Sous l'effet de l'évolution rapide des réglementations NHTSA (National Highway Transportation Safety Commission), une toute nouvelle génération de « voitures intelligentes » connectées devrait faire son apparition dans les prochaines années. Ces nouveaux véhicules communiqueront constamment entre eux par le biais de technologies sans fil et évolueront au milieu d'un réseau de centres de gestion du trafic, qui fourniront des informations sur les conditions de circulation en temps réel. Après sa mise en œuvre, cette technologie devrait contribuer à réduire le nombre d'accidents mortels, à décongestionner le trafic et à réaliser d'importantes économies de temps, d'argent et d'essence.
Vous connaissez sans doute déjà le principe de la communication sans fil entre un véhicule et une station terrestre fixe. Le système OnStar de GM, disponible depuis 1995, utilise la technologie de téléphone mobile CDMA pour les communications voix et données. Plus récemment, Ford, Chrysler et BMW ont dévoilé des systèmes permettant d'accéder à divers services de sécurité, de confort et d'infodivertissement. Mais la nouvelle génération de voitures intelligences dépassera de loin les possibilités offertes par ces systèmes propriétaires.
Les systèmes véhicule-infrastructure (V2I) permettront aux véhicules de communiquer, via le réseau sans fil, avec les feux de circulation, les panneaux de signalisation et d'autres éléments de l'infrastructure routière. Les communications véhicule-véhicule permettront aux voitures de communiquer directement entre elles, en échangeant des informations sur leur vitesse, leur direction et leur position. Ensemble, ces deux systèmes sont connus sous le nom de « V2X ».
Figure 1 : scénarios de sécurité des véhicules avec V2X. (Source : IEEE.org)
Selon un rapport de la NHTSA, un système V2V devrait supprimer jusqu'à 79 % des risques de collisions de véhicules, et les systèmes V2I éliminer 81 % de la totalité des accidents.
Quels seraient les avantages d'un véhicule intelligent et connecté du point de vue du conducteur ?
• Aide au franchissement de voies : les voitures intelligentes pourraient aider le conducteur dans les situations de franchissement de voies offrant une mauvaise visibilité. Grâce à la communication V2V, les véhicules pourraient avertir chaque conducteur en cas de voitures à l'approche afin d'éviter les collisions frontales.
• Aide aux carrefours : les véhicules intelligents pourraient être informés lorsque des véhicules s'approchent d'un carrefour et générer une alerte à l'attention du conducteur ou enclencher automatiquement les freins.
• Allègement du trafic : le système V2I pourrait informer les conducteurs en cas de congestion du trafic, ce qui permettrait de réduire les accidents et de minimiser les problèmes de circulation. Un réseau de centres de gestion du trafic (TMC) pourrait communiquer avec chaque véhicule à l'aide d'une liaison Wi-Fi, de systèmes DSRC (Dedicated Short-Range Communication), de liaisons satellites ou de systèmes cellulaires. Pour fluidifier la circulation, les feux de circulation intelligents pourraient changer de couleur en tenant compte des conditions du trafic sur une couverture étendue.
• Gain de temps et d'argent : les systèmes V2I permettraient de réduire chaque année la quantité de gaz d'échappement produite à perte dans les embouteillages, tout en faisant gagner du temps (environ 5,5 milliards d'heures par an) au conducteur et en lui permettant de réaliser des économies de carburant (environ 3,8 milliards de litres par an).
• Banalisation des applications de sécurité : les véhicules intelligents seraient en mesure d'alerter les conducteurs en cas de situations à risque, par exemple présence d'un véhicule immobile ou stationné, arrêt brutal d'un véhicule qui le précède, ou encore changement soudain des conditions de circulation.
Ces systèmes devraient faire leur apparition plus tôt que vous ne pourriez l'imaginer. À l'occasion de l'Intelligent Transport System World Congress organisé à Detroit en septembre 2014, Mary Barra, la PDG de GM, a annoncé l'introduction de la technologie V2V dans le modèle Cadillac CTS 2017. Le système, fourni par Delphi, utilisera un logiciel applicatif Cohda Wireless et un jeu de puces sans fil NXP. Plus récemment, au mois de mai, le secrétaire au ministère des transports américain Anthony Foxx a annoncé une accélération de la mise en œuvre de la proposition de la NHTSA exigeant d'équiper les véhicules neufs de systèmes V2V.
Questions de confidentialité et de sécurité
Si les véhicules connectés regorgent bien évidemment d'avantages, ils présentent également des inconvénients. Les problèmes de confidentialité et de sécurité sont appelés à prendre davantage d'ampleur à mesure que la connectivité sans fil se développe. Des problèmes qu'il sera bientôt urgent de résoudre efficacement.
Le respect de la vie privée des conducteurs est déjà compromis, ce même sur les véhicules actuels. Selon un rapport produit en 2015 par le Sénat américain, 50 % des constructeurs automobiles proposent des technologies qui collectent et transmettent l'historique de conduite à des centres de données, et notamment à des centres de données tiers. Le type de données recueillies varie selon le fabricant, mais peut porter sur la position du véhicule, sa vitesse, sa dernière position de stationnement, ou encore sur les distances parcourues et les temps de conduite.
Figure 2 : pourcentage de constructeurs automobiles collectant et transmettant des données d'historique de conduite. (Source : bureau du sénateur Edward Markey)
La plupart des réseaux de véhicules actuels n'ont pas été conçus dans une optique de sécurité. Au cours d'une récente conférence sur la cybersécurité, des experts ont estimé que la plupart des véhicules possédaient une cinquantaines de points de vulnérabilité.
Il n'est pas ici question uniquement de connexions sans fil. Les véhicules modernes intègrent plus de 50 contrôleurs qui communiquent entre sur les réseaux locaux, par exemple les réseaux CAN (Controller Area Network) et LIN (Local Interconnect Network). Avec 100 millions de lignes, la quantité totale de code à sécuriser semble gigantesque par rapport à celles d'autres applications complexes (voir Figure 3).
Figure 3 : comparaison des tailles de logiciels par lignes de code. (Source : Delphi)
Une faille de sécurité peut certes avoir des conséquences financières (vol d'un véhicule), mais elle peut également provoquer des décès. Dans une étude publiée en 2013 et financée par la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), deux chercheurs ont démontré qu'il était possible de connecter un ordinateur portable aux systèmes informatiques de deux véhicules différents à l'aide d'un simple câble et d'envoyer des commandes à différentes unités de contrôle via une liaison CAN de manière à prendre le contrôle du moteur, des freins, de la direction et d'autres composants critiques du véhicule. Plus récemment, des pirates sont parvenus à accéder à un véhicule à distance sur l'autoroute et à désactiver le fonctionnement du moteur.
En règle générale, et notamment dans les situations décrites ci-dessus, ces problèmes sont résolus au moyen d'un simple correctif de sécurité. Mais en réalité, cela ne suffit pas. La communauté de l'IoT étant confrontée essentiellement à des problèmes similaires, l'industrie déploie d'importants efforts pour tenter de développer des solutions de chiffrement et d'authentification normalisées et robustes.
Au-delà de la menace directe qui plane sur le véhicule, d'autres aspects liés à la sécurité ont tendance à inquiéter les fournisseurs d'automobiles (et leurs avocats) :
• Sécurité des informations sur supports mobiles, notamment les contenus vidéo et audio protégés par des droits d'auteur qui sont utilisés dans la voiture
• Sécurité des paramètres internes, tels que l'étalonnage du moteur, le relevé du compteur kilométrique, etc.,
• Précision et validité des paramètres internes, tels que la vitesse du véhicule
• Intégrité des systèmes de contrôle des émissions
• Détection d'ECU de contrefaçon.
Présentation des technologies V2I et V2V
Les technologies V2V et V2I ont mis un long moment à faire leur apparition. En 1999, la FCC (Federal Communications Commission) a alloué 75 MHz de spectre dans la bande 5,9 GHz (5,850-5,925 GHz) pour les systèmes de transport intelligents (ITS). En Europe, l'ETSI a suivi l'exemple en accordant 30 MHZ de spectre en 2008.
Sur le plan technique, les systèmes DSRC dédiés aux applications V2V/V2I diffèrent des systèmes de communication mobiles classiques sur plusieurs points :
1) Les utilisateurs (véhicules) peuvent communiquer entre eux sans passer par un élément de coordination dédié (station de base ou point d'accès)
2) Les stations source et cible sont mobiles et peuvent se déplacer à grande vitesse (> 120 km/h)
3) Les communications entre utilisateurs interviennent au niveau du sol, ce qui accentue l'effet de la dispersion en trois dimensions
4) Le système possède une faible portée, généralement de l'ordre de 400 mètres.
Ces différences impliquent de concevoir de nouveaux transmetteurs dédiés aux systèmes DSRC V2V capables d'atteindre une haute efficacité spectrale dans des conditions de propagation difficiles.
L'amendement IEEE 802.11p à la norme Wi-Fi IEEE 802.11 introduit des améliorations pour la prise en charge des systèmes ITS, en remplaçant les canaux 20 MHz de la norme 802.11 par des canaux 10 MHz. Le fait de diviser par deux la bande passante revient à doubler le temps de transmission pour un symbole de données spécifique. Ceci permet au récepteur de mieux gérer les caractéristiques du canal radio dans les environnements de communication de véhicules, les échos de signaux renvoyés par les autres voitures ou par les maisons, par exemple.
Dans la mesure où le temps disponible pour les communications peut être potentiellement très court, les mécanismes d'authentification et de confidentialité des données fournis par l'IEEE 802.11 ne peuvent pas être utilisés et doivent donc être assurés par des couches réseau de niveau supérieur. L'ensemble de normes IEEE 1609 régissant l'accès sans fil dans les environnements de véhicule (WAVE) définit une architecture et une série complémentaire de protocoles, services et interfaces qui, utilisés conjointement, permettent l'établissement de communications V2V et V2I sécurisées.
Figure 4 : module radio 802.11p MK5 NXP/Cohda (Source : NXP/Cohda Wireless)
Le fournisseur de semiconducteurs NXP a présenté sa technologie de voiture connectée sécurisée en janvier, lors du Consumer Electronics Show (CES). Le jeu de puces NXP RoadLINK™, qui était au centre de la démonstration des communications V2X, est suffisamment compact pour être installé dans une antenne de toit de type aileron de requin et utilise une architecture ITS prenant en charge plusieurs normes, notamment une sécurité IEEE 1609.2 pour le stockage des clés et la signature des messages.
Le module radio MK5 illustré à la Figure 4 et développé conjointement par NXP Semiconductors (pour la partie matérielle) et par Cohda Wireless (pour le microprogiciel), comprend un transmetteur SAF5100EL, deux antennes 5,9 GHz, ainsi que des interfaces USB, SPI et GPIO. Il mesure 30 mm x 40 mm x 4 mm, écran RF inclus. Le transmetteur inclut une radio logicielle avec couche PHY et sous-couche MAC IEEE 802.11p.
L'étape suivante : les véhicules autonomes et le V2X
L'univers des véhicules intelligents pourrait également connaître une autre évolution potentiellement révolutionnaire, celle des véhicules autonomes capables de détecter leur environnement et de naviguer sans intervention humaine. La NHTSA a officiellement proposé un système de classification des véhicules autonomes allant du Niveau 0 (où le conducteur contrôle entièrement le véhicule à tout moment) au Niveau 4 (où le véhicule exécute toutes les fonctions de sécurité critiques sur l'ensemble du trajet et où le conducteur n'est supposé contrôler le véhicule à aucun moment). Notez que le terme « autonome » tel qu'il est défini par les constructeurs automobiles est à différencier de la notion « sans pilote » qui implique une totale indépendance (c'est-à-dire sans volant ni autres commandes).
L'étape suivante dans le monde des véhicules intelligents se profile déjà à l'horizon. Google teste actuellement sa voiture autonome à San Francisco ; le prototype a déjà parcouru pas moins de 480 000 km, dont 80 000 sans l'intervention de conducteurs. Seul un léger accrochage imputable à une erreur humaine a été signalé.
D'ici 2016, Mercedes projette d'introduire son « Autobahn Pilot », un véhicule qui permet une conduite sur autoroute sans les mains avec un dépassement autonome des autres véhicules. Cette année, la société technologique Mobileye projette également de commercialiser une technologie de conduite sur autoroute sans les mains. Au-delà même du simple aspect technologique, il reste encore de nombreux problèmes à résoudre, notamment les questions de responsabilité en cas de dommage, de permis de conduire et de résistance individuelle.
Les véhicules autonomes devraient logiquement intégrer entièrement les technologies V2I et V2V dès qu'elles seront disponibles. Et quand ce jour viendra, peut-être pourrons-nous enfin nous détendre autour d'un verre de vin ou nous accorder une petite sieste le temps du trajet de retour après une dure journée de travail.