分布式智能終端在線升級系統(tǒng)研究

摘 要 隨著人工智能的日臻成熟，越來越多的技術(shù)從實驗室走向市場，逐步實現(xiàn)產(chǎn)品化、工業(yè)化。而計算設(shè)備小型化、移動化也是當(dāng)下一大趨勢，這些分布式的智能終端有著強大的邊緣計算能力，然而，支撐這些設(shè)備運算的軟件需要不定期地升級、更新，以便更好地提供服務(wù)。由于這些設(shè)備的地域分布、部署位置等原因，如果人為升級，將會非常費時費力，十分不便。本文提出一種基于HFS的分布式智能終端升級系統(tǒng)，采用C/S架構(gòu)，使用MQTT協(xié)議提供通信支持，實現(xiàn)分布式智能終端的在線升級。

關(guān)鍵詞 MQTT;HFS;在線升級

1背景及現(xiàn)狀

智能終端一般具有比較強大的計算、通信能力，可對實時采集的不同信號源進行自主分析、并與服務(wù)器主機進行通信。支撐起這些功能的是一些基于移動端架構(gòu)的軟件，根據(jù)軟件架構(gòu)的不同，一般可分為安卓、IOS架構(gòu)，以及arm架構(gòu)，X86架構(gòu)由于無法滿足一些工業(yè)場景需求，一般用作服務(wù)器端軟件構(gòu)架。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輕量化，許多支持安卓、IOS架構(gòu)的硬件平臺可實現(xiàn)一些人工智能技術(shù)的落地，如人臉識別技術(shù)，而使用這一軟件構(gòu)架的終端設(shè)備，由于軟件構(gòu)架中存在系統(tǒng)固件升級的流程策略，程序包，使版本升級工作變得十分便捷，只需按照相關(guān)步驟進行，即可完成程序包的推送、更新，就像我們手機中的app更新一樣，成熟穩(wěn)定[1]。

還有很多的智能終端，為了搭載計算能力更加強大的設(shè)備，采用arm軟件架構(gòu)，雖然arm架構(gòu)的設(shè)備與安卓、IOS設(shè)備在性能上差距不是非常明顯，但其穩(wěn)定性、經(jīng)濟性上的優(yōu)勢，在很多分布式智能場景中還是終端軟件構(gòu)架的首選。然而，這些arm架構(gòu)設(shè)備的軟件升級由于沒有系統(tǒng)自帶的升級策略、程序包，給應(yīng)用軟件的升級帶來極大的不便，這就需要用戶自己通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信，結(jié)合自身實際，自主開發(fā)一套分布式智能終端在線升級系統(tǒng)。

2基于HFS的分布式智能終端在線升級系統(tǒng)

在基于arm架構(gòu)的實際項目中，終端上的應(yīng)用軟件是通過python語言編寫的，以腳本方式運行。由于終端分布在不同的位置，每次應(yīng)用軟件升級如果人工執(zhí)行的話，費時費力，并且不易維護軟件版本，效率低下。通過采用C/S架構(gòu)模式的基于HFS的分布式智能終端升級系統(tǒng)，借助HFS成熟的文件傳輸體系，以及mqtt通信，實現(xiàn)了分布式終端的狀態(tài)監(jiān)測、程序文件傳輸、終端內(nèi)部升級等一套完整的在線升級流程[2]。

2.1 基本概念

HFS： Http File Server，是基于http協(xié)議的文件服務(wù)器，比FTP簡單，只需一句命令即可將指定文件夾設(shè)置為文件服務(wù)器，其他機器訪問指定端口即可訪問該文件夾，選擇其下的不同文件可進行下載。

MQTT：Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸，是ISO 標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC PRF 20922）下基于發(fā)布/訂閱范式、客戶端-服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱傳輸?shù)南f(xié)議，它工作在TCP/IP協(xié)議族上，為硬件性能低下的遠程設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)狀況糟糕的情況下而設(shè)計，具有輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)等特點。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)采用C/S（客戶端/服務(wù)器）構(gòu)架模式，其中，服務(wù)器主要進行HFS服務(wù)器的生成，以及升級包的維護，客戶端主要通過MQTT協(xié)議發(fā)送狀態(tài)信息，服務(wù)器通過HTPP協(xié)議將升級包的相關(guān)信息（地址、校驗值等）發(fā)送給客戶端，客戶端接收并下載、校驗后，將下載狀態(tài)反饋服務(wù)器，完成升級包的分發(fā)，客戶端再通過程序升級策略進行升級包的部署。系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖1。系統(tǒng)接口信息表如表1。

2.3 升級包的分發(fā)

升級包的分發(fā)是升級工作的關(guān)鍵，只有升級包能夠從服務(wù)器下載到指定終端，才能進一步進行系統(tǒng)的升級。與普通的IP地址點到點傳輸不同，MQTT協(xié)議通過訂閱/發(fā)布消息模式，無須具體知道客戶端IP地址，只需根據(jù)訂閱信息即可找到客戶端，這樣一來，極大方便了相關(guān)信息的傳送與交互，只要發(fā)送、接收的是同一主題的訂閱信息，即可形成消息傳輸。在公網(wǎng)通信中，獲取單機公網(wǎng)IP地址有時不是那么容易，而采用MQTT協(xié)議進行通信，提高了效率和準(zhǔn)確度。

升級包的分發(fā)分為服務(wù)器端和服務(wù)器、智能終端交互兩部分。服務(wù)器負責(zé)HFS服務(wù)器的搭建以及升級包的維護，智能終端主要負責(zé)實時上報自身狀態(tài)，主動連接服務(wù)器，一旦接收到服務(wù)器下發(fā)的升級包信息，立即下載，并通過校驗，反饋下載結(jié)果，形成與服務(wù)器的交互[3]。

服務(wù)器端操作主要步驟可分為：

（1）HFS服務(wù)器端配置并啟動服務(wù)，生成指定目錄下的http server。

（2）升級包維護，選擇升級包并上傳到HFS服務(wù)器，為下發(fā)做準(zhǔn)備。

（3）文件MD5值計算，提供通信校驗。

服務(wù)器、智能終端的交互，是升級包下載的關(guān)鍵，通過MQTT的信息交互，完成下載工作的準(zhǔn)備，再讓智能終端通過升級包地址下載，并通過計算MD5值與源升級包進行校驗，完成下載過程。整體過程如圖2，可概括如下。

服務(wù)器：

（1）通過MQTT協(xié)議實時接收智能終端發(fā)出的各種信息，包括連接信息、下載反饋信息等。

（2）選擇能夠連接的智能終端，向其發(fā)送升級包地址、版本、MD5等信息。

智能終端：

（1）實時接收服務(wù)器下發(fā)的升級包信息，包括地址、版本等。

（2）按照接收到的地址下載升級包，保存并計算MD5值。

（3）MD5校驗后，將下載結(jié)果發(fā)送服務(wù)器。

（4）維護版本配置文件。為執(zhí)行升級操作，創(chuàng)建一個版本配置文件，每次下載成功后，將“最新版本”字段維護為下載到的升級包版本。

（5）根據(jù)升級包替代策略，重新啟動程序。

圖2 服務(wù)器、智能終端交互流程圖

2.3 智能終端自主升級

每次智能終端上電開機，系統(tǒng)都要自動讀取版本配置文件，通過比較“當(dāng)前版本”與“最新版本”，并查看是否存在最新版本升級包，來執(zhí)行升級包的替換工作。主要流程可概括以下步驟：

（1）每次開機讀取配置文件，比較版本。

（2）若當(dāng)前版本比下載的升級包版本小，則首先查看下載保存路徑中是否有最新版升級包。

（3）若存在最新升級包，則將升級包拷貝到主程序運行目錄下，解壓，并重命名文件，使之替換原有主程序。

（4）啟動主程序，若能夠正常啟動，則替換成功;若啟動異常，則在主程序運行目錄下刪除升級包，再啟動原有主程序[4]。

3結(jié)束語

智能終端越來越廣泛的應(yīng)用，給我們的工作、生活帶來了極大便利，也讓人工智能技術(shù)在不同領(lǐng)域中落地開花，承載這些技術(shù)的軟件需要不斷升級更新，而為了滿足場景需要，這些智能終端通常都部署在不同的位置，這樣的分布式部署給軟件的升級帶來極大不便，雖然基于安卓系統(tǒng)的軟件構(gòu)架能夠滿足OTA遠程升級的要求，但是同樣廣泛應(yīng)用的嵌入式軟件構(gòu)架的終端沒有現(xiàn)成的升級策略及架構(gòu)，這使得很多情況下，需要根據(jù)自身項目實際，自主開發(fā)一套適應(yīng)項目的分布式升級系統(tǒng)。

本文描述的分布式智能終端升級系統(tǒng)，是面向arm架構(gòu)、嵌入式軟件的一種分布式升級系統(tǒng)，它采用C/S的模式，通過MQTT通信協(xié)議傳輸狀態(tài)信息，服務(wù)器端可根據(jù)狀態(tài)信息選擇向指定終端發(fā)布升級包的下載信息，再通過服務(wù)器生成HFS服務(wù)，智能終端可自動下載升級包，并進行MD5校驗，通過后完成升級包的下載。在每次終端上電啟動時，通過讀取配置文件信息，執(zhí)行主程序升級包的替換策略，保證了主程序的及時更新，極大提高了升級效率，壓縮了成本，有著極大的應(yīng)用前景和價值。同時，還有幾點不足，可在后續(xù)項目工作中不斷提高，讓該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中更加靈活、有效。

（1）主動式升級包分發(fā)機制。現(xiàn)有系統(tǒng)是服務(wù)器通過查看終端在線情況，人為選擇向指定終端分發(fā)升級包，屬于被動行為，后續(xù)系統(tǒng)可向終端主動上報程序版本，服務(wù)器端有升級包更新時，自動向終端分發(fā)升級包的方向改進，這樣可減少遺漏，也把升級包分發(fā)的策略交給服務(wù)器端，減輕了終端的計算量，讓有限的計算資源在主業(yè)務(wù)中起到最大作用。

（2）斷點續(xù)傳機制。在實際應(yīng)用中，很多情況下是都是基于公網(wǎng)通信的，通信質(zhì)量有時受基站信號影響不是很好，斷網(wǎng)現(xiàn)象時常發(fā)生，需要在網(wǎng)絡(luò)斷點續(xù)傳、通信重聯(lián)等機制上不斷改進完善，為升級工作提供有力保障[5]。

以上，是針對本系統(tǒng)的全面論述，在今后的工作中，還會根據(jù)應(yīng)用中的不足不斷改善，以做到更好、更高效地實現(xiàn)人工智能技術(shù)的落地。

參考文獻

[1] 張航.MQTT協(xié)議擴展與協(xié)議優(yōu)化的研究與應(yīng)用[D].北京：北京郵電大學(xué)，2019.

[2] 李娜.MQTT數(shù)據(jù)交換協(xié)議的分析與優(yōu)化[J].網(wǎng)絡(luò)空間安全，2019 （9）：49-58.

[3] 徐健.基于Winhex的HFS+文件提取方法研究[J].計算機時代，2019（8）：59-62.

[4] 施慶國，尚海立，馬婕，等.智能網(wǎng)聯(lián)汽車的OTA升級方案[C].中國汽車工程學(xué)會.2018中國汽車工程學(xué)會年會論文集.北京：北京汽車股份有限公司汽車研究院，2018：49-55.

[5] 魯亞凱.基于Linux系統(tǒng)智能電視OTA差分升級模式的改進與實現(xiàn)[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2018.

作者簡介

王經(jīng)緯（1987-），男，河北滄州人;學(xué)歷：碩士研究生學(xué)歷，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：中車研究院，研究方向：智能軟件研究。