دشواری‌های موجود بر سر راه توسعه ارتباطات خودرویی

منبع: وب سایت سامانه ارتباطات هوشمند خودرویی

22 بهمن 1392

صبح زود در آخرین روز نمایشگاه محصولات الکترونیکی CES همین که به خود آمدم در حال امضای یک گواهی نامه رفع مسئولیت در پارکینگی واقع در لاس وگاس بودم. دلیل حضور من در آنجا، شرکت در آزمون رانندگی با یک مدل فورد تاروس تغییریافته بود. این خودرو حامل تجهیزاتی بود که می تواند آینده رانندگی در آمریکا باشد: سامانه ای که از طریق ارتباط با خودروهای دیگر قادر است نسبت به وقوع تصادفات احتمالی به راننده خود هشدار دهد.

پس از طی یک سری سناریوهای رانندگی، راننده تاروس بسوی یک تقاطع شبیه سازی شده به پیش راند. با سبز شدن چراغ راهنمایی، راننده می خواست به داخل تقاطع براند که یک بوق هشدار به صدا درآمد و او بلافاصله ترمز کرد. درست در همین لحظه خودروی دیگری که از دید ما توسط یک کامیون پنهان شده بود، از چراغ قرمز سمت خود را بسرعت رد شد و مسیر ما را قطع کرد.

در دنیای واقعی برای محافظت از جانم، همواره مدیون کیسه هوای برخورد از کنار خودروی خود هستم. اما در این نسخه از یک بزرگراه آینده در آمریکا، توسط سیگنالهای رادیویی محافظت می شدم که توسط خودروی تخطی کننده از چراغ قرمز صادر شده و به خودروی تاروس ما هشدار داده بود که احتمال وقوع تصادفی وجود دارد.

مایکل شولمن رهبر فنی ارتباطات خودرویی در گروه تحقیقات ایمنی فعال و مهندسی پیشرفته در این رابطه گفت: "وقتی به علت تصادفات نگاه می کنیم، حدود 90 درصد آنها بواسطه خطای راننده رخ می دهند. بیشتر رانندگان حواس پرت هستند یا قضاوت بدی در مورد رویدادها دارند، یا اینکه دچار اختلال حواس هستند. بنابراین در گام اول باید ببینیم چگونه می توانیم به آنها هشدار دهیم." یک خودروی مرتبط بطور مداوم به مبادله اطلاعات با سایر خودروها می پردازد و در همین حالت نادری که نیاز داشتم، هشدار مناسبی دریافت کردم.

در طول دهه گذشته مهندسین شرکتهای خودروسازی مختلفی مانند فورد، جنرال موتورز، هوندا، تویوتا، نیسان، دایملر، گروه فولکس واگن و هیوندای - کیا بطور مشترک بر روی آینده ایمنی خودروها فعالیت کرده‌اند. سامانه در دست توسعه آنها به نام ارتباطات بین خودرویی (V2V) با استفاده از ارتباطات بردکوتاه اختصاصی (DSRC) به خودروها امکان می دهد، داده هایی را به اشتراک بگذارند که امکان تشخیص و هشداردهی در مورد متداولترین و مرگبارترین تصادفات میان خودروها بر روی جاده های آمریکا را می دهد.

ایده پشت سر فناوری V2V بسیار ساده است و برپایه یک فناوری نهاده شده است که هم اکنون بخشی از هر خودروی جدید تولیدی را تشکیل می دهد. لیکن V2V اجزای این فناوری را به شیوه دیگری ترکیب نموده است. این سامانه که در آزمونی مرکب از 3000 خودرو در شهر Ann Arbor میشیگان آزمایش می شود، از یک گونه متفاوت فناوری Wi-Fi به همراه داده های GPS و داده های خودرو که از طریق حسگرهای داخلی بسیاری از خودروها قابل دریافت است، استفاده می کند تا اطلاعاتی را مخابره کند که امکان هشداردهی به سایر خودروها در مورد حوادث قریب الوقوع را می دهند.

اینکه فناوری مزبور چه زمانی در سطح خیابانها عرضه می شود، هنوز مورد سوال است. فناوری V2V تا حد زیادی برای ارائه آماده است. سال گذشته به نظر می رسید اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) برای اجباری ساختن نصب فناوری در تمامی خودروها تصمیم خود را گرفته است. به گفته شولمن، اگر NHTSA به نتیجه قطعی درباره تصمیم خود رسیده است باید اقدامی صورت دهد.

اما این تصمیم متوقف مانده است. یکی از دلایل این توقف ممکن است انتشار اطلاعات محرمانه توسط پیمانکار اداره ایمنی ملی ادوارد اسنودن باشد که منجر به افزایش توامان هشیاری شهروندان و نمایندگان مجلس در مورد ابزارهای نظارت دولتی شده است. شولمن در این رابطه گفت: "من احساس می کنم اگر همین فردا تصمیم NHTSA اعلام شود مردم نسبت به آن حساسیت پیدا خواهند کرد".

نقشه راه ناتمام

بطور رسمی NHTSA تنها این بیانیه را در مورد V2V صادر می کند: "وزارت حمل و نقل آمریکا و NHTSA پیشرفت قابل ملاحظه ای در مورد تعیین بهترین مسیر اقدام برای پیشبرد بیشتر فعالیت های توسعه V2V انجام داده اند و امید می رود تصمیم خود را در هفته های آتی اعلام کنند". منابعی در NHTSA چنین گفته اند که این نهاد هنوز تمام کارهای تکمیلی لازم برای پشتیبانی از تصمیم در مورد V2V را به انجام نرسانده است.

(توضیح: اعلامیه رسمی وزارت حمل و نقل آمریکا مبنی بر تنظیم قانون الزامی کردن استفاده از فناوری ارتباطات خودرویی در تاریخ سوم ژانویه 2014 منتشر شده است. خبر مربوط به این اعلامیه در اینجا آمده است)

بسیاری از صاحبان صنایع بر این باورند که اعلام این تصمیم اولین گام در متحول ساختن سامانه حمل و نقل ملی است. این اقدام بذر پیدایش شبکه ای را خواهد کاشت که نه تنها از تصادفات میان خودروها پیشگیری می کند بلکه خودروها را نیز به وسایلی برای گردآوری داده تبدیل می کند. بدین ترتیب سامانه های مدیریت ترافیک خواهند توانست از ارتباطات خودرو-زیرساخت (V2I) برای نظارت بر راه‌بندانها و ارائه اطلاعات به خودروها استفاده کنند که سهم مهمی در روانی جریان ترافیک ایفا خواهد کرد.

برخی از سناریوهای طراحی شده برای V2V

فناوری های V2V و V2I به عنوان امری ضروری در توسعه اتومبیل های واقعا خودران (بدون راننده) دیده می شوند، زیرا به خودروهای رباتیک امکان می دهند با همکاری یکدیگر به مدیریت جریان ترافیک بپردازند. این فناوری ها باعث بهبود حمل و نقل عمومی و فراهم شدن فواید بی شماری برای رانندگان و در عین حال دولتها خواهند شد.

اما آنچه برخی را نگران کرده این است که این سامانه برای هدف قرار دادن "بازیگران بد" در بزرگراه ها (مانند آنهایی که در گزارش جدیدی از دفتر پاسخگویی دولتی GAO به آنها اشاره شده است) بکار رود. خودروها می توانند به مراقبین رانندگانی تبدیل شوند که نادرست رانندگی می کنند، گرچه بنا به گفته وزارت حمل و نقل آمریکا این داده ها کاملا ناشناس باقی مانده و برای تحت تعقیب قرار دادن افراد مورد استفاده قرار نمی گیرد.

در حال حاضر نگرانی‌هایی در مورد محرمانگی اطلاعات در رابطه با داده‌های مکانی و سایر داده‌های گردآوری شده توسط خودروسازان وجود دارد. سناتور ال فرانکن از ایالت مینه سوتا اخیرا نامه ای به مدیران اجرایی فورد نگاشته و در رابطه با عملیات شرکت برای گردآوری داده‌های GPSاز خودروها توضیحاتی را خواستار شده است. این تقاضا پس از آن مطرح شده است که جانشین رییس بازاریابی جهانی فورد جیم فارلی اظهار نمود که شرکت فورد در مورد رانندگان خودروهای فورد که مجهز به GPS و Sync هستند، اطلاعات جامعی در مورد نقض قوانین و زمان ارتکاب به آن را با استفاده از GPS نصب شده در خودروها می تواند بدست آورد، لیکن این داده ها را در اختیار هیچ فرد یا مرجعی قرار نخواهد داد. این موضوع در نمایشگاه CES مطرح شده است و آقای فارلی پس از آن اظهار نموده است که فورد مشتریان را در خودروهایشان بدون تایید یا رضایتشان مورد ردیابی قرار نمی دهد. لیکن ظرفیت انجام این کار هنوز وجود دارد زیرا سامانه هایی مانند Sync و  OnStar متعلق به شرکت جنرال موتورز داده های پشت صحنه زیادی را به عنوان بخشی از ویژگی های مسیریابی و ایمنی خود گردآوری می‌کنند.

فناوری V2V به نگرانی های موجود در مورد محرمانگی دامن می زند، زیرا اساسا مبتنی بر پخش داده‌های مکان و سرعت یک خودرو و نیز موقعیت های قبلی آن برای هرکسی است که در برد ارتباطی فناوری قرار دارد. مقامات رسمی وزارت حمل و نقل به دفتر پاسخگویی دولت آمریکا (GAO) گفته اند که "سامانه امنیتی ارتباطات V2V شامل کنترل های متعدد فنی، فیزیکی و سازمانی برای به حداقل رساندن مخاطرات متوجه محرمانگی است که شامل خطر ردیابی خودرو توسط افراد و دولت یا شرکت های تجاری می شود." لیکن تنظیم قانون در مورد افراد و شیوه های مجاز به استفاده از داده های V2V در خارج از گستره کنترل وزارت حمل و نقل قرار می‌گیرد. این مورد نیاز به قانون گذاری توسط کنگره دارد.

حتی اگر NHTSA مسیری برای پیشروی بسوی تنظیم مقررات برگزیند، ملاحظات مربوط به محرمانگی تنها مشکلات موجود نیستند.

یکپارچه سازی سامانه های V2V با طرح های جدید خودرو ممکن است امر ساده‌ای باشد. بستر فعلی برای V2V مبتنی بر فناوری‌های شناخته شده ای مانند GPS خاص صنعت خودرو، فناوری رادیویی مبتنی بر استانداردهای زیربنایی Wi-Fi و حسگرهای رویداد است که داده هایی مانند انحراف حول محور عرضی  (pitch)و قائم (yaw) خودرو را گزارش می کنند. هم اکنون سامانه‌های هشدار دهنده ای در خودروها ارائه می شود که با نور چشمک زن، بوق هشدار و در برخی موارد بازخوردهای لمسی مانند صندلی های لرزان کار کرده و در خودروهایی که به رادار ضد برخورد و سایر حسگرها مجهزند، نصب می‌شوند. لیکن یکپارچه سازی V2V به درون خودروهای قدیمی تر ممکن است پیچیده و پرهزینه باشد.

پیشروی با تمام سرعت ممکن

در سال 1999 کمیسیون ارتباطات فدرال یک باند فرکانسی حول 5.9GHz را برای برقراری ارتباط میان خودروها و زیرساخت تخصیص داد. این گستره هم چنین توسط سامانه های ارتباطی ماهواره ای و نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرد بنابراین قلمرو انحصاری V2V محسوب نمی شود. لیکن برد محدود سامانه های ارتباطی از نگرانی های موجود در مورد تداخل می‌کاهد.

تدوین استانداردهای V2V با وجود در دسترس بودن پهنای باند لازم، بطور جدی تا سال 2002 آغاز نشد. انجام این کار آن بر تدوین پروتکل بیسیم 802.11p متمرکز گردید که اصلاحیه ای از استاندارد 802.11 مورد استفاده در شبکه‌های بیسیم Wi-Fi بشمار می‌آید.

اجزای متعدد سامانه‌های ارتباطی V2V

با استفاده از امواج 802.11p که از آنتن های جهتی نیرومند پخش می شود، سامانه های V2V بردی حدود 250 متر دارند. مایکل شولمن در این رابطه چنین گفته است: "ما پیام کوتاهی روی یک کانال باند مزبور می‌فرستیم که موقعیت، سرعت، انحراف از محور قائم و شتاب، به عبارتی وضعیت خودرو را اعلام می کند. حتی اگر خودرویی در اطراف شما نباشد این ارسال ادامه خواهد یافت."

این پخش مداوم اطلاعات می تواند کاربردهایی فراتر از پیشگیری از تصادف داشته باشد. به عقیده شولمن، خودروی شما می تواند مانند یک کاوشگر ترافیکی عمل کرده و داده هایی بصورت ناشناس به مرکز مدیریت ترافیک گزارش کند. با گردآوری داده هایی در مورد مسیر حرکت و طول مدت سفر خودروها می توان حجم عظیمی از اطلاعات بلادرنگ در مورد مکان وقوع راهبندان های ترافیکی تولید کرد. به عنوان مثال از این اطلاعات می توان برای زمان بندی چراغهای راهنمایی، شمارش خودروهای ورودی به یک جاده اصلی و پیشنهاد مسیرهای بهتر به رانندگان استفاده کرد. بدین ترتیب مردم می توانند با آگاهی از داده های حمل و نقل عمومی، اطلاعات ارزشمندی در مورد هزینه و زمان سفر خود بدست آورند که آنها را در برنامه ریزی بهتر سفر یاری خواهد رساند.

در سال 2012 یک آزمون بزرگ فناوری V2V و برخی از ویژگی های V2I در شهر Ann Arbor میشیگان با حمایت NHTSA اجرا شد. حدود 3000 خودرو که برخی دارای سامانه های V2V اصلی ساخت کارخانه تولید کننده و برخی نیز مجهز به سامانه های نصب شده به صورت قطعات جانبی بودند، در سطح خیابان های شهر به حرکت درآمدند تا کاربری فناوری را در شرایط واقعی امتحان کنند. به گفته شولمن این سامانه ها خیلی خوب جواب دادند، گرچه برخی مشکلات مربوط به فناوری های نوظهور نیز بطور عادی بروز کرده بود.

اگر NHTSA در مسیر تدوین مقررات استفاده از فناوری V2V پیش برود (که سال 2016 به عنوان تاریخ نهایی شدن آن تعیین شده است)، نصب این سامانه ها در بیشتر خودروها تا سال 2018 اجباری خواهد شد. شولمن این رویداد را محرک دگرگونی بنیادین زیرساخت حمل و نقل می داند. احساس او این است که فناوری مزبور به همان شیوه ای رشد خواهد کرد که نقاط کانونی ارتباطات بیسیم (hotspots) با پیدایش لپ تاپ های مجهز به Wi-Fi رشد و گسترش یافتند و شهرها و کشورها نیز شروع به سرمایه گذاری در این فناوری ارتباطی کردند. برخی مناطق پیشروتر از سایرین خواهند بود لیکن بزودی تمام کشور پیاده سازی گسترده این فناوری را شاهد خواهد بود.

اداره بزرگراه های فدرال در اندیشه تامین منابع مالی برای یک برنامه مشترک با صنعت خودرو به ارزش 45 میلیون دلار با هدف توسعه کاربردهایV2I است. برخی موارد کاربرد پیشنهادی عبارتند از سامانه ای که با سامانه پارکینگ‌های شهری مرتبط شده و با استفاده از داده های سفر و مقصد حرکت، زمان رسیدن یک خودرو را تعیین کرده برای آن فضای پارکینگ رزرو می‌کند.

بزرگترین مانعی که شهرها و کشورهای بزرگ در مسیر نصب فناوری با آن مواجه هستند، محتملا شوک اقتصادی ناشی از آن است. در گزارشGAO به این نکته اشاره شده است که هزینه تجهیزات کنار جاده ای V2I می تواند به 25 تا 30 هزار دلار برای هر مورد نصب بالغ شود و تازه این رقم، هزینه های پشتیبانی مانند عملیات و تعمیر و نگهداری را شامل نمی شود.

اما فناوری V2V با محدودیت هایی مواجه است که ممکن است چالش هایی از نظر ایمنی و سیاست گذاری ایجاد کنند. یکی از آنها ممانعت از حمله به سامانه با استفاده از داده های خراب است.

تأئیدیه لازم برای رانندگی

حتی الزام مدلهای انگشت شماری از خودروها به نصب سامانه های V2V در سطح ملی، نیاز به سطح جدیدی از زیرساخت ملی اطلاع رسانی را ایجاب می کند. این زیرساخت باید تضمین کند که سامانه مزبور مورد استفاده های خرابکارانه مانند سوء استفاده از داده های ترافیکی، ایجاد هشدارهای نادرست و حتی سوانح از پیش طراحی شده قرار نمی گیرد.

طراحی امنیت سامانه آنطور که در آزمون ها پیاده سازی شده، نیاز به یک زیرساخت ملی صدور تأئیدیه، شبیه به آن چیزی دارد که برای ممانعت از خرابکاری در نام های حوزه اینترنتی و تامین امنیت وب ایجاد شده است. این زیرساخت به پایگاه داده ای از تأئیدیه ها (مانند تأئیدیه هایX.509 مورد استفاده در زیرساخت کلید عمومی یا PKI) برای تایید اعتبار قانونی تجهیزات و در صورت امکان باطل ساختن مجوزها دارد تا از خرابکاری در پیامهای ارسالی جلوگیری شود. اگر اعتبار یک تأئیدیه در معرض خطر قرار گیرد یا اگر سازنده ای سامانه های V2V را درست پیکربندی نکرده باشد، مرجع صدور تأئیدیه می تواند اعتبار آن تأئیدیه را لغو کند.

مشکل این است که هیچ کس تا بحال یک سامانه PKI آنقدر بزرگ که بتواند تمامی وسایل نقلیه در ایالات متحده را مدیریت کند نساخته است. جدول ابطال تأئیدیه های منقضی شده یا فاقد اعتبار باید بطور ثابت برای خودروها ارسال شود تا آنها قربانی حمله با داده های از پیش طراحی شده یا سامانه هایی با سخت افزارهای هک شده برای خرابکاری در ترافیک نگردند.

تاکنون توافقی در مورد نحوه توزیع تأئیدیه ها توسط زیرساخت PKI حاصل نشده است. پیشنهادهای ارائه شده شامل صدور تأئیدیه ها از سوی زیرساخت کنار جاده همزمان با عبور خودروها از کنار آنها و ارسال تأئیدیه ها به خودروهای خارج از باند ارتباطی از طریق ارتباطات تلفن همراه بوده است. پیشنهاد اخیر بدین معناست که هر خودرو در کشور باید گوشی همراه داخلی داشته یا رانندگان ملزم به برقراری ارتباط دائمی با گوشی همراه خود شوند تا از شبکه ارتباطی بیرون نمانند.

تأئیدیه های درون سامانه باید از لحاظ نظری ناشناس باشند. آنها نباید به اطلاعات هویتی خاص درباره راننده یا سایر خودروها وابسته باشند. با این حال، تأئیدیه ها می توانند بطور بالقوه برای ایجاد اثر انگشت هایی از خودروهای عبور کننده از تور آنتن‌های شبکه ای یک سامانه V2I حتی بدون انتساب صریح به یک راننده خاص بکار روند. اطلاعات تأئیدیه ها می‌تواند با تصاویر دوربین های ترافیکی و سایر حسگرها ترکیب شود و بدین ترتیب تأئیدیه ها را به سایر اطلاعاتی که شامل سرعت، رفتار تغییر مسیر یا حتی مسیرهای حرکتی می شوند، مرتبط سازد.

پرسش دیگری که باقی می ماند اینست که چه کسی مسئول سامانه مدیریت تأئیدیه ‌هاست و چه کسی باید هزینه آن را بپردازد. قرار دادن این سامانه تحت کنترل فدرال امکان قانون گذاری مستقیم تر بر روی محرمانگی داده ها را امکان پذیر می سازد، لیکن بسیار هزینه بر خواهد بود. از آنجایی که هیچ ایده روشنی در مورد ظرفیت مورد نیاز برای ارتباط میان خودروها و سامانه مدیریت تأئیدیه ها وجود ندارد و از آنجایی که بهره بردار آن هنوز مشخص نیست، این امر نیز که چه کسی باید هزینه های این سامانه را بپردازد با ابهام مواجه است. تعیین سرمایه گذار حقیقی یا حقوقی این سامانه محتملا با چالش های بزرگی مواجه خواهد بود.

نقاط کور

مشکل بالقوه بزرگتری که در برابر توسعه V2V و V2I قرار دارد، تهدید پهنای باندی است که تجهیزات ارتباطی بدان وابسته اند. شورای مشاوران علوم و فناوری رییس جمهور آمریکا سعی بر این دارد که پهنای باند اختصاص داده شده به کاربردهای خودرویی را از سیطره وزارت حمل و نقل آمریکا خارج کرده و آن را برای خدمات اینترنت پهن باند، آزاد کند. به عنوان بخشی از قانون تخفیف مالیات و اشتغال زایی برای طبقه متوسط در سال 2012، کنگره آمریکا، اداره ملی ارتباطات راه دور و فناوری را ملزم به مطالعه بر روی روشهایی ساخته است که امکان اشتراک پهنای باند با کاربران بدون مجوز در باند 5.9 GHz را می دهد.

فناوری GPS خود واجد مشکلاتی است. در محیط های شهری، حل مشکلات سامانه GPS می تواند بسیار دشوار باشد زیرا ساختمان ها در هر لحظه مانع بخشی از پوشش ماهواره های بالاسر خود می شوند. این امر برای بخش هایی از سامانه‌های پیشگیری از برخورد ممکن است مشکلی بشمار نیاید، زیرا خودروهای واقع در برد ارتباطی یکدیگر دارای داده های GPS مشترکی خواهند بود و در نتیجه با مشکل یکسانی در زمینه اغتشاش مکانی روبرو هستند. اما "سایه‌های" ایجاد شده در داده های GPS می تواند خطاهای مکرر در سایر سامانه های وابسته به این داده ها ایجاد کند و در سامانه های مدیریت جریان ترافیک هرج و مرج بوجود آورده و یا موجب حفره هایی در پوشش ایمنی در چهارراه‌هایی گردد که تحصیل داده در مورد کنج هایشان دشوار است.

اما بزرگترین نقطه کوری که هنوز باقی می ماند، حفظ اطلاعات شخصی رانندگان است. حتی پیش از اینکه عصر خودروهای فوقِ مرتبط فرارسد، با نفوذگری‌هایی مواجه بوده‌ایم که بر ترمز و سرعت گیری تاثیر گذاشته یا از طریق چیزهای ساده ای مانند مانیتورهای فشار باد لاستیک خودروها وارد شده اند. بنابراین با وجودی که وزارت حمل و نقل در جستجوی پاسخ گویی به امنیت و محرمانگی کاربران تا حد توان خویش است، تلاش بیشتری باید در این رابطه انجام دهد. باید به مالکین خودروها این اطمینان داده شود که شرکتها یا دولت های محلی قادر به ردیابی خودروهای آنها با استفاده از داده های حاصل از V2V نیستند و فروش اطلاعات شخصی در این دنیای پس از افشاگری های اسنودن، امر بسیار دشواری خواهد بود.