DEVICE`）的固件版本上报请求转发给 OTA 服务（`OTA SERVICE`）；
-
B-9\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）将设备固件版本上报处理结果返回给网关（`GATEWAY`）；
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-
C：管理员上传固件升级包。
-
C-1\] 管理员（`ADMIN`）发送固件升级包上传请求到网关（`GATEWAY`）；
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C-3\] 认证服务（`AUTH SERVICE`）确认合法后通知网关（`GATEWAY`）；
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C-5\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）调用文件服务（`FILE SERVICE`）执行实际的固件升级包文件存储操作；
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C-7\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）收到固件升级包 URL 响应后存储固件升级包信息到数据库（通常是关系型数据库）；
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C-9\] 网关（`GATEWAY`）将固件升级包上传成功结果返回给管理员（`ADMIN`）。
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D-1\] 管理员创建 OTA 升级任务，将请求发送给网关（`GATEWAY`）；
-
D-3\] 认证服务（`AUTH SERVICE`）确认合法后通知网关（`GATEWAY`）；
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D-5\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）解析管理员下发的升级任务，计算并查找到需要升级的设备（`DEVICE`）以及对应的固件升级包信息；
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D-7\] 设备（`DEVICE`）收到 OTA 升级通知后，根据通知中的固件升级包 URL 下载文件；
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D-9\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）返回设备身份验证通过结果给网关（`GATEWAY`）；
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D-11\] 文件服务（`FILE SERVICE`）返回固件升级包二进制流给设备（`DEVICE`）；
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D-13\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）可以通过控制台展示设备（`DEVICE`）下载固件升级包的实时进度；
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D-15\] 设备（`DEVICE`）升级过程中可以持续上报升级进度给 OTA 服务（`OTA SERVICE`）；
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D-17\] 设备（`DEVICE`）升级完成后将升级结果上报给 OTA 服务（`OTA SERVICE`）；
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D-19\] OTA 服务（`OTA SERVICE`）可以通过控制台展示设备（`DEVICE`）升级的结果。
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本文只展示了一个通用的 OTA 设计方案，为什么说是 通用，因为应用到具体项目时需要根据实际需求情况做调整，譬如：
- 本文方案中的 OTA 服务（
OTA SERVICE）既负责固件版本信息维护，又负责设备信息维护，但在一些 ToB 项目中存在一个专门的服务用于维护设备信息，即 MDM（Mobile Device Management，移动设备管理），在这种情况下设备信息维护由 MDM 服务负责，而固件版本信息维护由 OTA 服务负责，本方案中展示的设备身份认证请求应该发送给 MDM 服务而非 OTA 服务； - 本文方案中的文件服务（
FILE SERVICE）其实混合了文件管理和文件存储这两个概念，通常在稍大规模的系统设计中，文件管理和文件存储服务是分离开的； - 本文方案只说明了整体业务流程，并未怎么提及实现细节，这其中还有很多具体的关键技术：
- 设备与 OTA 服务器之间的长连接管理；
- 管理员及设备的身份鉴权；
- 服务间鉴权；
- 固件包签名及合法性校验；
- 固件包下载协议：HTTP(S) / MQTT；
- 固件包版本号规则；
- 固件包分组传输；
- 固件包断点续传。