Integrations-, Sicherheits- und Safety-Hürden in autonomen Systemen überwinden

Veränderungen in der Art, wie wir reisen und Güter liefern, sind bereits im Gange. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) und Drohnen sind allgegenwärtig geworden; allein 2017 wurden Millionen Drohnen ausgeliefert, und die USA verzeichnen nun über 770.000 registrierte Luftfahrzeuge. Registrierung ist Pflicht für jede Drohne über 0,55 lbs. Jenseits militärischer Nutzung verändern UAVs Logistik, Überwachung und sogar Consumer-Anwendungen.

Selbstfahrende Autos stehen vor der Tür, doch die Zukunft geht weiter. Vahana, ein Luftfahrtunternehmen, absolvierte den Erstflug eines einsitzigen Senkrechtstarter- und -landeflugzeugs und bewies, dass fliegende Autos keine Science-Fiction mehr sind. Stellen Sie sich eine Gesellschaft vor, in der Führerscheine obsolet sind und Transport über Abonnement-Services statt persönlichem Besitz erfolgt.

Neue Technologie bringt neue Herausforderungen. Autonome Systeme sicher und geschützt zu machen, erfordert die Adressierung unterschiedlichster Anforderungen für UAVs, autonome Autos und kleine Hobby-Drohnen. Militärische UAVs in Wüsten-Kriegsgebieten stehen vor Constraints, die zivile Luftfahrzeuge nicht haben.

Warum Sensoren und Daten entscheidend sind

• Jeder zusätzliche Sensor – LiDAR, Kameras, Spurerkennungs-Kameras – generiert riesige Datenmengen. Ein einzelnes LiDAR-Gerät kann Gigabytes Rohdaten pro Sekunde produzieren. Diese Daten müssen augenblicklich den richtigen Verarbeitungsknoten erreichen, um rechtzeitige Entscheidungen zu ermöglichen.
• Zukünftige Operationen hängen von externen oder System-zu-System-Verbindungen ab. Vehicle-to-Vehicle (V2V) Kommunikation ist essenziell für Sicherheit und Verkehrsoptimierung.
• Hochleistungsfähige Onboard-Computer erlauben Fahrzeugen, Sensoreingaben lokal zu analysieren. Ein autonomes Auto muss in Echtzeit über ein Hindernis entscheiden, ohne auf Cloud-Latenz zu warten, weshalb künstliche Intelligenz zum Kernbestandteil autonomer Systeme wird.

Konnektivität ist das Rückgrat

Jede autonome Plattform basiert auf robuster Kommunikation zwischen ihren Komponenten. Der Schlüssel liegt darin, die richtigen Daten zum richtigen Ort zur richtigen Zeit zu liefern. RTI Connext® ist ein Echtzeit-Konnektivitäts-Framework, basierend auf dem Data Distribution Service (DDS), einem OMG-Standard, der skalierbaren, zuverlässigen, hochperformanten Datenaustausch über ein Publish-Subscribe-Modell bietet.

DDS abstrahiert Adressierung, Marshalling und De-Marshalling, sodass Publisher und Subscriber über heterogene Plattformen operieren können. Es unterstützt auch fortschrittliche Erweiterungen über das Basis-Modell hinaus. Indem Daten als Schnittstelle zwischen Komponenten behandelt werden, entkoppelt DDS Applikationen auf eine Weise, die perfekt zu autonomen Systemarchitekturen passt.

In einer typischen autonomen Architektur verbinden sich alle Komponenten mit einem virtuellen Datenbus. Neue Elemente können dynamisch hinzugefügt werden, und der Bus kann in lokale und Cloud-Ebenen partitioniert werden.

Hierarchische Datenbusse sind üblich. Das folgende Diagramm illustriert einen Multi-Level-Bus, verwaltet von RTI Connext.

Sicherheit durch Zertifizierung

Software steuert den größten Teil des Verhaltens eines autonomen Systems, doch fehlerfreier Code ist unrealistisch. Rigorose Tests sind erforderlich. In der Luftfahrt nutzt die Federal Aviation Administration DO-178 zur Zertifizierung von Softwarezuverlässigkeit. DO-178-Compliance kostet ca. 100 $ pro Codezeile und erfordert umfangreiche Dokumentation.

Die Nutzung vorkonzertierter Komponenten – wie RTIs safety-zertifizierbarer DDS-Databus – reduziert sowohl Kosten als auch Time-to-Market. RTI war der erste Anbieter, der einen safety-kritischen Databus auf DDS-Basis veröffentlichte, der das Fundament für compliant autonome Lösungen bildet.

Sicherheit in einer offenen Welt

Traditionelle Fahrzeuge hatten begrenzte externe Konnektivität, was sie schwer hackbar machte. Autonome Systeme hingegen verlassen sich auf kontinuierlichen Datenaustausch, was neue Angriffsvektoren eröffnet. Ein kompromittierter Link könnte einem böswilligen Akteur erlauben, Brems- oder Lenkbefehle zu manipulieren.

Standard TLS schützt den Kanal, aber wenn ein Angreifer Zugriff auf diesen Kanal erhält, bekommt er alle übertragenen Daten. Ein feingranularerer Ansatz ist nötig. Der DDS Security Standard bietet verteilte Zugriffskontrolle: Jeder Teilnehmer erhält nur die Berechtigungen, die er benötigt, was Single Points of Failure verhindert. Daten im Bus können kryptografisch authentifiziert werden, und jede Nachricht, die Policy-Checks nicht besteht, wird verworfen.

RTI Connext DDS Secure implementiert die OMG DDS Security Spezifikation mit eingebauten Plugins für Authentifizierung, Zugriffskontrolle, Kryptografie und Logging. Sicherheit wird außerhalb des Applikationscodes konfiguriert, wodurch Logik-Umschreibungen für Schutz entfallen.

Morgen autonome Systeme heute bauen

Die Mobilitätslandschaft entwickelt sich rasant. Mit den Tools und Standards von RTI Connext können Entwickler die autonomen Systeme der Zukunft vertrauensvoll bauen – sicher, safety-konform und vollständig integriert.

Dieser Blogpost reflektiert meine kürzliche Präsentation „Meeting Integration, Safety and Security Challenges in Autonomous Systems Software“ auf der AUVSI Xponential.

Mehr erfahren:

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