下一代OTA的挑戰與解決方案

OTA是智能汽車的核心能力之一，是車輛常用常新、千車千面的基石。隨著集中化EEA架構和SOA軟件架構逐漸成熟走向市場，OTA技術也從單一的軟件更新演進到融合OEM研發、生產、售后、市場反饋等多個系統及環節，以提供覆蓋整車全生命周期管理、智能制造、智能售后、數據閉環等眾多應用。下一代OTA在更高效、安全、精準、自動化地將新功能部署到目標車輛上同時，可有效降低整車生產、擁有成本，更能夠通過持續的低成本高精數據采集，來開發、驗證最新的應用，提高客戶粘性，成為整車DevOps的核心通道。

下一代OTA的驅動力

下一代OTA的挑戰與需求主要來自三方面：

集中化的EEA架構

與DevOps的集成

基于OTA的新的場景需求

除了傳統的執行器和傳感器ECU，集中化的EEA架構引入了以Ethernet為主干網的多元網絡，及域控制器或者HPC+區控制器架構的多個功能強大的硬件。這些HPC或者域控制器都是多uP+uC架構，uP也是多核異構架構。不僅僅在HPC或者域控制器內部有復雜軟件版本的依賴關系，跨域之間及和傳統ECU之間的關系更為紛繁復雜。并且它們的升級包常常多達數GB，甚至幾十GB，升級時間更長，迫切需要新的升級協議及升級機制支持，以提高刷寫的可靠性與效率。在新能源車領域，除了OTA過程中的車輛安全管理及升級失敗回滾機制外，還會涉及到高低壓電源管理。在確保OTA的成功率同時，還會設置多個不同的電源模式，以適應不同的用戶場景，以提高電量使用效率，提高用戶滿意度。

DevOps是在大規模復雜軟件領域廣泛使用的一個方法論。在引入智能汽車軟件行業，與OTA結合時，有其特殊的復雜性。特別是對一些頭部OEM來說，他們擁有不同平臺，不同動力類型、不同國家、不同配置、不同供應商零配件、不同應用場景的軟硬件配置需求，再加上下文要提到的SOTA，容器化化更新技術，讓不同的車輛擁有了千車千面的可能性，可對車主提供高度個性化服務，但是同時對于每輛車的軟件及數據管理也是一項新的巨大挑戰。在面向全球百萬量級的車輛，在市場上經過一定時間更新迭代后，實時動態地管理車輛配置，并精準地匹配目標軟件版本，會是一個極其復雜的難題。千頭萬緒的整車軟件組件之間依賴性管理，會讓一挑戰更為艱巨。如果此時還是靠當前人工管理車輛，組建升級包，監控、管理升級任務，以實現軟件的精準、按時交付，基本是一個不可能完成的任務。我們看到越來越多的整車廠面臨著這樣的問題。

隨著整車廠SDV.OS的成熟，作為與車輛保持始終在線的SOP后車輛運營通道，整車廠對OTA有了越來越多的期待。除了傳統的軟件更新，整車廠希望能夠把OTA平臺的應用場景進一步拓展到生產、售后、終端用戶場景需求采集與反饋、應用市場等多個方面。并且能夠以低成本、高效、靈活、快速地實現生產降本，售后增效，新場景有用戶量且持續迭代。為此下一代OTA平臺除了集成智慧工廠、遠程診斷外，還亟需數據閉環、大數據云平臺及應用商店等功能，以實現有粘性的用戶應用，提高用戶滿意度，實現持續營收。

下一代OTA的架構

下一代OTA解決方案包含云端 (Off-board)，車端(Onboard)兩部分。

除了較為常見的云端OTA車輛管理、權限管理、設備管理、OTA Campaign管理，車端的信令交互，升級包下載，解壓，解密，升級主控，升級代理外，下文將著重介紹為解決上述挑戰的一些新技術與方案。

VLCS 整車全生命周期配置系統

VLCS（Vehicle Lifecycle Configuration System）是一套整車全生命周期配置（包括硬件，軟件，數據）管理系統及基于該系統高精準，自動化的軟件交付系統。VLCS面向下一代集中化EEA和SOA架構的整車軟件升級及管理、集成了整車廠的研發，生產，售后，市場，終端客戶等多個管理系統，有機地融合到DevOps環境，讓每輛車全生命周期階段的所有軟硬件配置變更都在環內追溯，在軟件持續交付的同時，構成一車一檔案。同時在VLCS內可以集成軟件批準，軟件發布控制，軟件依賴管理，軟件合并更新管理等核心組件。不僅為車輛的軟件管理，故障橫向對比排除提供了有力的數據支撐，同時也為高精準的自動化軟件匹配，交付提供了基礎。

在VLCS系統內提供兩種自動化、高精度軟件匹配交付機制。一種是在傳統的人工手動組包，發起更新活動的基礎上，基于前述的VLCS核心能力，實現的自動化組包更新，從而避免大量重復人工操作，以及由此引發的失誤。在VLCS系統中軟件批準，及經軟件發布流程驗證成功后，進行軟件依賴項及軟件合并升級配置。系統會自動生成差分包，自動組包，自動加密簽名，自動發起升級活動并自動生成升級報告?；谠撓到y也可以支持整車廠應用商店客戶在線訂閱功能，能夠自動觸發針對該客戶的個性化升級活動。

另一種是面向未來SDV場景，更為靈活、高效的軟件交付策略，以實現針對不同應用場景（私家車，租出，車隊），不同用戶，不同時間（短期訂閱功能），地點（國家，路況）來安裝或者激活對應功能，做到軟件可售、提升服務體驗。在該策略下，云端根據車端上報的車輛狀態及用戶信息計算目標車輛需要達到的功能狀態，并將計算結果下發到車輛。由車輛根據計算結果決定分別下載哪些升級包或者激活哪些功能，并執行相關操作，以盡快達到終端用戶所期待狀態。而不需要OTA運維工作人員在云端組包以及發起更新活動，從而進一步降低人工干預的工作，提高交付精度和效率。

面向SDV.OS的差分更新、SOTA及容器化更新

車端ECU的安全、高效、友好的OTA更新策略是終端用戶最能直觀感受到的OTA本身功能。端到端網絡安全（Security），不同用車場景下的車輛安全（Safty）升級機制是下一代OTA功能的基本保障，這些需要對不同國家的法律法規，整車電子電器架構有系統深入的理解。同時，針對車端豐富多樣的ECU類型，需要全面支持在新一代EEA架構下的各種車內升級包分發升級協議，如UDS on CAN / DoIP / Some/IP/DDS/定制協議等，也可支持多域控下的并行下載、域內分發、并行刷寫、多分區刷寫等機制。為了進一步提高更新效率，降低軟件更新時間，面向SDV.OS，OTA需要在差分更新、SOTA及容器化更新等多方面進行行業領先的探索。

差分更新

差分更新組件分為云端差分生成工具及車端還原組件。主要是為了降低域控制器或者HPC等智能件的升級包大小，以降低網絡傳輸時長及網絡流量。這些智能件通常帶一個或者多個操作作系統，如Linux、Android、QNX等。待更新的軟件及數據包通常能夠達到數GB，在云端經過差分工具利用專有差分算法識別提取新舊軟件的差異，并壓縮后制作出一個差分包。實測場景下能夠做到原包的5%，甚至2%以下。在車端完成差分包下載后，差分還原組件可以在車輛正常工作情況下，結合車端原有舊版軟件及差分軟件包執行升級包還原操作，之后進行軟件升級刷寫。差分更新也需要支持傳統嵌入式ECU差分升級。主要是為了降低升級包在車內CAN總線上分發的時間，實測場景下能夠降低CAN總線傳輸時長70%~90%。ETAS差分工具已集成在OTA平臺中應用在多個量產項目中，也可以作為單獨組件集成在整車廠的工具鏈或者云端后臺。

基于Autosar AP的SOTA

我們在座艙域Andriod環境下，已經看到一部分軟件可以類似我們使用的手機中的應用一樣，可以在“應用市場”種下載和安裝，而不需要進行整車的OTA升級，提供接近消費電子的使用體驗。目前這些應用主要還是集中在日常手機生態中。在SDV.OS環境下，將涌現大量與汽車功能屬性密切相關的應用，如智駕域，車身域、底盤域、動力域，以及跨域的功能應用等。Autosar AP UCM組件就是提供類似應用升級服務的，它可以支持軟件級別的升級功能。

下一代OTA方案與Autosar AP集成，提供端到端SOTA解決方案。UCM Client是一個特定于項目的自適應應用程序，用作與更新Machine的單點交互。其具有以下組件：

**UCM Master: **UCM Master具有多重職責，主要負責檢索Machine上軟件包的當前狀態信息，與UCM subordinates進行通信，并將適當的軟件包傳輸給UCM。以組織更新。它可以通過使用通信管理的服務來尋址不同Machine上的UCM subordinates。

OTA Client:此客戶端處理軟件包從遠程存儲庫轉移到Machine上的過程。

**Diagnostic Client: **此客戶端與診斷管理器通信，以利用診斷管理功能組織更新。

在Machine上安裝、更新或刪除的軟件包的接收由UCM Master負責, UCM Client負責處理跨多臺機器的更新協調, UCM client獲取關于AUTOSAR自適應平臺軟件的信息，并通過使用UCM API傳輸和處理軟件包來執行更新過程。

ETAS OTA 方案

容器化更新

容器化是在SDV.OS發展趨勢下，從ICT行業引入到汽車行業的又一個“泊來”品。其有助于開發人員更快地創建和部署應用程序，無論是在訓練過程中還是在運行時，尤其在諸如ADAS、手勢識別、語音識別、面部識別等功能的AI/ML模型中非常常見。它提供了更高的可移植性、靈活性，并讓應用程序更接近“編寫一次，隨處運行”的期望狀態，可以在多個硬件上靈活運行。容器化應用程序不會捆綁操作系統的副本，它們在真正的意義上是“隔離”的。因此容器化更新在應對多個版本和配置管理挑戰，以及管理應用程序和中間件組件的依賴關系，容器可以發揮重要作用。這與其在IT和云環境中變得流行的原因基本相同。

SDV.OS下的車輛功能將是微服務、軟件應用程序、ML/AI模型等的組合，將這些不同的部分打包成容器集，作為單個單元推送到不同車輛上。雖然云端的容器現在已成為事實上的標準，但要應用到智能汽車領域，形成車云一體化的架構，也有其獨特的復雜性。

OTA的增值場景應用

以ETAS的下一代OTA方案為例，進一步把OTA的應用向生成、售后、終端用戶場景需求采集與反饋、應用市場等多個方面延申。提供遠程診斷，智能診斷，智能工廠，數據閉環等服務。

遠程診斷

ETAS整合了傳統的診斷業務和功能，實現了從傳統診斷到遠程診斷?；趥鹘y診斷的知識積累和工具集合，重新定義了車端診斷的運行環境。使用診斷開發的IDE工具GRADE-X Authoring，通過拖拉拽的操作，用所見即所得的方式編輯診斷序列，編輯的診斷包支持ISO國際標準ODX和OTX協議。

該方案有如下幾個優點：

1.整合博世傳統診斷業務能力，在車端提供集成診斷的運行環境。實現不依賴傳統診斷設備連接車輛，執行診斷指令。

2.支持ODX與OTX標準的可視化編輯工具。實現一次編輯，到處執行的能力。

3.多年的車載診斷經驗，具備了診斷數據分析的能力。

目前已經有多個國內落地的項目經驗：例如工廠EOL，OTA和診斷賦能OEM在產線電檢環節替代傳統的診斷設備，進行產線電檢和刷寫，不僅節省了產線設備同時還提高了產線的診斷效率。

遠程診斷主要有如下幾個應用場景：

1.故障診斷：遠程診斷技術可以實時監測車輛的運行數據和故障信息，提供精準的故障診斷和解決方案。

2.預防性維護：遠程診斷技術可以通過分析車輛的運行數據，提前預判潛在故障，并提供相應的維護建議，避免故障的發生。

3.遠程協助：遠程診斷技術可以通過視頻會議、遠程協助等方式，為維修服務提供商提供遠程技術支持，提高維修服務的效率和減少維修成本。

4.車輛健康管理：遠程診斷技術可以實現對車輛的健康狀況進行實時監測和分析，為車主提供個性化的駕駛建議和維護建議，提高車輛的使用壽命和安全性。

數據閉環

車輛量產上市后，會面臨車輛的維護，既有功能的持續迭代，新應用場景的挖掘、開發與驗證。以實現對終端用戶有意義和粘性的千車千面應用，這才是SDV的終極意義。這些需求都涉及到量產后圍繞車輛不同類型數據的持續采集。

如車輛的維護，遠程診斷能夠解決一定的問題，但是當我們需要定位問題的根因時，往往靠遠程診斷采集的數據類型和數據量遠遠不夠，特別是對一些偶發、難以復現的故障排查，整車廠花費了大力的精力和財力在這方面。再比如自動駕駛算法corner case的持續收集與算法迭代，針對不同用戶群的各種潛在應用場景挖掘及推向市場后的反饋等，這些都需要收集不同類型的數據，并且采集的信號類型和頻率都可能會因不同部門，不同目的，不同場景的具體需求而異。同時顯然車輛的無線通道帶寬是有限的，數據流量及存儲的費用也不菲，整車廠只對高價值區間的數據感興趣。

ETAS的下一代OTA還推出了數據閉環解決方案。該方案的目標是動態、靈活地采集整車高精度數據，包括：

·全車總線數據，包括CAN/CAN FD，以太網等

·診斷數據

·ECU內部標定數據

·域控制器或者HPC的中間件數據

·傳統嵌入式ECU內部有業務價值的數據（與硬件部門合作）

在云端可以動態配置所采集信號類型及頻率，設置數據觸發上傳邏輯及采集時間段，并將任務發送到車端。由車端邊緣引擎負責解析執行，獲取到目標價值數據后，經壓縮上傳到云端?；谠贫说拇髷祿脚_可以進行故障分析、軟件迭代、新的應用挖掘與驗證等服務。

下一代OTA技術已經在多個客戶落地量產，幫助整車廠不僅僅實現了安全、高效、便捷的OTA軟件更新，更面向SDV的趨勢，推出了切合新一代EEA需求的軟件組件產品，真正實現車輛上市后的數據驅動的持續迭代，軟件可售新的商業模式。

審核編輯：湯梓紅