（通信与信息系统专业论文）fota关键技术的优化与设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 终端是移动业务中不可或缺的重要组成部分。为了实现新业务的有效管 理和创新服务模式，目前一些主流移动运营商和终端制造商都在努力提高网 络对终端设备的远程管理能力，因此，作为移动终端管理的关键技术，f o t a 近年来得到了移动通信产业的高度关注。 本文基于f o t a 技术实现的基本原理和更新的固有特点，在f o t a 研究领域 首次提出了固件轮廓表示技术f - p r o f 。由于包含了更新固件字节流之间的 “宏匹配”轮廓信息，f - p r o f 简化了固件更新问题处理的复杂性，因此， f - p r o f 的设计实现了一种新的更新机制。为了取得f p r o f 内容信息，本文在 f o t a 技术流程中增加了独立的固件预处理环节，相应地，由于设计了“宏匹 配”操作码，f - p r o f 技术可以达到优化d f 文件记录和提高更新效率的目的。 最后，本文对更新过程中涉及的存储管理问题也进行了深入的讨论，包 括地址预留和动态重分配两种方案。 关键字：固件更新、移动设备管理、开放移动联盟 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t e r m i n u si sai n d i s p e n s a b l ep a r tf o rm o b i l es e r v i c e a tp r e s e n t ，i no r d e rt o i m p l e m e n te f f e c t i v em a n a g e m e n ta n dc r e a t i v es e r v i c ep a t t e r nf o rv a l u e a d d e d s e v i c e ，s o m el e a d i n gm o b i l eo p e r a t o r sa n dm o b i l ep h o n em a n u f a c t u r e ra r en o w a p p l yt h e m s e l v e s t o i m p r o v e t h er e m o t e m a n a g i n ga b i l i t y f o rt h e t e r m i n u s e s ，c o n s e q u e n t l y , a sb e i n gak e yt e c h n i q u eo fm d m ( m o b i l ed e v i c e m a n a g e m e n t ) ，f o t a ( f i r m w a r eo v e rt h ea i r ) s e i z e ss t r o n ga t t e n t i o n si nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y f i r s t l y , b a s e do nb a s i cp r i n c i p l e sa n di n t r i n s i cf e a t u r e so ff o t a ，t h i sp a p e r p r e s e n t san e wt e c h n i q u en a m e df i r m w a r e - p r o f i l er e p r e s e n t a t i o n ( f p r o f ) i n f o t ar e s e a r c hf i e l d s s i n c e c o n t a i n i n gp r o f i l ei n f o r m a t i o nw h i c hr e p r e s e n t s “m a c r o m a t c h ”f e a t u r eo ft w of i r m w a r eb y t es t r e a m s ，f p r o fc a n s i m p l i f y c o m p l e x i t yw i t hu p d a t i n gf i l e ，t h e r e f o r e ，f p r o fi m p l e m e n tan e wm e c h a n i s mf o r f o t a f o rg e e i n gf - p r o fc o n t e n ti n f o r m a t i o n ，t h i sp a p e rd e v i s e sai n d e p e n d e n t f i r m w a r e - - p r e - p r o c e s s i n g i nf o t at e c h n o l o g i c a lp r o c e s s i n g f l o w , a c c o r d i n g l y , “m a c r o - m a t c h ”o p c o d e ( o p e r a t i o nc o d e ) i sa l s oa d d e d ，s of p r o f c a no p t i m i z ed f ( d i f f e r e n c i n gf i l e ) r e c o r dt oa t t a i nag o a lo f e n h a n c e m e n tf o ru p d a t i n ge f f i c i e n c y f i n a l l y , t w os o l u t i o n si n c l u d i n ga d d r e s sr e s e r v e da n dd y n a m i cr e a l l o c a t i o n ， d e v i c em e m o r ym a n a g e m e n tm e c h a n i s mr e l a t e dw i t hu p d a t i n gp r o c e s s ，a l s oa r e d i s c u s s e dd e e p l yi nt h i sp a p e r k e y w o r d s ：f o t a 、m d m 、o m a 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1手机产品演进的重要趋势 据国内权威分析机构赛迪顾问c c i dc o n s u l t i n g 提供的资料显示，截 至2 0 0 5 年底，中国的移动通信用户数己达到了3 9 3 亿户，比上年增加了 5 8 0 0 万户；移动通信业务收入首次突破3 0 0 0 亿元的新高( 达到3 0 9 2 亿元) ， 年增长率达到1 7 5 。 下图是c c i d 对未来几年中国移动通信市场的预测。 亿元 瑚 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 92 0 1 0 聍旧 图1 1c c i d 对未来中国移动通信业务市场的总量预测 从图中清晰可以看出，受未来中国的3 g 网络升级建设和移动数据应用 的日益普及和拉动，中国移动通信市场在未来几年仍将会保持高速、平稳 的发展势头。 较为明显的是，最近几年移动通信市场呈现出了一个明显的迹象，那 就是随着低端用户比例逐步增加和市场竞争日益激烈，运营商营收中对于 主要来自语音等基础电信业务的每用户业务收入值( a r p u ) 显现出持续下降 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 趋势。鉴于这种状况，移动运营商越来越重视新业务的研究和开发，并试 图利用新业务的增长点来维持甚至提高其a r p u 值。而当前这些新业务主要 表现为移动数据业务，因此，这种趋势也促使各种基于手机平台的移动数 据业务越来越受到各主流移动运营商的关注。 随着近年来移动网络数据承载能力的大幅提升，目前移动数据业务正 得到商业社会更加广泛的应用和普及。例如，在数字蜂窝电话、智能手机、 无线p d a 和笔记本电脑上，通过移动网络来传送不同于有线环境的差异化 的语音、互联网接入、信息、娱乐、事务处理等业务。目前，移动数据业 务虽然在中国的运营商业务收入中所占比例还比较小，可是这个比例在逐 年快速提高，而且，移动数据业务表现出的增长能力要远高于移动业务总 收入的增长率。可以预见，移动通信市场在未来将会进入以“数据”应用 为中心的新通信时代。在未来，移动数据业务会变得越来越丰富，呈现出 多媒体化、娱乐化和个性化等特点。到时，通过借助手机，人们不仅可以 满足对信息和娱乐的需求，还可以购物、买票、预订餐馆，享受位置服务。 随着网络技术的发展，3 g 业务也将拓展到许多新的行业应用领域，例如在 对汽车等交通设备的监控、工业自动仪表的数据传输、农业信息化设施的 自动监测和电子政务远程信息处理等领域，都拥有广阔的应用前景。 移动数据业务的不断深入拓展，必然要对移动业务的支撑和管理提出 更高的要求，这就会导致承载移动业务和展现移动业务的移动终端市场发 生较大变化。手机作为移动终端的典型产品，由于市场需求的日益多样化， 其商业概念也随之不断演进。从最早的短信手机到彩信手机、照相手机、 音乐手机、一键通p o c 手机、移动邮件手机等，手机产品演进的趋势是内 部的应用处理单元越来越完整和复杂，其数据处理功能越来越强大和丰富， 手机内部也越来越需要预装许多新的系统支撑软件和应用软件。可是不幸 的是，越复杂的手机却越容易出现一些潜在的设计缺陷和软件错误，这不 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 仅表现在软件的应用层面，也表现在软件的系统层面。由于当前的一些移 动终端设备已经变得逐渐类似p c 一样复杂，任何改进都可能带来潜在而难 以预料的问题，这对移动运营商来讲，从业务运营的角度来讲，就有必要 考虑建立一种远程管理终端的机制，对终端进行业务和内部软件的管理。 显然，实现对终端的远程管理将大幅提升终端制造商的售后服务能力和移 动运营商的业务管理能力，从而改善整个移动产业价值链，并成为移动运 营商们未来的创新服务模式。 从移动数据业务今后的发展来看，移动运营商在启动新业务时所急需 考虑的问题是期望通过一种有效的手段来实现在整个的生命周期去管理用 户的手机，以便管理新业务和提高远程服务能力。当前，业界的共识主要 是期望以固件更新为主的m d m 解决方案来实现，将来还可支持数据备份、 诊断及故障修复、图形用户界面处理，甚至病毒防护等多种功能。 移动设备的生命周期管理是近年来才出现的新概念，也是移动通信产 业发展到一定阶段的必然产物。它在未来将是套逐渐完善的电信级解决 方案，业务功能主要包括以下一些部分： ( 1 ) 固件更新：随着o t a 技术的用途被不断扩展，近年来出现的f o t a ( f i r m w a r eo v e rt h ea i r ) 技术就是通过无线空中接口实旌远程管 理、更新手机固件的措施。通过f o t a 技术，不仅仅可以下载升级应 用软件，甚至可以更新手机操作系统文件。 ( 2 ) 配置管理：为了启动w a p 、m m s 、彩e 、电子邮件等数据业务，往往 需要用户手动配置复杂的参数，这对于普通用户来讲，是一件困难 的事情。然而，这些工作都可以通过o t a 技术来远程解决。 ( 3 ) 故障诊断：随着o t a 技术被应用到监测、诊断、手机修复，客户服 务将达到大大改善。通过o t a 技术，客服人员在操作终端上就可以 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 通过o t a 技术实时了解用户手机的状态，迅速反映并将更新包或修 复插件下载到客户手机内部。 ( 4 ) 虚拟存储：运营商在服务器端可以根据用户需求为用户设置虚拟存 储区，虚拟存储空间与用户手机固件存储区通过o t a 形成对应关系， 以解决瘦终端的存储限制和提供电信级的存储管理方案。这将是一 种未来的移动增值服务，与用户通过手机存储卡扩展内存在业务上 明显不同。 在这种大的行业背景下，近年来国外出现的f o t a 手机就是一种以固件 更新为特征的通过o t a 技术远程管理移动终端软件的创新性手机产品。终 端管理的完整解决方案将包括更新包u p ( u p d a t ep a c k a g e ) 上传、发布和 管理、u p 的空中下载、终端管理和各类软件更新等综合性的一整套电信级 解决方案，它不仅包括客户端技术，也包括网络服务器端技术。f o t a 主要 的功能是实现对移动设备的固件更新、新业务管理、故障诊断等远程管理 工作。通过f o t a 技术，移动运营商可以实现对网内的io t a 手机各类软件 ( 包括操作系统、通信协议栈、硬件驱动、中间件及各类应用软件) 实施 更新和管理。 由于传统电信业具备可运营、可管理的特性，在f o t a 技术出现以前， 手机并不能被运营商网络所管理，还不是真正的电信终端产品，所以从这 个意义上讲，f o t a 技术使手机真正具备电信终端产品的特点，在手机的生 命演进中起到了革命性的作用。从目前来展望未来几年移动通信终端市场， 并整合3 g 网络和后3 g 移动通信时代中对“下一代智能手机”的特征化理 解，手机产品演进的重要趋势将集中表现为以下三个主要方面： ( 1 ) 多模的移动终端：通信单元可整合多种物理层接入技术，实现移动 网络间无缝的漫游和多网络同时在线。例如目前中国联通的双待机 技术，市场上各种多模制式手机，包括g s m p h s 、g s m c d m a 双模手 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 机、g s m w i - f i 终端等。 ( 2 ) 具备远程管理功能的终端：以f o t a 技术为主要特征，实现移动网络 对终端的远程管m d m ( m o b i l ed e v i c em a n a g e m e n t ) 。 ( 3 ) 拥有开放的手机操作系统；应用单元以具备先进和开放的嵌入式操 作系统为特征，例如w i n d o w sm o b i l e 、嵌入式l i n u x 、s y m b i a n 等， 可提供强大的应用平台支撑。 1 2m d m 相关各研究组织和现状介绍 目前，推动m d m 及f o t a 相关技术和标准化工作的国际组织和公司包括 开放移动联盟o m a ( 0 p e l lm o b i l ea l l i a n c e ) 、o t a f f ( 0 t af l a s hf o r u m ) 以 及相应的技术服务提供b i t f o n ec o r p o r a t i o n ( 奔峰) 、i n n o p a t h ( 创道软 件) 、r e d b e n d 、s m a r t t r u s t 等等。 f o t a 是m d m 系统的关键技术，而i v l d m 其实并不是一个非常前沿的概念。 目前，韩国s k 电讯、日本的n t td o c o m o 和k d d i 以及以v o d a f o n e 为首的 一些欧洲运营商都已经建立起了一定规模的 d m 体系，它们或根据自行标 准，或遵循o m a 标准。 纵观移动通信的现状，m d m 产业当前主要存在两大问题。一个是技术方 面的，包括高效率高安全性的更新实现和整个设备管理描述框架和机制的 标准化等关键环节，这些工作主要是技术服务商们和相应的国际标准化组 织在做，例如b i t f o n e 、i n n o p a t h 、0 m a 组织、o t a f f 等。另一个是产业目 前没有形成良好的商业模式，主要的障碍来源于终端内部的管理和更新软 件涉及到各终端制造商的核心技术，而制造商并不愿意公开自己的专利技 术，另外，一些移动运营商对自己的终端管理业务体系还在规划阶段，目 前还没有清晰的业务实施方案。技术上问题主要是更新的技术实现需要迸 一步优化和改善，以提高效率和安全性，同时，为了实现移动网络内部大 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 量不同终端产品和网络服务器的交互，需实现客户端一服务器端接口的标 准化。目前，包括b i t f o n e 和i n n o p a t h 等主要的技术提供商正在积极配合 移动运营商进行交互性的测试。而从商业因素上看，一些主流的终端制造 商从自身利益考虑态度依然比较谨慎，这也是目前产业发展较为缓慢的重 要原因。 o m h 是一个致力于无线工业业务层面的开放的国际标准化组织，目的是 为全球无线业务的互融互通提供技术支撑。2 0 0 2 年6 月，w h p 论坛( w a p f o r u m ) 和开放式移动体系结构( o p e nm o b i l ea r c h i t e c t u r e ) 两个标准 化组织通过合并成立最初的0 m a ，截至2 0 0 2 年1 1 月份，0 m a 就已发展成员 公司约3 0 0 家。作为非赢利性组织，o 姒的成员单位包括了世界主要的移动 运营商，设备和网络供应商，信息技术公司，应用提供商和内容提供商， 整个移动产业价值链上的成员共同协作，以确保为全世界的终端用户提供 无缝的移动业务。o m a 的形成标志着移动业务的发展向前迈出了重要的一 步，避免了由于分散的个体而容易导致技术上的孤立。几个规范组织的合 并，有利于信息和资源的共享，促进了工作的流程化，减少了不必要的重 复劳动。一个统一的合法框架确保了技术和标准真正意义上的互用性测试。 这将使市场运作更加快捷并减少了无线工业总成本和复杂性。0 9 a 的远景目 标是为整个无线价值链的共同协作提供一个论坛，以确保为全球商业用户 和消费者提供无缝的移动业务。 o t a f f 是由一些在无线固件更新领域处于领导地位的公司倡导成立的 论坛组织，而并不是一个标准化组织。其致力于简化网络对无线终端的管 理和促进固件更新软件应用的商业进程，主要的领导公司包括h e p o n a 、 a l l t e l 、h n k a n e t 、b i t f o n e 等。2 0 0 5 年o t a f f 成员公司数量得到迅速增长， 又加入了a i r w i d e s o l u t i o n s 、a n k a n e t 、m o k o o l 、m o n a c o t e l e m a t i q u e 、 t e l u s m o b i l i t y 等8 个新成员。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 另外，b i t f o n e 、i n n o p a t h 、r e d b e n d 、s m a r t t r u s t 又是目前全球范围 内在f o t a 技术领域领先的技术服务商，他们提供的包括网络侧和终端侧的 完整m d m 解决方案已经在国外一些移动运营商网络中被大量商业部署，例 如日本的n t td o c o m o 等。 f o t a 领域目前的研究成果包括，o m a 组织已经接受了o t a f f 提供的一 些技术白皮书或文稿如o t a f f 的w h i t e p a p e ro ni n t e r o p e r a b i l i t y ， e n d - t o e n ds e c u r i t yf o rf i r 咖a r eu p d a t e sv h i t e p a p e rv 1 1 等，在固 件更新中涉及的交互性和端到端的安全方面均给出了一些建议。o h l a 相关工 作小组在设备管理方面也发表了基于s y n c 札d m 拟定的o m ad mv 1 1 2 规 范集，在终端自举、执行过程中的静态一致性要求、设备管理描述框架、d m 管理协议、设备管理安全规范、设备管理标准对象、设备管理树描述等方 面给出了明确的描述。而各技术服务商也已分别申请了一些相关专利技术， 主要是终端侧实现技术，包括是否需要更新和触发更新技术、更新中的队 列管理技术、更新中的恢复技术、字节差分算法、s i m 卡动态存储管理技术 等等。 然而，目前各相关研究群体对f o t a 的研究尚处于初步框架制定阶段，已 有的研究成果主要是一些框架性文件，两具体的实施技术规范还没有取得较 大的进展，这将是未来研究和制定的重点。综合考虑各单位组织目前的研究 现状，其中仍存在的一些问题主要有： ( 1 ) 更新过程作为f o t a 技术实现的关键环节，高效率和安全性有待进一步 提高。f o t a 技术作为一种电信级的解决方案，高要求的更新效率和可 靠性在技术上实现比较困难。 ( 2 ) 手机作为“瘦”终端产品，计算资源有限，目前许多复杂的更新算法 在其内部实现效率较低。 ( 3 ) 要实现对手机内部几乎所有的软件( 有小到几k ，大到几千k ) 都能更 西南交通大学硕士职究生学位论文第8 页 新，导致了更新实现的复杂性。虽然所有的软件可看作字节流的“串”， 可是对于手机内不同类型的固件，其更新特性可能是不同的，需要深 入研究以提高效率。对更新特性细分从而达到简化问题和提高更新效 率，是本文优化技术提出的主要思路。 ( 4 ) 有必要进一步对f o t a 技术、业务规范进行细化和明确，从而加快促进 整个产业化进程。比如在f o t a 技术流程上简化、对终端侧的实现技术 进行明确。 1 3研究的内容、方法和目标 对一些f o t a 的关键技术，本课题主要的研究内容包括以下三个部分： 1 ) 设备管理的相关技术标准：文章前部讨论了设备管理的技术规范部 分，涉及包括s y n c m l 标准以及基于s y n c m ld m 拟定的o m ad mg l 。1 2 规范 集，该规范集包括了九个主要规范。 2 ) f o t a 技术的实现原理：根据目前f o t a 技术的研究现状，特别是一 些技术服务商的解决方案，重点分析了f o t a 技术的实现原理，主要包括参 考模型、字节差分原理、d f 文件设计、更新包的生成和更新实现原理等等。 3 ) 优化技术设计：课题所做的主要工作包括设计和讨论固件轮廓表示 技术f - p r o f 、预处理、d f 文件优化和宏匹配操作码以及存储管理方案优化 四个主要部分。根据f o t a 技术的实现原理和更新的露有特性，本文首次提 出了卜p r o f 的概念，并设计了相应的单字节模型，接着深入分析和讨论了 预处理、d f 文件优化和宏匹配操作码、更新过程中涉及的存储管理三个优 化技术。 f o t a 技术在国内通信业还是比较新的概念，国内相关的研究成果也不 多。本文作者在中国联通总部实习工作期间，联通正在积极接触一些技术 服务商和终端厂家，深入研究和起草制订d m 相关业务、技术规范，为未来 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 开展自己的m d m 业务做一些前期准备工作。所以，本课题的背景是在中国 联通总部增值业务部新业务开发室和中科院软件研究所电子商务技术研究 中心的合作项目中开展的。另外，作者大量阅读和参考了o m a 和o t a f f 的 相关技术文本，特别是o m ad mv 1 1 2 规范集、o t a f f 发布的固件更新互操 作白皮书、一些主流技术公司在美国专利局申请获得的相关专利( 创道公 司申请的专利号为6 9 2 5 4 6 7 、7 0 0 7 0 4 9 、6 8 3 6 6 5 7 、7 0 0 3 5 3 4 、以及奔峰公司 相关专利号为6 8 3 2 3 7 3 、6 9 7 8 4 5 3 等等) 。作者所在课题研究小组的工作主 要是在综合现有一些研究成果和发现目前存在的一些实际问题的基础上， 在f o t a 技术的几个主要关键技术环节进行一定程度的仿真、设计，从而验 证优化技术的可行性。比如我们设计了单字节模型的f - p r o f ，根据固件更 新的“宏匹配”特点，加强了算法对字符串处理的“粗识别能力”，优化了 d f 文件和增加更新时的宏匹配操作能力，以达到提高更新效率的目的。另 外，考虑在整个技术流程中增加预处理技术，在更新涉及的存储管理问题 上针对性地设计了预留和动态重分配方案，在某些更新场景下可大大提升 更新效率。特别是在固件轮廓表示技术和优化相应的d f 文件和操作码方面， 我们认为仍有待继续深入研究，因为它对于优化f o t a 的整个技术流程和提 高更新效率非常重要。 本文研究的主要目标是期望通过对f o t a 的相关技术标准和技术原理分 析，发现目前尚存在的一些问题，提出一些实用解决方案并进行深入分析 和讨论。 1 4 m d m 的技术标准介绍 本文所指的终端管理d m 包括，移动运营商通过d m 管理业务平台，实现 对网内手机的远程管理，包括固件更新、故障诊断、功能升级和数据库管 理，参数配置等一系列功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 同步标记语言s y n c m l ( s y n c h r o n i z a t i o nm a r k u pl a n g u a g e ) 是目前终 端管理d m 实现的技术基础。在s y n c 目l 拟定之前，数据同步和设备管理技 术是封闭性的，这种封闭性表现为存在不同的解决方案，专有的协议内容 仅仅适用于有限的系统、设备和数据类型当中，这种非交互性的技术极大 地束缚了以终端用户、终端制造商、终端应用开发商、移动运营商为主体 的终端管理产业价值链的良性发展。但是，s y n c m l 拟定了跨平台的同步技 术标准，成为目前终端管理d m 技术实现的重要基础。 另外，0 姒d m 终端管理规范也是基于s y n c m ld m 拟定的，其定义了o m a 无线环境下的设备描述管理框架和机制。因此，由于实现了标准化凡是 符合o m ad m 终端管理规范开发的客户端管理软件均可以与o m ad m 设备管 理服务器互通，这样就将大大推进了设备管理的商用化进程。从设备远程 管理的角度来讲，实现跨平台的表示方法和统一设备描述管理框架和机制 是必要的。 o 姒d m 终端管理规范是目前终端管理d m 技术实现的主要技术标准。 1 4 1s y n c m l 标准 s y n c m l 是一个通用的可以用于无线工业领域的数据同步协议，它是一 个开放的标准化的用于数据同步和设备管理的应用环境，推进这个标准的 包括i b m 、l o t u s 、m o t o r o l a 、n o k i a 、o p e n w a v e 等著名公司。s y n c m l 是被 特别设计用来处理当网络业务及设备使用不同的软件系统，或以不同形式 存储正在同步的数据的协议。作为一个公共数据同步框架规范，s y n c _ l 是 基于x m l 格式的表示协议，用于网络设备的数据同步，s y n c b t l 也是为与网 络和始终在线的网络业务保持间歇联系的移动设备设计的，因此，s y n c m l 广泛地应用于设备管理领域。 s y n c m l 协议主要由以下四个内容组成： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 ( 1 ) 一个基于x m l 语言的表示协议 ( 2 ) 一个数据网步和设备管理协议 ( 3 ) 传输绑定协议 ( 4 ) 用于管理的设备描述框架 s y n c m l 是通过s y n c m l 表示协议和s y n c m l 同步协议来实现的。s y n c m l 表示协议以x 札文档的形式定义了s y n c m l 信息的标准格式，文档的主体中 包含一个或多个s y n c m l 命令，这些命令则是由一个请求命令集和一个响应 命令集来定义的。s y n c m l 同步协议确定了数据同步的机制。 1 4 2o m ad mv 1 1 2 规范主要内容 基于s y n c m l 标准，o m a 拟定的d mv 1 1 2 规范集主要包括以下九个部 分： 1 ) o m as y n c m l 自举规范： o m a s y n c m l d m b o o t s t r a p y l 一1 2 2 0 0 3 1 2 0 9 一a 该文本定义了一个s y n c m l 终端如何从初始状态转换到与d m 设备管理 服务器进行会话状态的自举过程。s y n c m ld m 的自举过程仅仅是描述s y n c m l d m 协议本身的一种基本功能，它不被适用为别的配置标准。 2 ) o m as y n c m l 一致性规范，包括： o m a s y n c m l - d m c o n r e q s v l 一1 2 2 0 0 3 0 6 1 3 一a 该文本描述了在s y n c m ld m 执行过程中的可选、强制、建议等静态一 致性特征，分别定义了s t a t i cc o n f o r m a n c er e q u i r e m e n t s ( s c r ) 关于s y n c m l 表示协议、s y n c m l 管理协议、s y n c m l 元信息规范、s y n c m ld m 安全机制、 s y n c m ld m 通知机制、s y n c m ld b i 标准对象、d m 自举、s y n c m l 设备管理树 和描述规范等八个部分的用语描述约定。 3 ) s y n c l l 4 ld m 设备描述框架和文档类型定义d t d ( d o c u m e n tt y p e 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 d e f i n i t i o n ) 4 ) s y n c m l 服务器端通知规范，包括： o m a - s y n c m l - d m n o t i f i c a t i o n - v 1 - 1 2 2 0 0 3 1 2 0 5 一a 由于安全原因大多数终端不能始终开放端口进行侦听服务器端的消息 的活动，但是终端可以接收由服务器端主动发起的一个“n o t i f i c a t i o n ” 消息。该文本描述了s y n c m ld m 服务器端发起一个初始化通知消息的过程， 管理服务器通过这个通知消息告知客户端建立一个会话过程。 5 ) 0 m ad m 管理协议，包括： o m a s y n c m l d l p r o t o c o l y l 一1 2 2 0 0 3 1 2 0 3 a 该文本描述了一个基于s y n c m l 表示协议的管理框架，定义了许多的管 理过程细节。o 姒喇管理协议允许在内部节点上进行管理命令操作，例如 针对节点信息的读、写、删除操作等，同时也就实现对软件元素的装入、 更新和反安装等操作。 6 ) s ) m c m l 表示协议设备管理消息格式，包括： o m a s y n c m l d i 幔e p p r o v 1 一l 2 2 0 0 3 0 6 1 3 - a 该文本定义了基于s y n c m l 表示协议的设备管理消息格式，主要描述了 用x m l 标记语言描述的通用元素、消息容器元素、数据描述元素、协议管 理元素、协议命令元素和告警代码等。 7 ) s y n c m l 设备管理安全规范，包括： o m a - s y n c m l - d m s e c u r i t y v i 一1 2 2 0 0 3 1 2 0 9 一a 该文本定义了o m ad m 管理一些基本的安全机制，包括服务器客户端 之间相互鉴权、移动数据的完整性、及数据加密等。 8 ) s y n c m l 设备管理标准对象，包括： 0 凇- s y n c 皿一d 淞t d o b j - v i j _ 2 - 2 0 0 31 2 0 3 - a 在终端中的管理实体可能需要不同的数据格式或是显示方法，这样 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 s y n c m lo m a 协议的应用将会受到很大的限制，为此，有必要对终端内部的 各种应用定义一组强制性的管理对象以增加通用性。该文本描述了一组管 理对象，其中一些是强制管理对象，还有可选管理对象，这些管理对象在 s y n c m ld m 描述框架下定义。 9 ) s y n c m l 设备树和描述，包括： o m a s y n c m l - d m t n d v 1 1 2 2 0 0 3 1 2 0 2 一a 支持s y n c m ld m 标准的终端内部都可建立一棵管理对象树，对象树由 终端内部标准的定义对象和管理节点组成。各管理对象分等级构成一棵内 部树型结构，可动态改变( 比如可对应着某种终端应用的卸载或加载行为) ， 并且每个对象由一个唯一的u r i 所表示，这样每一个节点( 即被管理对象) 都可以通过远程服务器端进行管理。 在未来的移动数据业务时代，终端制造商将在各自的新产品中不断推 出新的功能，并且这些功能往往是专有的，所以并没有一个标准的管理对 象存在。为了使这些新的功能可以被服务器远程管理，也需要有一个终端 描述框架来提供必要的信息。该描述框架使得f o t a 服务器可以远程自动识 别终端中这些新的功能。 图1 2 例子是对象树内部关于更新包的部分节点，给出了关于更新包相 关信息的一些内部表示方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 图1 2 对象树中关于更新包的部分节点 从图中可以看出，p k g n a m e 是更新包的名称，p k g v e r s i o n 是更新包的 版本信息，d o w n l o a d 的子节点p k g u r l 存放更新包的地址信息，u p d a t e 的 子节点p k g d a t a 存放更新包的数据内容等。对于一些附加的扩展信息存放 在e x t 的分支中。 下面举一个终端与f o t a 服务器通过s y n c m ld m 机制交互更新信息的例 子： ( 1 ) f o t a 服务器首先向终端发送一条n o t i f i c a t i o n 消息； ( 2 ) 终端返回a c k 消息并与f o t a 服务器开始建立会话； ( 3 ) f o t a 服务器向管理树以下节点传递信息： x u p d a t e p k g d a t a 、 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 x e x t m a n d a t o r y - o p t i o n a l 、 x e x t p r o m p t t e x t b e f o r e i n s t a l l 、 x e x t a s k c o u n t b e f o r e i n s t a l l 、 x e x t a s k i n t e r v a l b e f o r e i n s t a l1 、 x e x t a s k t i m e o u t b e f o r e i n s t a l l ： ( 4 ) f o t a 服务器更新x u p d a t e 节点值，下发更新包数据； ( 5 ) 下载代理通过接口触发更新代理，并提示用户是否开始安装更新 包。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 第2 章f o t a 技术的实现原理 由于软件技术的发展，近年来软件设计思想从结构化的设计方式逐渐 向面向对象o o p 和组件设计( 典型如c o m c o m + d c o m 等) 模式演迸，著名 的w i n d o w s 2 0 0 0 系统就是典型的代表。对组件一个简单的定义是软件中可 单独发布的程序代码块，其主要特征是接口和内部具体实现的分离，显然 这种设计思想便于软件服务商对发布后的软件仍然可以实施管理。本文所 指的固件就是指存储在手机内部f l a s h 等硬存储器的软件组件。且前的趋 势是，应用处理能力不断增强的智能手机内部的软件系统正逐渐呈现这种 特点。 在目前的桌面系统w i n d o w s 或是u n i x 平台上，许多模块或是组件都可 以被具备复杂文件系统管理能力的操作系统( 0 s ) 所单独管理和更新。所以， 桌面环境典型的更新场景是，将包括完整新组件内容的更新包通过互联网 或是可移动存储设备传递，然后完整替换相应的旧组件来达到软件更新的 目的。然而，在移动或是无线网络环境下，传送拥有较大字节长度的文件 是不可取的，因为无线信道的特点是时延大、带宽窄、干扰强，而且传输 成本高，所以，对手机软件更新需要种新技术来解决面临的问题，这种 新技术就是文件的字节差分技术。 在固件更新环境下，周件表现出的一个重要特性是其在存储介质上的物 理存储特性都是以二进制方式进行存储，所以文件都可被看作是字节流。 这里的字节流定义为以字节为单位的二进制比特流，本文后面对其简称“字 符串”也是相同的含义，便于阅读时理解。既然文件的存储有这样一个重 要的特征，在其更新过程中就可以被充分利用，文件间的差异就可以以字 节为单位来精确表示。显然，用仅包含字节间( b y t e - l e v e l ) 差异的更新 包u p ( u p d a t ep a c k a g e s ) 来实现手机软件更新，非常适合于无线网络的远 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 程更新。 既然文件都可以被看成是字节流，对文件的更新就可以看成是对旧字节 流实现编辑操作，那么，得到新、旧字节流之间的编辑操作就是所需的对 原文件更新的主要计算内容。幸运的是，在软件更新环境中；新、旧版本 固件之间的差异相对固件本身长度常常是较小的，这个应用场景特征对于 f o t a 技术的实现非常重要。 2 1 o m a 关于f o t a 技术的参考架构 下图2 3 是o i a 发布的关于f o t a 技术的参考架构： u p d m el jp a c k a g c m 。i r e f e r e n c ea r c h i t e c t u r e x r n i 文档起始信息 更新数据包信息的开 始 x x x x x x 厂商名称 x x x 适用终端型号 x x x x x x 更新数据包技术提供 商的名称 和 中 包含一个完整的更新 数据包 x x x 更新数据包技术提供 商更新数据包生成工 具的版本号 x x x x x 在更新数据包生成工 具中定义的项目名称 x x x x x x 初始版本，也是就终端 中的原有版本 x x x x x x 更新后的版本，也是就 终端将要更新后的新 版本 y y w 慢o i d更新数据包生成的时 h i - i ：心：s s m s e l 间 4 1 5 7 5 8 4 4 4 8 更新数据包c r c 校验 字段，终端管理系统将 利用这个字段校验上 传到服务器的更新数 据包的数据完整性 和 中 包含一个完整的更新 数据包及其说明信息 更新数据包信息结束 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 表2 2u p c 格式描述 由于d f 文件主要记录了完整的新、旧固件字节流闻的差异信息，那么， 在终端内部，更新客户端就可以通过d f 文件记录，实现对原固件的更新操 作了。 2 4固件更新的基本流程 2 4 1 基于o m ad m 机制的f o t a 呼叫流程 o b i a 已经接受了0 t a f f 的工作文档作为f o t a 相关规范的主要内容。当 前的规范主要将f o t a 工作流程从功能逻辑上定义为三个步骤： ( 1 ) 终端发现( d e v i c ed i s c o v e r ) ：服务器端触发终端初始化一个c s 会话和读取终端的轮廓信息d p ( d e v i c ep r o f i l e ) ，包括制造商、终 端及固件版本信息等。 ( 2 ) 更新包下载( u p d a t ep a c k a g ed o v n l o a d ) ：包括固件更新所需的更 新包下载的所有具体细节。o m a 标准允许两种下载方式：基于o m a - d m v 1 1 2 “r e p l a c e ”命令的下载和外部下载协议( 如o 姒的一般内容 下载机制) 。 ( 3 ) 更新包安装( u p d a t ep a c k a g ei n s t a l l a t i o n ) ：更新包下载完毕后， 由程序功能呼叫调用终端内部的更新代理执行更新过程，更新完毕 后返回服务器端更新结果状态码。 图2 7 描述了一种基于o m ad m 机制的f o t a 呼叫流程，详细地说明f o t a 的呼口q 过程，具体如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 终端用户 1 。1 。一 。“f o t a 管理客户 l 鉴权 端 f f f f a 服务 8 器 g 0 。，直 一_ 固件更新 代理 1 4 终端固件l 图2 7 基于o 姒d m 机制的f o t a 呼叫流程 ( 1 ) f o t a 鉴权后初始化一个固件更新过程。 ( 2 ) f o t a 服务器向终端发送一个u p d a t e n o t i f i c a t i o n 消息。 ( 3 ) 管理客户端接收到u p d a t e n o t i f i c a t i o n 消息，返回一个a c k 消息 给f o t a 服务器。 ( 4 ) 管理客户端通过d m “r e p l a c e ”命令向f o t a 服务器报告终端设备 信息。 ( 5 ) f o t a 服务器向终端发送g e t f i r m w a r e v e r s i o n 信息，了解其固件 版本信息。 ( 6 ) 管理客户端返回f i r 呷a r e v e r s i o n 给f o t a 服务器。 ( 7 ) f o t a 服务器分析该终端是否需要更新固件，发送c o n f i r m a t i o n 消 息给管理客户端。 ( 8 ) 管理终端通过u i 向用户展示更新信息，并询问是否继续更新过程。 ( 9 ) 用户将选择结果返回给管理客户端。 ( 1 0 )管理客户端返回相应的结果消息给f o t a 服务器，如果是 “c o n t i n u e ”，则会话继续：如果是“a b o r t ”则会话中止。 ( 1 1 ) f o t a 服务器通过d m “r e p l a c e ”命