Автомобиль, Интернет Вещей И Другие Технологии

Современное автомобилестроение, пожалуй, одна из самых инновационных отраслей.

Недавно автомобиль успешно трансформировался из механического монстра, поглощающего нефтяные ресурсы, в компьютер, эффективно управляющий электроприводом.

Известны и вполне удачные коммерческие примеры водородного автомобиля, например, от той же Toyota. Но многие согласятся, что, несмотря на все это, романтика бензинового двигателя вряд ли когда-нибудь умрет. Стоит ли стремиться к чему-то новому? Виден ли прогресс в отрасли сейчас? Можно отметить, что даже ограниченный ассортимент электромобилей и, в большинстве стран, неразвитая инфраструктура заправочных станций, например, на водородном топливе, вряд ли смогут замедлить прогресс развития «умных автомобилей».

В основном это связано со строгими мерами безопасности, что действительно очень важно для всех нас.

С другой стороны, компьютерные сети и Интернет полностью охватили весь мир, но в то же время автомобиль и Интернет вещей (IoT) все еще достаточно далеки друг от друга.

В предыдущей статье " Диагностический разъем OBD-II как интерфейс для IoT "Высказано мнение, что практически для любого автомобиля адаптер на базе диагностического интерфейса OBD-II, GPS-приемника, 3-х осевого датчика ускорения в сочетании с гироскопом и, конечно же, доступом в Интернет действительно решает проблему «подключенный автомобиль» (Connected Car).

Далее речь идет не столько о технологиях, сколько о механизмах взаимодействия автомобиля и IoT-устройств.

В этой публикации хотелось бы рассмотреть не просто механизмы построения IoT-платформы для дорог.

пользователей или углубиться в вопросы безопасности дорожного движения, что, несомненно, важно, а просто рассмотреть то, что уже существует в мире автопрома, применительно к другим отраслям или собственным разработкам.

Автомобиль, Интернет вещей и другие технологии

Платформа Intel IoT прокладывает путь к автомобилю будущего – IoT@Intel Несомненно, с увеличением количества подключенных автомобилей на наших дорогах станут доступны большие данные, содержащие различные характеристики и потенциальную статистическую информацию, которую уже могут использовать станции техобслуживания или автопроизводители, например, для улучшения качества автомобилей и их комплектующих, а также внедрение интеллектуальных подходов к прогнозированию и планированию технического обслуживания автомобилей.

Страховые компании смогут получать информацию о манере езды и статистику отказов тех или иных агрегатов конкретных марок автомобилей, что, несомненно, можно и нужно учитывать при установлении цен на страхование и т. д. Косвенно можно учитывать и качество дорожных покрытий, например, по аналогии с проектами, использующими показания инерциальных датчиков, встроенных в современные смартфоны, привязанных к данным GPS. Но что даст Connected Car своему владельцу? Является ли «подключенный» автомобиль действительно всего лишь точкой доступа в Интернет, некоторыми мультимедийными возможностями и некоторыми данными, которые, однако, могут оказаться бесполезными.

Насколько актуален сценарий, когда к дому подъезжает машина, а система «умный дом» инициирует подъем ворот гаража, включение наружного освещения подъездной дорожки, освещение в коридоре и комнате, настройку подогрева пола на комфортную температуру? Но это и есть комфорт. Это такие незаметные вещи, которые в будущем будут просто дополнять повседневную жизнь.

Но, как нетрудно заметить, прогресс IoT – это не только Connected Car, умный дом и другие технологии, а все вышеперечисленное вместе взятое.

Только синергия командной работы и взаимодействия IoT-компонентов сделают прорыв в развитии концепции Интернета вещей реальностью.

Пока же мы рассматриваем отдельные компоненты, которые сами по себе не имеют существенного значения для восприятия картины Интернета вещей в целом.

Пожалуй, Connected Car глазами автопроизводителей – это определенно не только данные OBD-II и несколько вспомогательных датчиков.

Представим, что для современного автомобиля такие системы, как: адаптивный круиз-контроль (Adaptive Cruise Control), системы экстренного торможения (Emergency Braking), технологии обнаружения пешеходов (Pedestrian Detection), системы предотвращения столкновений (Collision Doesnance), распознавания дорог, Traffic Sign Recognition, Предупреждение о выезде с полосы движения, оповещение о перекрестном движении, обнаружение слепых зон, предупреждение о столкновении сзади, система помощи при парковке (помощь при парковке) и многие другие.

А давайте подумаем: а что, если эти данные прямо или косвенно станут доступны другим участникам дорожного движения? Взаимодействие друг с другом на уровне обмена данными между транспортными средствами V2V (Vehicle-to-vehicle), транспортными средствами V2I (Vehicle-to-Infrastructure) и транспортной инфраструктурой или, в более общем смысле, транспортными средствами с V2X (Vehicle-to-everything) транспортная среда – это следующий шаг в развитии транспорта или, проще говоря, интеллектуальных транспортных технологий (Intelligent Transport System).

На данный момент существует интересный подход, который фактически основан на развертывании сети Wi-Fi по стандарту IEEE 802.11p, что позволяет решить проблему возможного отсутствия доступа к Интернету, т.е.

V2X. системы используют этот протокол для обмена данными друг с другом, не требуя подключения к Интернету.

Обмен необходимой информацией между участниками связи V2X осуществляется с помощью так называемых стандартных сообщений BSM (Basic Safety Message).

В отличие от протокола MQTT, который де-факто является основным в IoT-решениях, для сетей V2X более актуальна быстрая передача стандартизированного блока данных при общении между участниками сети.

Автомобиль, Интернет вещей и другие технологии

Коммуникации V2X: бессмысленное ожидание 5G? Преимущества V2X вполне очевидны, например, можно будет получать данные о транспортном средстве, находящемся вне поля зрения, на основе которых могут срабатывать различные устройства безопасности автомобиля, или больше нельзя будет распознавать дорожные знаки.

интеллектуальными системами автомобиля, а простая связь с соответствующими системами оповещения и т. д. Реализация стандарта IEEE 802.11p на борту транспортного средства, или компонента Embedded System для дорожной инфраструктуры, не является сложной задачей, например, с помощью чипа RoadLINK SAF5400. предлагает компания NXP. Это автомобильный высокопроизводительный модем DSRC ( Выделенная связь ближнего действия ) для V2X. Модем SAF5400 способен передавать до 2000 базовых сообщений безопасности (BSM) в секунду, а также оснащен высокопроизводительной технологией беспроводной безопасности V2X.

Автомобиль, Интернет вещей и другие технологии

Одночиповый модем RoadLINK SAF5400 для V2X – NXP Semiconductors Технологии беспроводной связи для V2X прекрасно дополняют существующую инфраструктуру, например, сети 3G или LTE, но когда-нибудь мы дождемся внедрения сетей поколения 5G. Очевидно, не случайно ведущие автопроизводители и компании, работающие в сфере электроники и телекоммуникаций, создали ассоциацию Автомобильная ассоциация 5G (5ГАА).

Ассоциация 5GAA нацелена на решение задач Cellular-V2X (C-V2X), то есть взаимодействия V2X и сотовых технологий для улучшения качества транспортных услуг и повышения безопасности дорожного движения.

Например, в преддверии 5G Qualcomm и LG анонсировали совместную разработку Cellular-V2X. LG разрабатывает решения для автомобильной связи на базе платформы Qualcomm Technologies, которая поддерживает гигабитные скорости LTE с использованием модема Qualcomm Snapdragon X16 LTE и дополняется решением QCA65x4 Wi-Fi 802.11ac. Предлагаемая платформа Connected Car также поддерживает стандарты 802.11p/DSRC. Также интересны не только инновации в области автомобильной электроники, но и сам принцип, по которому сейчас строятся новые решения для автомобилей.

Например, когда-то электронным сердцем автомобиля был ЭБУ (электронный блок управления), который управлял различными исполнительными механизмами и к которому поступала информация от различных датчиков.

Но вскоре появилась CAN-шина (Controller Area Network) и концепция интеллектуального датчика и интеллектуальных исполнительных систем.

Те.

датчик стал представлять собой не только чувствительный элемент и согласующее устройство, но и электронный датчик стал включать в себя микроконтроллер, что придавало «интеллект» системе, поскольку ее можно было запрограммировать на работу как автономно, так и в составе сети контроллеров.

То же самое можно сказать и об исполнительных механизмах.

Фактически, с появлением на автомобиле множества электронных устройств, сам автомобиль стал платформой для специализированной и высоконадежной распределенной сети микроконтроллеров.

Для IoT-решений может показаться очень привлекательным предоставлять все данные из внутренней CAN-сети автомобиля в облако, но сейчас это кажется абсурдным.

Вряд ли такое количество данных интересно для анализа, однако, если не учитывать пробег спорткара на треке или какие-либо тестовые тесты.

Более того, хотя каналы сотовой связи оставляют желать лучшего, такой подход для потребительского рынка вряд ли приведет к окончательному решению; кстати, не следует забывать, что доступ во внутреннюю сеть противоречит элементарным правилам кибербезопасности.

Однако обрабатываемые данные на уровне электронного блока управления двигателем, доступные по интерфейсу OBD-II, как уже отмечалось, вполне соответствуют идее IoT. В то же время стоит посмотреть и на новый подход к проектированию автомобильной электроники — это доменная архитектура, предложенная NXP.

Автомобиль, Интернет вещей и другие технологии

Доменная архитектура устраняет многие проблемы распределенной архитектуры.

В целом доменная архитектура не является чем-то совершенно новым, но для автомобиля она становится новым этапом развития, где электронная экосистема будет представлять собой уже не сеть умных датчиков и исполнительных механизмов, а сеть умных модулей и систем.

И здесь вполне видны точки «входа» для подхода IoT или Connected Car, т.е.

для общего представления о движении транспортного средства будут весьма интересны агрегированные данные о различных электронных модулях автомобиля.

А поскольку речь идет о доменах доверия или, правильнее, уровнях сегментации автомобильных встроенных электронных систем, то следует сразу вспомнить о понятии информационной безопасности этих модулей и систем, как в целом, так и на каждом уровне разделения «авторитетов».

И здесь нас не может не заинтересовать концепция безопасности, предложенная той же NXP. Инженеры этой компании также предлагают многоуровневую архитектуру, но на этот раз для безопасности автомобиля.

Первый уровень — защищенные интерфейсы.

Разумеется, внешние каналы связи автомобиля должны быть защищены, чтобы обеспечить конфиденциальность пользователей и безопасность самого автомобиля.

Для этой цели предлагаются традиционные подходы шифрования и аутентификации.

На втором уровне в защищенном автомобиле предлагается использовать шлюз (Secure Gateway), который должен обеспечивать безопасный доступ в Интернет через межсетевой экран, а также он должен выполнять роль преобразователя различных интерфейсов.

Шлюз должен позволять разделение доменов критически важных систем и, например, развлекательных систем.

Третий уровень – защита от проникновения во внутренние сети автомобиля.

Четвертый – это защита встроенных блоков управления, например блока управления двигателем, от проникновения, подмены программного кода и т.п.

На последнем, пятом уровне предлагаются традиционные методы защиты автомобиля от проникновения, например , электронные замки, иммобилайзер и т.д. Интересным моментом является обеспечение безопасности электронных компонентов автомобиля на уровне операционной системы.

Например, компания Green Hills Software предлагает свою операционную систему реального времени INTEGRITY RTOS для автомобильной промышленности.

Эта операционная система для встраиваемых систем (Embedded Systems) направлена на обеспечение надежности, безопасности и максимальной производительности при обработке данных в реальном времени.

Он использует аппаратную защиту памяти для изоляции и защиты встроенных приложений.

Защищенные разделы гарантируют корректную работу и защиту самой операционной системы и задач пользователя от ошибочного и вредоносного кода.

Для обеспечения удобства разработчиков предлагается так называемое промежуточное программное обеспечение, например, реализация файловых систем и популярных сетевых протоколов и т. д. Современная архитектура INTEGRITY хорошо подходит для многоядерных процессоров, ориентированных на встраиваемые системы.

Операционная система поддерживает процессоры: Altera Cyclone, AMD x86, Applied Micro (APM) Power Architecture, ARM Ltd., Fujitsu ARM, IBM Power Architecture, Intel Architecture, Marvell ARM и PXA, MIPS Technologies, NXP Qorivva, NXP QorIQ, NXP ColdFire. , NXP I.MX (ARM), NXP Vybrid (ARM), Renesas R-Car, Texas Instruments OMAP, Texas Instruments DaVinci, Texas Instruments Jacinto, Texas Instruments Sitara, Xilinx Zynq. Список, как говорится, внушительный.

Но самое интересное — это предлагаемый подход INTEGRITY Multivisor, т.е.

предлагает надежную и портативную инфраструктуру виртуализации.

Система поддерживает высокопроизводительную «полную виртуализацию», при которой не требуется никаких изменений в гостевой операционной системе.

Если доступ к устройствам должен быть разделен между гостями и/или приложениями, можно легко добавить приложения, которые координируют доступ к оборудованию.

На процессорах, не имеющих аппаратной поддержки режима гипервизора, INTEGRITY Multivisor применяет тщательно продуманные минимальные модификации гостевой операционной системы для максимизации производительности без ущерба для простоты миграции и переносимости.

Таким образом, INTEGRITY Multivisor сочетает в себе гостевые операционные системы общего назначения с комплексной экосистемой приложений реального времени и промежуточного программного обеспечения.

Автомобиль, Интернет вещей и другие технологии

Операционная система реального времени INTEGRITY – программное обеспечение Green Hills Мы получаем классический пример использования виртуализации, но для встраиваемых систем.

Несомненно, такой подход позволит реализовать интересные задачи, например, построить развлекательный центр на базе универсальной операционной системы (Linux или Windows), и в то же время у разработчиков появится возможность создавать решения для отображения панели приборов.

в настоящее время.

С другой стороны, гипервизор защитит критически важные системы от потенциально вредоносного кода стандартных решений на уровне универсальной операционной системы.

Очевидно, что виртуализация в классическом понимании, уже ставшая стандартом для традиционных компьютерных решений, стремительно переходит в мир высоконадежных систем.

Говоря о предметной архитектуре аппаратных решений автомобильной электроники и модульной архитектуре соответствующих программных комплексов, следует выделить, пожалуй, самое бурно развивающееся направление в этой области – построение автономных транспортных средств.

Для решения этой проблемы предлагаются различные программные и аппаратные решения.

Например, Tesla Motors стремится использовать встроенное решение на базе NVIDIA DRIVE PX 2 ИИ .

Отличительной особенностью такой платформы является реализация аппаратной архитектуры, предназначенной для применения алгоритмов.

глубокое обучение по реализации искусственной нейронной сети, которая, в свою очередь, станет основой работы автопилота.

В общем, даже энтузиасты смогут предложение свои решения для беспилотных автомобилей.

Однако не все так просто.

Вряд ли кто-то согласится ездить по шоссе, на котором «хакер-любитель» будет обучать свой автопилот. Хорошая новость в том, что власти большинства стран на законодательном уровне контролируют модификации серийных автомобилей и т.д.

Автомобиль, Интернет вещей и другие технологии

Платформа разработки автономных автомобилей от NVIDIA DRIVE PX2 Но тогда получается, что «технический прогресс» находится только в руках корпораций? В общем, это не так; вполне можно ознакомиться с различными онлайн-курсами по созданию беспилотного транспорта, например, MIT 6.S094: Глубокое обучение для беспилотных автомобилей .

Для проведения экспериментов и разработок необходимо использовать специализированные полигоны.

Здесь можно только позавидовать и полюбоваться маленький городок Мсити Университет Мичигана.

Этот город-полигон полностью посвящен тестированию подключенных автомобилей и автономных транспортных средств.

Как нетрудно заметить, автомобильная промышленность и транспортные технологии в настоящее время впитывают в себя все новейшие достижения в области телекоммуникаций, компьютерных технологий, программирования электроники и решения задач машинного обучения.

В результате мы вскоре сможем получить более надежные подходы и технологии, более безопасные для критически важных систем, но являющиеся производными от решений автомобильной промышленности.

Несомненно, автомобильная промышленность сейчас переживает огромный скачок в развитии, что связано со стремительным прорывом в совершенствовании информационных и коммуникационных систем на транспорте.

Прорыв в автопромышленности стал возможным благодаря повышению надежности и безопасности электронных бортовых систем и формированию на их основе новых подходов к проектированию информационных сетей.

Конечно, будущее впереди, но совершенно очевидно, что автомобиль будущего будет построен на основе сети бортовых интеллектуальных модулей, которые будут сгруппированы в уникальные домены для решения ключевых задач обеспечения надежное функционирование узлов автомобиля, обеспечивающее комфорт и безопасность поездки.

Сами автомобили станут частью сети V2X и одновременно частью Интернета вещей.

Благодаря таким технологиям становится возможным взаимодействовать, например, между автомобилем и дроном, который будет прокладывать маршрут, или, как вариант, специализированный дрон или его сеть могут стать точкой доступа V2X в воздухе.

Можно предложить множество других сценариев, но всегда главным в автомобилестроении должно быть обеспечение безопасности, надежности и комфорта поездки.

Традиционно это издание представляет собой небольшой дайджест о технологиях.

Надеемся, что ссылки, собранные в ходе подготовки публикации, заинтересуют читателей блога и, возможно, станут отправной точкой в изучении или совершенствовании технологий из рассматриваемой области применения.

Отметим, что идея публикации была навеяна видео пленарных выступлений на конференции NXP FTF Connects, проходившей в Детройте.

Как спроектировать автомобиль будущего? и презентационные материалы конференции NXP FTF соединяется , доступно на сайте компании.

Автомобильная тема и связанная с ней концепция социального IoT обязательно будут продолжены новыми публикациями в нашем блоге.

Например, в нынешней публикации вообще не упоминались развлекательные системы IVI (Invehicle Infotainment), а это целая область, которая всегда интересует гиков и автовладельцев.

И многое другое, как говорится, требует более детального изучения темы, например, взаимодействие беспилотных транспортных средств и появление нового тренда - автомобиль как услуга или услуга и т.д. Ваши комментарии по этой теме - добро пожаловать.

В свою очередь хочу поздравить читателей нашего блога с наступающим Новым годом и чередой зимних праздников! Желаю вам в этом году интересных и увлекательных проектов, которые непременно изменят мир к лучшему, новых гаджетов и только положительных впечатлений!