Debido al impulso en la celeridad de los procedimientos regulatorios de la National Highway Transportation Safety Commission (NHTSA), en los próximos años veremos el lanzamiento de toda una nueva generación de “automóviles inteligentes”. Estos nuevos vehículos estarán en permanente comunicación inalámbrica entre sí y con una red de centros de control del tráfico, lo que ofrece un flujo de información acerca de las condiciones de tráfico en tiempo real. Cuando se hayan implementado completamente, las ventajas incluirán menos muertes en las carreteras, menos congestión de tráfico y grandes ahorros de tiempo, dinero y combustible.
Probablemente ya sabe de la comunicación inalámbrica de un vehículo a una estación fija en tierra. OnStar de GM está circulando desde 1995, utiliza tecnología CDMA de teléfono móvil para la comunicación de voz y datos. Más recientemente, Ford, Chrysler y BMW presentaron sistemas que dan acceso a una variedad de servicios de seguridad, comodidad y entretenimiento. Pero la próxima generación de automóviles inteligentes irá mucho más allá de estos sistemas exclusivos.
Los sistemas vehículo a infraestructura (V2I) permitirán a los vehículos comunicarse de forma inalámbrica con semáforos, señales viales y otra infraestructura. Las comunicaciones entre vehículos (V2V) permitirán a los vehículos comunicarse directamente entre sí, intercambiando información sobre la velocidad, dirección y ubicación. En conjunto, los dos sistemas se conocen como V2X.
Figura 1: Escenarios de seguridad vehicular con V2X. (Fuente: IEEE.org)
Un informe de la NHTSA estima que un sistema V2V se haría cargo de hasta un 79% de los posibles accidentes de vehículos y los sistemas V2I de un 81% de todos los accidentes.
¿Cómo se pueden beneficiar los conductores de los vehículos inteligentes conectados?
• Asistencia para adelantamiento de carril: Los automóviles inteligentes podrían ser capaces de ayudar al conductor en situaciones de adelantamiento de carril donde no tienen visibilidad clara. Con la comunicación V2V los vehículos podrían advertir a cada conductor acerca de los automóviles que se aproximan para evitar colisiones frontales.
• Asistencia de intersección: Los vehículos inteligentes sabrían de otro vehículos que se acercan y que van a entrar en una intersección y podrían alertar al conductor o aplicar los frenos.
• Reducción de la congestión: El sistema V2I alertaría a los conductores acerca de la congestión de tráfico, con lo que disminuirían los accidentes y reducirían al mínimo las demoras por tráfico; una red propuesta de centros de control de tráfico (TMC) se comunicaría con cada vehículo mediante Wi-Fi, sistemas de comunicación de corto alcance especializados (DSRC), satélite o sistemas celulares. Los semáforos inteligentes podrían cambiar de estado de acuerdo con los patrones de tráfico en un área amplia para reducir al mínimo la congestión total.
• Ahorros de tiempo y dinero: V2I podría ayudar a reducir la cantidad de gasolina desperdiciada en atascos cada año, lo que ahorraría tiempo a los conductores (alrededor de 5 500 millones de horas al año), así como también combustible 1 900 millones de galones al año.
• Aplicaciones de seguridad ampliadas: Los vehículos inteligentes podrían advertir a los conductores de situaciones como un vehículo detenido o estacionado, si un vehículo más adelante se detuvo o disminuyó la velocidad repentinamente, o si los patrones de tráfico cambiaron abruptamente.
Se espera que estos comiencen a lanzarse al mercado más pronto de lo que se cree. La directora general de GM, Mary Barra, anunció en el Congreso mundial sobre Sistemas Inteligentes de Transporte realizado en Detroit en septiembre de 2014 que se incluiría la tecnología V2V en el Cadillac CTS 2017. El sistema será proporcionado por Delphi mediante software de aplicación de Cohda Wireless y un conjunto de chips inalámbrico de NXP. Tan solo este mes de mayo, el Secretario de Transporte de EE. UU. Anthony Foxx anunció un calendario acelerado para la propuesta de la NHTSA de exigir equipo V2V en los vehículos nuevos.
Preocupaciones de privacidad y seguridad
Naturalmente, un vehículo conectado plantea muchos beneficios, pero también desventajas. La privacidad y la seguridad son aspectos que quedan por verse efectivamente, los problemas simplemente se tornarán más apremiantes a medida que se extienda la conectividad inalámbrica.
La privacidad al conducir ya está comprometida, incluso en los vehículos existentes. Un informe de 2015 de empleados del Senado de EE. UU. concluyó que el 50% de los fabricantes de automóviles ofrecen tecnologías que recopilan y transmiten de forma inalámbrica los datos del historial de conducción a centros de datos, incluidos centros de datos de terceros. Los datos exactos recopilados varían entre cada fabricante, pero pueden incluir la ubicación actual, la velocidad del vehículos, la última ubicación en que estuvo estacionado y las distancias y tiempos de desplazamiento.
Figura 2: Porcentaje de fabricantes de automóviles que recopilan y transmiten datos del historial de conducción. (Fuente: Oficina del Senador Edward Markey)
Con respecto a la seguridad, la mayoría de las redes de vehículos no se diseñaron para ser seguras. De acuerdo con los expertos en un reciente congreso sobre ciberseguridad, la mayoría de los vehículos tienen más de 50 “puntos de ataque” vulnerables.
No hablamos únicamente de conexiones inalámbricas. Los vehículos modernos tienen hasta 50 controladores integrados que se comunican entre sí a través de redes locales como las redes de área del controlador (CAN) y redes de interconexión local (LIN). Con 100 millones de líneas, la cantidad total de código que se debe proteger eclipsa la de otras aplicaciones complejas, como se muestra en la Figura 3.
Figura 3: Comparación del tamaño del software por líneas de código. (Fuente: Delphi)
Las consecuencias de un fallo de seguridad pueden ser financieras, el robo de un vehículo, o incluso fatales. En un estudio del año 2013 financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), dos investigadores demostraron su capacidad para conectar un ordenador portátil a los sistemas informáticos de dos vehículos diferentes mediante un cable, enviaron comandos a distintas unidades de control a través de un CAN y de este modo controlar el motor, los frenos, la dirección y otros componentes esenciales del vehículo. Más recientemente, los piratas informáticos han accedido a un vehículo de forma remota mientras se encontraba en la carretera y lograron deshabilitar la operación del motor.
Cuando se descubren ese tipo de problemas, normalmente pueden corregirse mediante una revisión de seguridad, como fue el caso del ejemplo anterior, pero se necesita mucho más. Muchos de los mismos problemas son los que enfrenta la comunidad de IoT, por lo que se están dedicando muchos esfuerzos a desarrollar soluciones sólidas de cifrado y autentificación estandarizadas.
Aparte de la amenaza directa para el vehículo, otras áreas que preocupan a los proveedores de automóviles (y a sus abogados) relativas a la seguridad son:
• La seguridad de la información de los medios móviles, como, video y audio con derechos de autor que se utiliza en el automóvil.
• La seguridad de los parámetros al interior del vehículo, como calibraciones del motor, lectura del odómetro, etc.
• La precisión y validez de los parámetros al interior del vehículo, como la velocidad del vehículo.
• Integridad de los sistemas de control de emisiones.
• Detección de ECU falsificadas.
Descripción general de la tecnología V2I y V2V
La tecnología V2V y V2I ha tardado mucho en llegar. En 1999, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) asignó 75 MHz del espectro en la banda de 5,9 GHz (5,850-5,925 GHz) para sistemas de transporte inteligente (ITS). En Europa, ETSI siguió su ejemplo con la asignación de 30 MHz en 2008.
Desde una perspectiva técnica, los sistemas DSRC para uso en V2V/V2I difieren de los sistemas de comunicación móvil convencionales de varias formas:
1) Los usuarios (vehículos) puede comunicarse entre sí sin depender de un elemento de coordinación exclusivo (estación base o punto de acceso);
2) Las estaciones de origen y destino son móviles y pueden desplazarse a velocidad vehicular alta (> 120 km/h);
3) Las comunicaciones entre los usuarios se realizan a nivel de superficie, por lo que los efectos de la dispersión tridimensional son significativos y
4) El alcance del sistema es pequeño, normalmente alrededor de 400 metros.
Estas diferencias exigen el diseño de transceptores innovadores para los sistemas DRSC de V2V que alcancen una alta eficiencia espectral en condiciones de propagación difíciles.
La enmienda IEEE 802.11p de IEEE 802.11 (el estándar Wi-Fi) define las mejoras a la compatibilidad de ITS, mediante los canales de 10 MHz en lugar de los de 20 MHz de 802.11. La mitad del ancho de banda equivale al doble del tiempo de transmisión para un símbolo de datos específico. Esto permite que el receptor haga frente de mejor manera a las características del canal de radio en los entornos de comunicaciones vehiculares, ecos de señales reflejados en otros automóviles o casas, por ejemplo.
Debido al tiempo disponible potencialmente muy breve para las comunicaciones, no pueden usarse los mecanismos de autenticación y confidencialidad de los datos proporcionados por el IEEE 802.11, por lo que deben proporcionarlos capas de red más altas. La familia de estándares IEEE 1609 para Acceso inalámbrico en entornos vehiculares (WAVE) define una arquitectura y un conjunto de protocolos, servicios e interfaces complementarios que colectivamente habilitan las comunicaciones V2V y V2I seguras.
Figura 4: Módulo de radio NXP/Cohda MK5 802.11p (Fuente: NXP/Cohda Wireless)
El proveedor de semiconductores NXP demostró su tecnología de automóvil conectado seguro en la exposición Consumer Electronics Show (CES) del mes de enero. El conjunto de chips NXP RoadLINK™, la base de la demostración de las comunicaciones V2X tiene un tamaño suficientemente reducido para montarlo en una antena de aleta de tiburón para el techo y utiliza una arquitectura ITS multiestándar que incluye la seguridad de IEEE 1609.2 para almacenamiento y señales de mensajes clave.
El módulo de radio MK5 en la Figura 4, codesarrollado por NXP Semiconductors (hardware) y Cohda Wireless (firmware), incluye el transceptor SAF5100EL, dos antenas 5,9 GHz e interfaces USB, SPI y GPIO. Mide 30 mm x 40 mm x 4 mm incluido el blindaje RF. El transceptor incluye una radio definida por software con un PHY y MAC de IEEE 802.11p.
La siguiente etapa: vehículos autónomos y V2X
Otro avance potencialmente revolucionario en el transporte vehicular inteligente es el vehículo autónomo, que es capaz de detectar su entorno y navegar sin intervención humana. La NHTSA propuso un sistema de clasificación para vehículos autónomos que va desde el Nivel 0, en el que el conductor controla el vehículo en todo momento, hasta el Nivel 4 en que el vehículo realiza todas las funciones críticas para la seguridad durante todo el trayecto y no se espera que el conductor controle el vehículo en ningún momento. Observe que la definición de “autónomo” para los fabricantes de automóviles no es la misma que “autoconducción”. Este último implica una independencia completa (es decir, sin volante ni otros controles).
La siguiente etapa en vehículos inteligentes también está en la mira. Google ya está realizando pruebas de su automóvil autónomo en San Francisco, que ya ha acumulado 300.000 millas conducidas, incluidas 50.000 millas sin intervención de conductores. El único accidente documentado fue un accidente menor que se produjo con un humano en los controles.
En el año 2016 Mercedes tiene planeado presentar su “Autobahn Pilot”, que permite la conducción en carretera de manos libres con adelantamiento autónomo de otros vehículos. Ese mismo año, la empresa de tecnología Mobileye espera lanzar tecnología de conducción de manos libres para carreteras. Incluso aparte de la tecnología, todavía quedan pendientes por resolver numerosos problemas, incluidos la responsabilidad por daños, las licencias y la resistencia individual.
Se espera que los vehículos autónomos se integren completamente las tecnologías V2I y V2V en cuanto estén disponibles. Cuando llegue ese día, tal vez finalmente podamos relajarnos con una copa de vino o tomar una siesta de camino a casa después de un día difícil en la oficina.