Como enfrentar os desafios de integração e proteção em sistemas autônomos

Mudanças na maneira como viajamos e na forma como vendemos A entrega está em andamento, pois já estamos nos acostumando com os veículos aéreos não tripulados (UAVs) e drones. Milhões de drones foram enviados em 2017 e agora existem mais de 770.000 drones registrados nos Estados Unidos. (O registro é necessário para qualquer drone com mais de 0,55 libras.) Os UAVs têm um papel cada vez mais dominante, além das aplicações militares. Os carros que dirigem sozinhos estão ao virar da esquina, mas não para por aí. O carro voador não é mais ficção científica - A empresa aeroespacial Vahana já fez seu primeiro vôo de uma aeronave de decolagem e aterrissagem vertical para uma pessoa. Uma sociedade onde não há necessidade de carteira de motorista e onde as assinaturas de serviços de transporte substituem os veículos pessoais está ao nosso alcance.

Tal como acontece com todas as novas tecnologias, existem desafios. Os desafios de tornar os sistemas autônomos seguros e protegidos vêm de várias direções. Os requisitos de segurança para UAVs no ar são diferentes dos carros autônomos e também diferentes para pequenos drones fotográficos. Os UAVs operando em uma zona de guerra no deserto também podem ter requisitos diferentes de um UAV no espaço aéreo civil. Então, qual tecnologia é necessária para desenvolver sistemas autônomos e como isso difere dos sistemas atuais?

• Mais sensores significam mais dados. O fator humano é substituído por sensores. Lidar, câmeras e outros sensores de tarefas específicas (por exemplo, sensores de pista) reproduzem o que o olho humano vê. Lidar pode produzir gigabytes de dados em um curto espaço de tempo. Todos esses dados devem chegar ao lugar certo na hora certa para processamento e tomada de decisão.
• No futuro, será necessária comunicação externa ou comunicação de sistema para sistema. Para melhorar a segurança e otimizar os fluxos de tráfego, será necessária a comunicação Veículo a Veículo (V2V).
• Os veículos aproveitarão os computadores menores e mais potentes para permitir que o veículo tome decisões localmente com base nas informações do sensor. Quando um carro que dirige sozinho detecta um objeto, ele não pode esperar que os dados vão para a nuvem antes de tomar uma decisão sobre o que fazer. A decisão deve ser tomada localmente para desempenho e confiabilidade em tempo real. É por isso que a inteligência artificial está se tornando um elemento-chave dos sistemas autônomos.

Uma coisa comum em todos os sistemas autônomos é a conectividade eficaz. É impossível construir um sistema autônomo sem comunicação efetiva entre os componentes. O segredo é colocar os dados certos no lugar certo na hora certa. O RTI Connext® é uma estrutura de conectividade baseada no Data Distribution Service (DDS) para sistemas em tempo real, um padrão Object Management Group (OMG). O DDS fornece troca de dados escalonável, em tempo real, confiável, de alto desempenho e interoperável usando um padrão publicar-assinar. O DDS atende perfeitamente às necessidades dos sistemas autônomos. O DDS lida com o endereçamento, o marshalling de dados e o de-marshalling se os assinantes e editores estiverem em plataformas diferentes. O DDS oferece suporte a mecanismos que vão além do modelo básico de publicação-assinatura. O principal benefício é que os aplicativos que usam DDS para suas comunicações são desacoplados usando uma abordagem centrada em dados, em que os dados são a interface entre os componentes. Isso é exatamente o que é necessário em um sistema autônomo. Os diferentes componentes dependem da obtenção dos dados de que precisam. Um sistema autônomo será semelhante ao diagrama abaixo:

Todos os diferentes componentes do sistema se conectam ao barramento de dados. O barramento de dados é um conceito virtual compartilhado por todos os componentes participantes. O barramento de dados é onde os componentes obtêm as informações de que precisam e fornecem as informações que produzem para outros componentes. Novos componentes podem ser adicionados ao barramento de dados dinamicamente. O barramento de dados pode até ser dividido em diferentes níveis, por exemplo, um barramento de dados local e conectividade externa com a nuvem.

Aqui está um exemplo de um barramento de dados hierárquico para um sistema autônomo usando o RTI Connext Databus:

Conforme mencionado anteriormente, a segurança é um requisito importante. A maior parte da funcionalidade necessária para construir um sistema autônomo é embutida em software, e um software totalmente livre de bugs não é realista. O software deve passar por testes rigorosos para garantir que é seguro. Por exemplo, a FAA aplica o DO-178 como o documento que usa para orientação para determinar se o software terá um desempenho confiável em um sistema aerotransportado. Obter a certificação DO-178 não é apenas demorado, mas caro. A certificação pode custar $ 100 por linha de código. Com sistemas autônomos, é importante usar componentes de software que possuam evidências de certificação, não apenas para manter os custos baixos, mas também para atender aos requisitos de time-to-market. A RTI foi o primeiro fornecedor a lançar um barramento de dados crítico de segurança baseado em DDS.

Agora que temos uma estrutura de conectividade certificável de segurança, que tal a segurança? Nos sistemas atuais, a segurança nem sempre era uma preocupação, pois não havia comunicação externa. Os carros já têm sensores e conectividade dentro do carro. No entanto, não havia - ou era muito limitada - conectividade com o exterior. Depois que a porta foi fechada e o carro começou a andar, foi difícil entrar no carro. O mesmo com um avião. Para sequestrar um avião, você precisa entrar no avião primeiro e existem muitas medidas de segurança para evitar isso. Isso muda com os sistemas autônomos. Como estabelecemos anteriormente, a comunicação com o exterior será necessária para sistemas autônomos, o que os torna mais vulneráveis. A segurança de um sistema autônomo pode ser comprometida por hackers mal-intencionados sem as medidas de segurança adequadas em vigor.

O primeiro pensamento geralmente é usar um link seguro. Podemos usar TLS para a comunicação externa. No entanto, se um hacker obtiver acesso ao link seguro, ele poderá acessar todos os dados desse link. Precisamos de um melhor nível de segurança. Como em sua casa, você não tem uma única chave que dá acesso a tudo. Se um ladrão entrar na casa, eles não terão acesso automático ao cofre ou armários trancados. Um nível de segurança refinado é necessário para comunicação externa. O DDS Security Standard oferece mecanismos de controle de acesso distribuído que determinam quais dados os participantes podem publicar ou assinar sem um único ponto de vulnerabilidade. Isso significa que aplicativos não autorizados não teriam permissão para publicar comandos para controlar a frenagem ou a direção. Ou, se os dados estiverem comprometidos no barramento de dados, o assinante pode autenticar criptograficamente a mensagem e descartar qualquer coisa que não corresponda às políticas estabelecidas. DDS e DDS Security fornecem a flexibilidade voltada para o futuro necessária para ajudar a conectar e proteger sistemas autônomos. Com base na especificação OMG DDS Security, o RTI Connext DDS Secure possui plug-ins integrados para fornecer autenticação interoperável, controle de acesso, criptografia e um tópico de registro. A beleza do padrão de segurança DDS é que a segurança é configurada; você não precisa alterar seu código para tornar seu sistema seguro.

O futuro está aqui e é um futuro empolgante. A maneira como nos movemos ao redor do mundo está mudando e, com os novos desafios, veremos o surgimento de novas tecnologias. Com o RTI Connext, estamos prontos para construir os sistemas autônomos do futuro.

Esta postagem do blog destaca minha recente apresentação "Enfrentando os desafios de integração, proteção e segurança em software de sistemas autônomos" no AUVSI Xponential.

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