自律システムにおける統合、安全性、セキュリティのハードルを克服する方法

移動と物流のあり方はすでに変わりつつあります。無人航空機（UAV）とドローンは一般的になり、2017年だけで数百万機が出荷され、米国では77万機以上の航空機が登録されています。0.55ポンド（約250g）を超えるドローンの登録は義務付けられています。軍事用途を超え、UAVは物流、監視、さらには消費者向けアプリケーションを再構築しています。

自動運転車は目前に迫っていますが、未来はさらに進みます。航空宇宙企業Vahanaは、単人乗り垂直離着陸機の初飛行に成功し、空飛ぶクルマがもはやSFではないことを証明しました。運転免許が不要になり、交通手段が個人所有ではなくサブスクリプション・サービスで利用される社会を想像してみてください。

新技術には新たな課題が伴います。自律システムを安全かつセキュアにするには、UAV、自動運転車、小型ホビー・ドローンで異なる要件に対処する必要があります。砂漠の戦場で運用される軍用UAVは、民間機とは全く異なる制約に直面します。

センサとデータが重要な理由

• LiDAR、カメラ、車線検出カメラなど、追加のセンサごとに膨大なデータが生成されます。例えば、単一のLiDARユニットは1秒あたりギガバイト単位の生データを生成できます。このデータは、タイムリーな意思決定を可能にするため、適切な処理ノードに即座に到達しなければなりません。
• 将来の運用は、外部またはシステム間リンクに依存します。車両間通信（V2V）は安全性と交通最適化に不可欠です。
• 高性能オンボード・コンピュータにより、車両はセンサ入力をローカルで分析できます。自動運転車は、クラウド・レイテンシを待たずに障害物についてリアルタイムで判断しなければならず、それが人工知能を自律システムの核心的コンポーネントにしています。

接続性はバックボーン

すべての自律プラットフォームは、そのコンポーネント間の堅牢な通信に依存します。鍵は、適切なデータを適切な場所に適切なタイミングで届けることです。RTI Connext®は、Data Distribution Service（DDS）というOMG標準上に構築されたリアルタイム接続フレームワークで、パブリッシュ・サブスクライブ・モデルを通じて、スケーラブルで信頼性が高く、高性能なデータ交換を提供します。

DDSはアドレッシング、マーシャリング、アンマーシャリングを抽象化し、パブリッシャとサブスクライバが異機種プラットフォーム間で動作できるようにします。また、基本モデルを超える高度な拡張もサポートします。データをコンポーネント間のインターフェースとして扱うことで、DDSは自律システム・アーキテクチャに完璧に適合する形でアプリケーションを疎結合化します。

典型的な自律アーキテクチャでは、すべてのコンポーネントが仮想データバスに接続されます。新しい要素を動的に追加でき、バスをローカル・レイヤとクラウド・レイヤに分割できます。

階層型データバスは一般的です。以下の図は、RTI Connextで管理されるマルチ・レベル・バスを示しています。

認証による安全性

ソフトウェアが自律システムの大半の振る舞いを駆動しますが、完璧なコードは非現実的です。厳格なテストが必要です。航空分野では、米国連邦航空局（FAA）がDO-178を用いてソフトウェア信頼性を認証します。DO-178準拠にはコード行あたり約100ドルのコストがかかり、大量のドキュメントが求められます。

RTIの安全性認証済みDDSデータバスのような事前認証済みコンポーネントを使用すれば、コストと市場投入までの時間を両方削減できます。RTIは、DDS上に構築された安全性クリティカルなデータバスをリリースした最初のベンダーであり、コンプライアンスに準拠した自律ソリューションの基盤を提供しています。

オープンな世界でのセキュリティ

従来の車両は外部接続が限られていたため、ハッキングは困難でした。しかし、自律システムは継続的なデータ交換に依存するため、新たな攻撃ベクトルが開かれます。侵害されたリンクにより、悪意あるアクターがブレーキやステアリング命令を改ざんする可能性があります。

標準的なTLSはチャネルを保護しますが、攻撃者がそのチャネルにアクセスできれば、送信されるすべてのデータを入手できます。よりきめ細かなアプローチが必要です。DDSセキュリティ標準は分散アクセス制御を提供します：各参加者には必要な権限のみが与えられ、単一障害点を防ぎます。バス上のデータは暗号学的に認証され、ポリシー・チェックに失敗したメッセージは破棄されます。

RTI Connext DDS Secureは、OMG DDSセキュリティ仕様を実装し、認証、アクセス制御、暗号化、ログ記録のためのビルトイン・プラグインを備えています。セキュリティはアプリケーション・コードの外部で構成されるため、保護のためにロジックを書き換える必要はありません。

明日の自律システムを今日構築する

モビリティの風景は急速に進化しています。RTI Connextが提供するツールと標準により、開発者は未来の自律システムを、セキュアで、安全で、完全に統合された形で自信を持って構築できます。

このブログ投稿は、AUVSI Xponentialでの私の最近のプレゼンテーション「自律システム・ソフトウェアにおける統合、安全性、セキュリティ課題への対応」を反映しています。

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