자율 시스템에서 통합, 안전 및 보안 문제를 해결하는 방법

여행 방식 및 상품 판매 방식의 변화 이미 무인항공기(UAV)와 드론에 익숙해지면서 납품이 순조롭게 진행되고 있습니다. 2017년에는 수백만 대의 드론이 출하되었으며 현재 미국에는 770,000개 이상의 드론이 등록되어 있습니다. (0.55lbs 이상의 드론은 등록이 필요합니다.) UAV는 군용 분야를 넘어 점점 더 지배적인 역할을 하고 있습니다. 자율주행차가 코앞에 다가왔지만 여기서 그치지 않습니다. 하늘을 나는 자동차는 더 이상 공상 과학 소설이 아닙니다. 항공 우주 회사인 Vahana는 이미 1인용 수직 이착륙 항공기의 첫 비행을 했습니다. 운전 면허증이 필요 없고 운송 서비스 가입이 개인 차량을 대체하는 사회가 가까이에 있습니다.

모든 새로운 기술과 마찬가지로 도전 과제가 있습니다. 자율 시스템을 안전하고 안전하게 만드는 문제는 여러 방향에서 발생합니다. 공중 UAV의 안전 요구 사항은 자율 주행 자동차와 다르며 소형 사진 드론의 경우에도 다릅니다. 사막 전쟁 지역에서 운용되는 UAV도 민간 영공의 UAV와 요구 사항이 다를 수 있습니다. 그렇다면 자율 시스템을 개발하려면 어떤 기술이 필요하며 이것이 현재 시스템과 어떻게 다른가요?

• 더 많은 센서는 더 많은 데이터를 의미합니다. 인적 요소는 센서로 대체됩니다. 라이더, 카메라 및 기타 작업별 센서(예:차선 센서)는 인간의 눈이 보는 것을 복제합니다. Lidar는 짧은 시간에 기가바이트의 데이터를 생성할 수 있습니다. 이 모든 데이터는 처리 및 의사 결정을 위해 적시에 적절한 위치로 이동해야 합니다.
• 미래에는 외부 통신 또는 시스템 간 통신이 필요합니다. 안전을 개선하고 교통 흐름을 최적화하려면 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 통신이 필요합니다.
• 차량은 더 작고 강력한 컴퓨터를 활용하여 차량이 센서 정보를 기반으로 로컬에서 결정을 내릴 수 있도록 합니다. 자율주행차가 물체를 감지하면 무엇을 할지 결정하기 전에 해당 데이터가 클라우드로 이동하기를 기다릴 수 없습니다. 실시간 성능과 안정성을 위해 로컬에서 결정해야 합니다. 이것이 인공 지능이 자율 시스템의 핵심 요소가 되는 이유입니다.

모든 자율 시스템에서 공통적인 한 가지는 효과적인 연결입니다. 구성 요소 간의 효과적인 통신 없이는 자율 시스템을 구축할 수 없습니다. 핵심은 적절한 데이터를 적절한 시간에 적절한 장소로 가져오는 것입니다. RTI Connext®는 OMG(Object Management Group) 표준인 실시간 시스템용 DDS(Data Distribution Service)를 기반으로 하는 연결 프레임워크입니다. DDS는 게시-구독 패턴을 사용하여 확장 가능하고 실시간이며 신뢰할 수 있는 고성능의 상호 운용 가능한 데이터 교환을 제공합니다. DDS는 자율 시스템의 요구 사항을 완벽하게 해결합니다. DDS는 구독자와 게시자가 다른 플랫폼에 있는 경우 주소 지정, 데이터 마샬링 및 역마샬링을 처리합니다. DDS는 기본 발행-구독 모델을 뛰어 넘는 메커니즘을 지원합니다. 주요 이점은 통신에 DDS를 사용하는 응용 프로그램이 데이터가 구성 요소 간의 인터페이스인 데이터 중심 접근 방식을 사용하여 분리된다는 것입니다. 이것이 바로 자율 시스템에 필요한 것입니다. 다른 구성 요소는 필요한 데이터를 얻는 방법에 따라 다릅니다. 자율 시스템은 아래 다이어그램과 유사합니다.

다른 모든 시스템 구성 요소는 데이터 버스에 연결됩니다. 데이터 버스는 참여하는 모든 구성 요소가 공유하는 가상 개념입니다. 데이터 버스는 구성 요소가 필요한 정보를 얻고 생산한 정보를 다른 구성 요소에 제공하는 곳입니다. 새 구성 요소를 데이터 버스에 동적으로 추가할 수 있습니다. 데이터 버스는 로컬 데이터 버스 및 클라우드에 대한 외부 연결과 같은 다양한 수준으로 분할될 수도 있습니다.

다음은 RTI Connext Databus를 사용하는 자율 시스템에 대한 계층적 데이터 버스의 예입니다.

앞서 언급했듯이 안전은 중요한 요구 사항입니다. 자율 시스템을 구축하는 데 필요한 대부분의 기능은 소프트웨어에 내장되어 있으며 완전히 버그가 없는 소프트웨어는 현실적이지 않습니다. 소프트웨어는 안전한지 확인하기 위해 엄격한 테스트를 통과해야 합니다. 예를 들어, FAA는 소프트웨어가 항공 시스템에서 안정적으로 작동하는지 여부를 결정하기 위한 지침으로 사용하는 문서로 DO-178을 적용합니다. DO-178 인증을 받는 것은 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 비용도 많이 듭니다. 인증 비용은 코드 줄당 $100입니다. 자율 시스템의 경우 비용을 절감할 뿐만 아니라 시장 출시 요구 사항을 충족하기 위해 인증 증거가 있는 소프트웨어 구성 요소를 사용하는 것이 중요합니다. RTI는 DDS를 기반으로 하는 안전에 중요한 데이터 버스를 출시한 최초의 공급업체입니다.

안전 인증 연결 프레임워크가 준비되었으므로 보안은 어떻습니까? 현재 시스템에서는 외부 통신이 없었기 때문에 보안이 항상 문제가 되지는 않았습니다. 자동차에는 이미 자동차 내부에 센서와 연결 기능이 있습니다. 그러나 외부와의 연결은 전혀 없었거나 매우 제한적이었습니다. 일단 문이 닫히고 차가 운전을 하면 차를 해킹하기 어려웠다. 비행기도 마찬가지입니다. 비행기를 납치하려면 먼저 비행기에 탑승해야 하며 이를 방지하기 위한 많은 보안 조치가 마련되어 있습니다. 이것은 자율 시스템과 함께 변경됩니다. 앞에서 설정한 것처럼 자율 시스템은 외부와의 통신이 필요하므로 더 취약합니다. 적절한 보안 조치가 마련되지 않은 악의적인 해킹으로 자율 시스템의 안전이 위협받을 수 있습니다.

첫 번째 생각은 일반적으로 보안 링크를 사용하는 것입니다. 외부 통신에 TLS를 사용할 수 있습니다. 그러나 해커가 보안 링크에 액세스하면 해커는 해당 링크의 모든 데이터에 액세스할 수 있습니다. 우리는 더 나은 수준의 보안이 필요합니다. 집과 마찬가지로 모든 것에 액세스할 수 있는 단일 키가 없습니다. 도둑이 집에 침입하면 자동으로 금고나 잠긴 캐비닛에 접근할 수 없습니다. 외부 통신에는 세분화된 수준의 보안이 필요합니다. DDS 보안 표준은 단일 취약 지점 없이 게시하거나 구독할 수 있는 데이터 참가자를 지시하는 분산 액세스 제어 메커니즘을 제공합니다. 이는 승인되지 않은 애플리케이션이 제동 또는 조향을 제어하기 위한 명령을 게시할 수 있는 권한이 거부된다는 것을 의미합니다. 또는 데이터 버스에서 데이터가 손상된 경우 구독자는 메시지를 암호화 방식으로 인증하고 설정된 정책과 일치하지 않는 모든 것을 삭제할 수 있습니다. DDS 및 DDS 보안은 자율 시스템을 연결하고 보호하는 데 필요한 미래 지향적인 유연성을 제공합니다. OMG DDS 보안 사양을 기반으로 하는 RTI Connext DDS Secure에는 상호 운용 가능한 인증, 액세스 제어, 암호화 및 로깅 주제를 제공하기 위한 내장 플러그인이 있습니다. DDS 보안 표준의 장점은 보안이 구성된다는 것입니다. 시스템 보안을 위해 코드를 변경할 필요가 없습니다.

미래가 여기 있으며 흥미진진한 미래입니다. 우리가 전 세계를 이동하는 방식은 변화하고 있으며 새로운 도전과 함께 새로운 기술이 등장하는 것을 보게 될 것입니다. RTI Connext를 통해 우리는 미래의 자율 시스템을 구축할 준비가 되었습니다.

이 블로그 게시물은 AUVSI Xponential에서 최근 발표한 "자율 시스템 소프트웨어의 통합, 안전 및 보안 문제 해결" 프레젠테이션을 강조합니다.

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