Hoe u uitdagingen op het gebied van integratie, veiligheid en beveiliging in autonome systemen aangaat

Veranderingen in de manier waarop we reizen en de manier waarop koopwaar wordt opgeleverd, zijn in volle gang omdat we al gewend raken aan Unmanned Aerial Vehicles (UAV's) en drones. In 2017 werden miljoenen drones verscheept en er zijn nu meer dan 770.000 geregistreerde drones in de VS. (Registratie is vereist voor elke drone van meer dan 0,55 lbs.) UAV's spelen een steeds dominantere rol buiten militaire toepassingen. Zelfrijdende auto's zijn net om de hoek, maar daar stopt het niet. De vliegende auto is niet langer sciencefiction -- Het ruimtevaartbedrijf Vahana heeft al zijn eerste vlucht gemaakt met een eenpersoons, verticaal opstijgend en landend vliegtuig. Een samenleving waar geen rijbewijzen nodig zijn en waar abonnementen op vervoersdiensten persoonlijke voertuigen vervangen, is binnen handbereik.

Zoals bij alle nieuwe technologieën zijn er uitdagingen. De uitdagingen om autonome systemen veilig en veilig te maken, komen uit vele richtingen. De veiligheidseisen voor UAV's in de lucht zijn anders dan voor zelfrijdende auto's, en weer anders voor kleine fotodrones. UAV's die in een oorlogsgebied in de woestijn opereren, kunnen ook andere vereisten hebben dan een UAV in het civiele luchtruim. Welke technologie is er nodig om autonome systemen te ontwikkelen en hoe verschilt dit van de huidige systemen?

• Meer sensoren betekent meer data. De menselijke factor wordt vervangen door sensoren. Lidar, camera's en andere taakspecifieke sensoren (bijv. rijstrooksensoren) repliceren wat het menselijk oog ziet. Lidar kan in korte tijd gigabytes aan gegevens produceren. Al deze gegevens moeten op het juiste moment op de juiste plaats terechtkomen voor verwerking en besluitvorming.
• In de toekomst is externe communicatie of systeem-naar-systeemcommunicatie nodig. Om de veiligheid te verbeteren en de verkeersstromen te optimaliseren, zal er behoefte zijn aan Vehicle-to-Vehicle (V2V) communicatie.
• Voertuigen zullen profiteren van kleinere en krachtigere computers zodat het voertuig lokaal beslissingen kan nemen op basis van sensorinformatie. Wanneer een zelfrijdende auto een object detecteert, kan hij niet wachten tot die gegevens naar de cloud gaan voordat hij een beslissing neemt over wat hij moet doen. De beslissing moet lokaal worden genomen voor realtime prestaties en betrouwbaarheid. Dit is de reden waarom kunstmatige intelligentie een sleutelelement wordt van autonome systemen.

Eén ding dat in alle autonome systemen gebruikelijk is, is effectieve connectiviteit. Het is onmogelijk om een ​​autonoom systeem te bouwen zonder effectieve communicatie tussen componenten. De sleutel is om de juiste gegevens op het juiste moment op de juiste plaats te krijgen. RTI Connext® is een connectiviteitsraamwerk gebaseerd op de Data Distribution Service (DDS) voor realtime systemen, een Object Management Group (OMG)-standaard. DDS biedt schaalbare, realtime, betrouwbare, krachtige en interoperabele gegevensuitwisseling met behulp van een publicatie-abonneerpatroon. DDS beantwoordt perfect aan de behoeften van autonome systemen. DDS zorgt voor adressering, data-marshalling en de-marshalling als abonnees en uitgevers zich op verschillende platforms bevinden. DDS ondersteunt mechanismen die verder gaan dan het standaard publiceren-abonneren-model. Het belangrijkste voordeel is dat applicaties die DDS gebruiken voor hun communicatie worden ontkoppeld met behulp van een datacentrische benadering waarbij data de interface tussen componenten is. Dit is precies wat nodig is in een autonoom systeem. De verschillende componenten zijn afhankelijk van het verkrijgen van de gegevens die ze nodig hebben. Een autonoom systeem zal lijken op het onderstaande diagram:

Alle verschillende systeemcomponenten maken verbinding met de databus. De databus is een virtueel concept dat door alle deelnemende componenten wordt gedeeld. De databus is waar componenten de informatie krijgen die ze nodig hebben en de informatie die ze produceren aan andere componenten leveren. Nieuwe componenten kunnen dynamisch aan de databus worden toegevoegd. De databus kan zelfs worden opgesplitst in verschillende niveaus, bijvoorbeeld een lokale databus en externe connectiviteit met de cloud.

Hier is een voorbeeld van een hiërarchische databus voor een autonoom systeem dat de RTI Connext Databus gebruikt:

Zoals eerder vermeld, is veiligheid een belangrijke vereiste. De meeste functionaliteit die nodig is om een ​​autonoom systeem te bouwen, is in software ingebouwd, en volledig bugvrije software is niet realistisch. Software moet strenge tests doorstaan ​​om er zeker van te zijn dat het veilig is. De FAA past bijvoorbeeld DO-178 toe als het document dat het gebruikt als richtlijn om te bepalen of software betrouwbaar zal presteren in een systeem in de lucht. Het verkrijgen van een DO-178-certificering is niet alleen tijdrovend, het is ook duur. Certificering kan $ 100 per regel code kosten. Bij autonome systemen is het belangrijk om softwarecomponenten te gebruiken met certificeringsbewijs, niet alleen om de kosten laag te houden, maar ook om te voldoen aan de time-to-market-eisen. RTI was de eerste leverancier die een veiligheidskritieke databus op de markt bracht op basis van DDS.

Hoe zit het met de beveiliging, nu we een gecertificeerd veiligheidsraamwerk hebben voor connectiviteit? In de huidige systemen was beveiliging niet altijd een punt van zorg, omdat er geen externe communicatie was. Auto's hebben al sensoren en connectiviteit in de auto. Er was echter geen – of zeer beperkte – connectiviteit naar buiten. Toen de deur eenmaal was gesloten en de auto reed, was het moeilijk om in een auto te hacken. Hetzelfde met een vliegtuig. Om een ​​vliegtuig te kapen, moet je eerst in het vliegtuig stappen en er zijn voldoende veiligheidsmaatregelen om dat te voorkomen. Dit verandert met autonome systemen. Zoals we eerder hebben vastgesteld, is communicatie naar buiten nodig voor autonome systemen, wat ze kwetsbaarder maakt. De veiligheid van een autonoom systeem kan worden aangetast door kwaadwillig hacken zonder de juiste beveiligingsmaatregelen.

De eerste gedachte is meestal om een ​​beveiligde link te gebruiken. Voor de externe communicatie kunnen we TLS gebruiken. Als een hacker echter toegang krijgt tot de beveiligde link, heeft de hacker toegang tot alle gegevens op die link. We hebben een beter beveiligingsniveau nodig. Net als bij jou thuis heb je niet één sleutel die toegang geeft tot alles. Als een dief het huis binnenkomt, hebben ze niet automatisch toegang tot de kluis of afgesloten kasten. Voor externe communicatie is een fijnmazig beveiligingsniveau nodig. De DDS-beveiligingsstandaard biedt gedistribueerde toegangscontrolemechanismen die dicteren welke gegevens deelnemers kunnen publiceren of abonneren zonder een enkel kwetsbaar punt. Dit betekent dat ongeautoriseerde applicaties geen toestemming krijgen om commando's te publiceren om remmen of sturen te regelen. Of, als gegevens op de databus worden gecompromitteerd, kan de abonnee het bericht cryptografisch authenticeren en alles weggooien dat niet overeenkomt met het vastgestelde beleid. DDS en DDS Security bieden de toekomstgerichte flexibiliteit die nodig is om autonome systemen te verbinden en te beveiligen. Gebaseerd op de OMG DDS Security-specificatie, heeft RTI Connext DDS Secure ingebouwde plug-ins voor interoperabele authenticatie, toegangscontrole, cryptografie en een logboekonderwerp. Het mooie van de DDS-beveiligingsstandaard is dat de beveiliging is geconfigureerd; u hoeft uw code niet te wijzigen om uw systeem te beveiligen.

De toekomst is hier en het is een opwindende toekomst. De manier waarop we ons over de wereld verplaatsen, verandert en met de nieuwe uitdagingen zullen we nieuwe technologieën zien opkomen. Met RTI Connext zijn we klaar om de autonome systemen van de toekomst te bouwen.

Deze blogpost belicht mijn recente presentatie "Meeting Integration, Safety and Security Challenges in Autonomous Systems Software" bij AUVSI Xponential.

Meer informatie:

Autonome voertuigproductie »

Wat is DDS? »

Connext DDS Pro »

Connext DDS Micro »

Connext DDS-certificaat »