Integratie-, veiligheids- en beveiligingsuitdagingen in autonome systemen overwinnen

Veranderingen in de manier waarop we reizen en goederen leveren zijn al gaande. Unmanned Aerial Vehicles (UAV's) en drones zijn alomtegenwoordig; alleen in 2017 werden er miljoenen drones uitgeleverd, en de VS telt nu meer dan 770.000 geregistreerde vliegtuigen. Registratie is verplicht voor elke drone zwaarder dan 0,55 lb. Naast militair gebruik vormen UAV's logistiek, surveillance en zelfs consumententoepassingen.

Zelfrijdende auto's liggen voor de deur, maar de toekomst gaat verder. Vahana, een aerospace-bedrijf, realiseerde de eerste vlucht van een eenspersoons vertical-take-off en landing-vliegtuig, wat bewijst dat vliegende auto's geen science-fiction meer zijn. Stel u een samenleving voor waar rijbewijzen obsolet zijn en transport via abonnementsdiensten wordt benaderd in plaats van persoonlijk bezit.

Nieuwe technologie brengt nieuwe uitdagingen. Het maken van autonome systemen veilig en veilig vereist het aanpakken van een reeks eisen die verschillen tussen UAV's, autonomous cars en kleine hobby-drones. Militaire UAV's in woestijn-oorlogszones tegen beperkingen aan die civiele vliegtuigen simpelweg niet hebben.

Waarom Sensoren en Data Matter

• Elke additionele sensor – LiDAR, camera's, lane-finding camera's – genereert enorme hoeveelheden data. Een enkele LiDAR-unit kan bijvoorbeeld gigabytes aan ruwe informatie per seconde produceren. Deze data moet de juiste verwerkingsnode onmiddellijk bereiken om tijdige beslissingen mogelijk te maken.
• Toekomstige operaties zullen afhangen van externe of system-to-system links. Vehicle-to-Vehicle (V2V) communicatie is essentieel voor veiligheid en verkeersoptimalisatie.
• High-performance onboard computers laten voertuigen sensorinput lokaal analyseren. Een autonomous car moet in real-time beslissen over een obstakel zonder te wachten op cloud-latentie, weshalb kunstmatige intelligentie een kerncomponent van autonome systemen wordt.

Connectiviteit is de Ruggenmerg

Elk autonoom platform vertrouwt op robuuste communicatie tussen zijn componenten. De sleutel is om de juiste data op de juiste plek op het juiste moment te leveren. RTI Connext® is een real-time connectiviteitsframework gebouwd op de Data Distribution Service (DDS), een OMG-standaard die schaalbare, betrouwbare, high-performance data-uitwisseling biedt via een publish-subscribe model.

DDS abstraheert adressering, marshalling en de-marshalling, zodat publishers en subscribers op heterogene platforms kunnen opereren. Het ondersteunt ook geavanceerde uitbreidingen bovenop het basismodel. Door data te behandelen als de interface tussen componenten, decoupleert DDS applicaties op een manier die perfect past bij autonome systeemarchitecturen.

In een typische autonoom architectuur verbinden alle componenten met een virtuele databus. Nieuwe elementen kunnen dynamisch worden toegevoegd, en de bus kan worden gepartitioneerd in lokale en cloud-lagen.

Hiërarchische databussen zijn gangbaar. Het volgende diagram illustreert een multi-level bus beheerd door RTI Connext.

Veiligheid door Certificering

Software drijft het grootste deel van een autonoom systeemgedrag, doch foutloze code is onrealistisch. Rigorose testen zijn vereist. In de luchtvaart gebruikt de Federal Aviation Administration DO-178 om softwarebetrouwbaarheid te certificeren. Het halen van DO-178 kan ongeveer $100 per regel code kosten en vereist uitgebreide documentatie.

Het gebruik van pre-gecertificeerde componenten – zoals RTI's safety-certifiable DDS databus – verlaagt zowel kosten als time-to-market. RTI was de eerste leverancier die een safety-critical databus gebaseerd op DDS uitbracht, wat de fundering vormt voor compliant autonome oplossingen.

Beveiliging in een Open Wereld

Traditionele voertuigen hadden beperkte externe connectiviteit, wat ze moeilijk te hacken maakte. Autonome systemen daarentegen zijn afhankelijk van continue data-uitwisseling, wat nieuwe aanvalsvectoren opent. Een gecompromitteerde link zou een kwaadwillende actor in staat kunnen stellen om rem- of stuurcommando's te manipuleren.

Standaard TLS beveiligt het kanaal, maar als een aanvaller toegang krijgt tot dat kanaal, verkrijgt hij alle getransmitteerde data. Een meer granulair benodigde benadering is nodig. De DDS Security Standaard biedt gedistribueerde toegangscontrole: elke deelnemer krijgt alleen de permissies die het vereist, wat een single point of failure voorkomt. Data op de bus kan cryptografisch geauthenticeerd worden, en elk bericht dat policy-checks faalt, wordt verworven.

RTI Connext DDS Secure implementeert de OMG DDS Security specificatie met ingebouwde plugins voor authenticatie, toegangscontrole, cryptografie en logging. Beveiliging wordt buiten de applicatiecode geconfigureerd, wat de noodzaak elimineert om logica te herschrijven voor bescherming.

Morgens Autonome Systemen Vandaag Bouwen

Het mobiliteitslandschap evolueert snel. Met de tools en standaarden die RTI Connext biedt, kunnen ontwikkelaars met vertrouwen de autonome systemen van de toekomst bouwen – veilig, veilig en volledig geïntegreerd.

Deze blogpost weerspiegelt mijn recente presentatie, „Meeting Integration, Safety and Security Challenges in Autonomous Systems Software,” op AUVSI Xponential.

Meer informatie:

• Autonomous Vehicle Production
• Wat is DDS?
• Connext DDS Pro
• Connext DDS Micro
• Connext DDS Cert