Как решать проблемы интеграции, безопасности и защиты в автономных системах

Изменения в способах передвижения и способах продажи товаров поставки идут полным ходом, поскольку мы уже привыкаем к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) и дронам. В 2017 году были отправлены миллионы дронов, и в настоящее время в США зарегистрировано более 770 000 дронов. (Регистрация требуется для любого дрона весом более 0,55 фунта.) БПЛА играют все более доминирующую роль за пределами военных приложений. Беспилотные автомобили не за горами, но это еще не все. Летающий автомобиль больше не является научной фантастикой - аэрокосмическая компания Vahana уже совершила свой первый полет одноместного самолета с вертикальным взлетом и посадкой. Общество, в котором нет необходимости в водительских правах и где подписка на транспортные услуги заменяет личные автомобили, находится в пределах досягаемости.

Как и со всеми новыми технологиями, здесь есть проблемы. Задачи обеспечения безопасности и надежности автономных систем исходят со многих сторон. Требования безопасности к беспилотным летательным аппаратам в воздухе отличаются от требований к беспилотным автомобилям и, опять же, к небольшим фото-дронам. Требования к БПЛА, работающим в зоне боевых действий в пустыне, могут отличаться от требований к БПЛА в гражданском воздушном пространстве. Итак, какие технологии необходимы для разработки автономных систем и чем они отличаются от существующих систем?

• Чем больше датчиков, тем больше данных. На смену человеческому фактору приходят сенсоры. Лидар, камеры и другие специальные датчики (например, датчики полосы движения) воспроизводят то, что видит человеческий глаз. Лидар может производить гигабайты данных за короткое время. Все эти данные должны попасть в нужное место в нужное время для обработки и принятия решений.
• В будущем потребуется внешняя связь или межсистемная связь. Для повышения безопасности и оптимизации транспортных потоков потребуется связь между транспортными средствами (V2V).
• Транспортные средства будут использовать меньшие и более мощные компьютеры, чтобы позволить транспортному средству принимать решения локально на основе информации с датчиков. Когда беспилотный автомобиль обнаруживает объект, он не может дождаться, пока эти данные перейдут в облако, прежде чем принять решение о том, что делать. Решение должно приниматься локально для обеспечения производительности и надежности в реальном времени. Вот почему искусственный интеллект становится ключевым элементом автономных систем.

Одна вещь, общая для всех автономных систем, - это эффективное соединение. Невозможно построить автономную систему без эффективной связи между компонентами. Главное - доставить нужные данные в нужное место в нужное время. RTI Connext® - это структура связи, основанная на службе распределения данных (DDS) для систем реального времени, стандарте Object Management Group (OMG). DDS обеспечивает масштабируемый, надежный, высокопроизводительный и совместимый обмен данными в реальном времени с использованием шаблона публикации-подписки. DDS идеально подходит для автономных систем. DDS обрабатывает адресацию, маршалинг данных и де-маршаллинг, если подписчики и издатели находятся на разных платформах. DDS поддерживает механизмы, выходящие за рамки базовой модели публикации-подписки. Ключевым преимуществом является то, что приложения, использующие DDS для обмена данными, разделены с использованием подхода, ориентированного на данные, когда данные являются интерфейсом между компонентами. Это именно то, что нужно в автономной системе. Различные компоненты зависят от получения необходимых данных. Автономная система будет напоминать диаграмму ниже:

Все различные компоненты системы подключаются к шине данных. База данных - это виртуальная концепция, разделяемая всеми участвующими компонентами. База данных - это то место, где компоненты получают необходимую информацию и предоставляют информацию, которую они производят, другим компонентам. Новые компоненты могут добавляться в базу данных динамически. Шину данных можно даже разделить на разные уровни, например, локальную шину данных и внешнее подключение к облаку.

Вот пример иерархической шины данных для автономной системы, использующей RTI Connext Databus:

Как упоминалось ранее, безопасность - важное требование. Большая часть функций, необходимых для создания автономной системы, встроена в программное обеспечение, а полностью свободное от ошибок программное обеспечение нереально. Программное обеспечение должно пройти тщательное тестирование, чтобы убедиться, что оно безопасно. Например, FAA применяет DO-178 в качестве документа, который он использует для руководства, чтобы определить, будет ли программное обеспечение надежно работать в бортовой системе. Получение сертификата DO-178 требует не только времени, но и дорого. Сертификация может стоить 100 долларов за строку кода. В случае автономных систем важно использовать программные компоненты, которые имеют сертификаты сертификации, не только для снижения затрат, но и для соответствия требованиям времени выхода на рынок. RTI был первым поставщиком, выпустившим критически важную для безопасности систему данных на основе DDS.

Теперь, когда у нас есть инфраструктура подключения, обеспечивающая сертификацию безопасности, что насчет безопасности? В существующих системах безопасность не всегда вызывала беспокойство, поскольку не было внешней связи. У автомобилей уже есть датчики и возможность подключения внутри автомобиля. Однако связи с внешним миром не было - или было очень мало. Когда дверь была закрыта и машина ехала, взломать машину стало сложно. То же и с самолетом. Чтобы угнать самолет, вы должны сначала сесть в самолет, и существует множество мер безопасности, чтобы этого избежать. Это меняется с автономными системами. Как мы установили ранее, для автономных систем потребуется связь с внешним миром, что делает их более уязвимыми. Безопасность автономной системы может быть поставлена ​​под угрозу злонамеренным взломом без надлежащих мер безопасности.

Обычно первая мысль - использовать безопасную ссылку. Мы можем использовать TLS для внешней коммуникации. Однако, если хакер получает доступ к защищенной ссылке, он может получить доступ ко всем данным по этой ссылке. Нам нужен более высокий уровень безопасности. Как и в вашем доме, у вас нет единого ключа, который дает доступ ко всему. Если вор проникает в дом, он автоматически лишается доступа к сейфам или запираемым шкафам. Для внешней коммуникации необходим детализированный уровень безопасности. Стандарт безопасности DDS предлагает механизмы управления распределенным доступом, определяющие, какие участники данных могут публиковать или подписываться без единой точки уязвимости. Это означает, что неавторизованным приложениям будет отказано в разрешении на публикацию команд для управления торможением или рулевым управлением. Или, если данные на шине данных скомпрометированы, подписчик может криптографически аутентифицировать сообщение и отбросить все, что не соответствует установленным политикам. DDS и DDS Security обеспечивают дальновидную гибкость, необходимую для подключения и защиты автономных систем. Основываясь на спецификации OMG DDS Security, RTI Connext DDS Secure имеет встроенные плагины для обеспечения функционально совместимой аутентификации, контроля доступа, криптографии и ведения журнала. Прелесть стандарта DDS Security в том, что безопасность настроена; вам не нужно изменять свой код, чтобы сделать вашу систему безопасной.

Будущее уже здесь, и это захватывающее будущее. То, как мы перемещаемся по миру, меняется, и с новыми вызовами мы увидим появление новых технологий. С RTI Connext мы готовы строить автономные системы будущего.

В этом сообщении блога освещена моя недавняя презентация «Решение проблем интеграции, безопасности и защиты в программном обеспечении автономных систем» на AUVSI Xponential.

Подробнее:

Производство автономных транспортных средств »

Что такое DDS? »

Connext DDS Pro »

Connext DDS Micro »

Сертификат Connext DDS »