Como Superar Obstáculos de Integração, Segurança e Safety em Sistemas Autônomos

Mudanças na forma como viajamos e entregamos mercadorias já estão em andamento. Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) e drones tornaram-se comuns; apenas em 2017, milhões de drones foram enviados, e os EUA agora abrigam mais de 770.000 aeronaves registradas. Registro é obrigatório para qualquer drone pesando mais de 0,55 lb. Além do uso militar, VANTs estão remodelando logística, vigilância e até aplicações de consumo.

Carros autônomos estão no horizonte, mas o futuro vai além. Vahana, empresa aeroespacial, alcançou o primeiro voo de aeronave de decolagem e pouso vertical para uma pessoa, provando que carros voadores não são mais ficção científica. Imagine uma sociedade onde carteiras de motorista são obsoletas e transporte é acessado via serviços de assinatura em vez de propriedade pessoal.

Nova tecnologia traz novos desafios. Tornar sistemas autônomos seguros requer abordar uma gama de requisitos que diferem entre VANTs, carros autônomos e pequenos drones hobbyistas. VANTs militares em zonas de guerra no deserto enfrentam restrições que aeronaves civis simplesmente não enfrentam.

Por Que Sensores e Dados Importam

• Cada sensor adicional — LiDAR, câmeras, câmeras de detecção de faixa — gera vastas quantidades de dados. Por exemplo, uma única unidade LiDAR pode produzir gigabytes de informação bruta por segundo. Estes dados devem chegar ao nó de processamento certo instantaneamente para permitir decisões oportunas.
• Operações futuras dependerão de links externos ou system-to-system. Comunicação Vehicle-to-Vehicle (V2V) é essencial para segurança e otimização de tráfego.
• Computadores de bordo de alta performance permitem veículos analisarem entrada de sensores localmente. Um carro autônomo deve decidir sobre obstáculo em tempo real sem esperar latência de cloud, por isso inteligência artificial está se tornando componente central de sistemas autônomos.

Conectividade é a Espinha Dorsal

Toda plataforma autônoma depende de comunicação robusta entre seus componentes. A chave é entregar os dados certos ao lugar certo no momento certo. RTI Connext® é um framework de conectividade em tempo real construído sobre Data Distribution Service (DDS), padrão OMG que oferece troca de dados escalável, confiável, alta performance através de modelo publish-subscribe.

DDS abstrai endereçamento, marshalling e de-marshalling para que publishers e subscribers operem across plataformas heterogêneas. Também suporta extensões avançadas além do modelo básico. Tratando dados como interface entre componentes, DDS desacopla aplicações de forma que alinha perfeitamente com arquiteturas de sistemas autônomos.

Em arquitetura autônoma típica, todos componentes conectam a um barramento de dados virtual. Novos elementos podem ser adicionados dinamicamente, e o barramento pode ser particionado em camadas local e cloud.

Barramentos de dados hierárquicos são comuns. O diagrama a seguir ilustra um barramento multi-nível gerenciado por RTI Connext.

Safety Através de Certificação

Software impulsiona a maior parte do comportamento de um sistema autônomo, mas código impecável é irreal. Testes rigorosos são necessários. Na aviação, a Federal Aviation Administration usa DO-178 para certificar confiabilidade de software. Atender DO-178 pode custar aproximadamente $100 por linha de código e demanda documentação extensa.

Usar componentes pré-certificados — como o databus DDS safety-certifiable da RTI — reduz tanto custo quanto time-to-market. RTI foi o primeiro vendor a lançar databus crítico de safety construído sobre DDS, fornecendo base para soluções autônomas conformes.

Segurança em Mundo Aberto

Veículos tradicionais tinham conectividade externa limitada, dificultando hacks. Sistemas autônomos, porém, dependem de troca contínua de dados, abrindo novos vetores de ataque. Um link comprometido poderia permitir ator malicioso adulterar comandos de frenagem ou direção.

TLS padrão protege o canal, mas se atacante ganha acesso a esse canal, obtém todos dados transmitidos. Abordagem mais granular é necessária. O Padrão DDS Security oferece controle de acesso distribuído: cada participante recebe apenas as permissões que requer, prevenindo ponto único de falha. Dados no barramento podem ser autenticados criptograficamente, e qualquer mensagem que falhe verificações de política é descartada.

RTI Connext DDS Secure implementa especificação OMG DDS Security com plugins built-in para autenticação, controle de acesso, criptografia e logging. Segurança é configurada fora do código da aplicação, eliminando necessidade de reescrever lógica para proteção.

Construindo Sistemas Autônomos do Amanhã Hoje

A paisagem de mobilidade evolui rapidamente. Com ferramentas e padrões fornecidos pela RTI Connext, desenvolvedores podem confiantemente construir sistemas autônomos do futuro — seguros, safe e totalmente integrados.

Este post reflete minha apresentação recente, "Meeting Integration, Safety and Security Challenges in Autonomous Systems Software," no AUVSI Xponential.

Saiba Mais:

• Produção de Veículos Autônomos
• O que é DDS?
• Connext DDS Pro
• Connext DDS Micro
• Connext DDS Cert