米国道路交通安全委員会 (NHTSA) の迅速な規制により、今後数年間で、まったく新しい世代のコネクテッド「スマートカー」が発売される予定です。これらの新しい車両は、相互に、また交通管理センターのネットワークと常に無線通信を行い、リアルタイムの交通状況に関する情報を流します。完全に実施されれば、道路上での死亡者数の減少、交通渋滞の緩和、時間、お金、ガソリンの大幅な節約などの利点がもたらされるでしょう。
車両から固定地上局への無線通信については、すでによくご存知でしょう。GMのOnStarは1995年から存在しており、音声とデータ通信の両方にCDMA携帯電話技術を採用しています。最近では、フォード、クライスラー、BMWが、さまざまな安全性、利便性、インフォテインメント サービスにアクセスできるシステムを導入しました。しかし、次世代のスマートカーは、これらの独自システムをはるかに超えるものとなるでしょう。
車両対インフラストラクチャ (V2I) システムにより、車両は信号機、道路標識、その他のインフラストラクチャとワイヤレスで通信できるようになります。車車間（V2V）通信により、車両は互いに直接通信し、速度、方向、位置に関する情報を交換できるようになります。これら2つのシステムは総称してV2Xと呼ばれます。
図1: V2Xによる車両安全シナリオ。(出典: IEEE.org)
NHTSAのレポートでは、V2Vシステムが潜在的な車両衝突の最大79% に対処し、V2Iシステムが全衝突の81% に対処できると推定されています。
ドライバーは、インテリジェントなコネクテッド ビークルからどのようなメリットを得られるのでしょうか。
• 車線追い越し支援: インテリジェントカーは、視界がはっきりしない車線追い越しの状況でドライバーを支援することができます。V2V通信により、車両は各ドライバーに対向車を警告し、正面衝突を回避できるようになります。
• 交差点支援: インテリジェント車両は交差点に進入する他の接近車両を認識し、ドライバーに警告したりブレーキをかけたりすることができます。
• 渋滞の軽減: V2Iシステムはドライバーに交通渋滞を警告し、衝突を減らして交通遅延を最小限に抑えます。提案されている交通管理センター (TMC) ネットワークは、Wi-Fi、専用短距離通信 (DSRC) システム、衛星、またはセルラー システムを介して各車両と通信します。インテリジェントな信号機は、広範囲の交通パターンに基づいて状態を変更し、全体的な渋滞を最小限に抑えることができます。
• 時間と費用の節約: V2Iは、毎年の交通渋滞で無駄になるガソリンの量を削減するのに役立ち、ドライバーの時間 (年間約55億時間) と燃料 (年間約19億ガロン) を節約します。
• 安全アプリケーションの拡張: インテリジェント車両は、停止または駐車中の車両、前方の車両が突然停止または減速した場合、または交通パターンが突然変化した場合などの状況をドライバーに警告できます。
これらのシステムは、予想よりも早く導入が開始されると予想されます。GMのCEOメアリー・バーラは、2014年9月にデトロイトで開催されたインテリジェント交通システム世界会議で、2017年型キャデラックCTSにV2V技術が搭載されることを発表しました。このシステムは、Cohda Wirelessのアプリケーション ソフトウェアとNXPのワイヤレス チップセットを使用してDelphiによって提供されます。そして今年5月、米国運輸長官のアンソニー・フォックス氏は、新車にV2V機器の搭載を義務付けるNHTSAの提案のスケジュールを前倒しすると発表した。
プライバシーとセキュリティに関する懸念
もちろん、コネクテッドカーには多くの利点がありますが、欠点もあります。プライバシーとセキュリティはどちらも、まだ効果的に対処されていない問題であり、ワイヤレス接続が普及するにつれて、これらの問題はさらに緊急性を増すばかりです。
既存の車両であっても、運転中のプライバシーはすでに侵害されています。2015年に米国上院職員が発表した報告書によると、自動車メーカーの50%が、運転履歴データを収集し、サードパーティのデータセンターを含むデータセンターに無線で送信する技術を提供していることがわかった。収集される正確なデータはメーカーによって異なりますが、現在地、車速、最後に駐車した場所、移動した距離と時間などが含まれます。
図2: 運転履歴データを収集および送信する自動車メーカーの割合。(出典: エドワード・マーキー上院議員事務所)
セキュリティに関しては、既存の車両ネットワークのほとんどは安全に設計されていませんでした。最近のサイバーセキュリティ会議の専門家によると、ほとんどの車両には50を超える脆弱な「攻撃ポイント」があるそうです。
ワイヤレス接続だけについて話しているのではありません。現代の自動車には、コントローラ エリア ネットワーク (CAN) やローカル相互接続ネットワーク (LIN) などのローカル ネットワークを介して相互に通信する最大50個の組み込みコントローラが搭載されています。1億行というコードの総量は、図3に示すように、他の複雑なアプリケーションをはるかに上回ります。
図3: コード行数によるソフトウェア サイズの比較。(出典: Delphi)
セキュリティの失敗の結果は、車両の盗難などの金銭的損害、さらには致命的なものになる可能性があります。国防高等研究計画局 (DARPA) が資金提供した2013年の研究では、2人の研究者が、ケーブルを使用してラップトップを2台の異なる車両のコンピュータ システムに接続し、CANを介して異なる制御ユニットにコマンドを送信し、エンジン、ブレーキ、ステアリング、その他の重要な車両コンポーネントを制御する能力を実証しました。最近では、ハッカーが高速道路を走行中の車両に遠隔アクセスし、エンジンの動作を無効にすることに成功しました。
このような問題が発見された場合、通常はセキュリティ パッチで修正できますが (上記の例の場合もそうでした)、それだけでは不十分です。IoTコミュニティも同様の問題の多くに直面しているため、堅牢で標準化された暗号化および認証ソリューションの開発に多大な努力が注がれています。
車両への直接的な脅威とは別に、自動車サプライヤー（およびその弁護士）が懸念しているセキュリティ関連の領域には、次のものがあります。
• 車内で使用されている著作権のあるビデオやオーディオなどのモバイルメディア情報のセキュリティ、
• エンジンのキャリブレーション、走行距離計の読み取りなどの車載パラメータのセキュリティ
• 車両速度などの車載パラメータの精度と妥当性、
• 排出制御システムの完全性、および
• 偽造ECUの検出。
V2IおよびV2Vテクノロジーの概要
V2VとV2Iの登場は長い時間がかかりました。1999年、連邦通信委員会 (FCC) は、5.9 GHz帯域 ((5.850-5.925 GHz) の75 MHzのスペクトルをインテリジェント交通システム (ITS) に割り当てました。ヨーロッパでは、ETSIがこれに追随し、2008年に30MHzの割り当てを行いました。
技術的な観点から見ると、V2V/V2I用のDSRCシステムは、従来のモバイル通信システムとはいくつかの点で異なります。
1) ユーザー (車両) は、専用の調整要素 (基地局またはアクセス ポイント) に依存せずに相互に通信できます。
2) 送信元ステーションと送信先ステーションは両方とも移動可能で、高速 (> 120 km/h) で移動できます。
3) ユーザー間の通信は地上レベルで行われるため、3次元散乱の影響が大きくなります。
4) システムの範囲は狭く、通常は約400メートルです。
これらの違いにより、厳しい伝搬条件下でも高いスペクトル効率を実現する、V2V DRSCシステム用の新しいトランシーバーの設計が必要になります。
IEEE 802.11 (Wi-Fi標準) のIEEE 802.11p修正では、802.11の20 MHzチャネルの代わりに10 MHzを使用して、ITSをサポートするための拡張機能が定義されています。帯域幅が半分になると、特定のデータ シンボルの送信時間が2倍になります。これにより、受信機は車両通信環境における無線チャネルの特性（他の車や家屋から反射される信号エコーなど）に適切に対応できるようになります。
通信に使用できる時間が非常に短い可能性があるため、IEEE 802.11が提供する認証およびデータ機密性メカニズムは使用できず、より上位のネットワーク層で提供する必要があります。IEEE 1609ファミリの車両環境におけるワイヤレス アクセス (WAVE) 標準は、安全なV2VおよびV2I通信を総合的に実現するアーキテクチャと、プロトコル、サービス、インターフェイスの補完的なセットを定義します。
図4: NXP/Cohda MK5 802.11p無線モジュール (出典: NXP/Cohda Wireless)
半導体サプライヤー NXP は、1月に開催されたConsumer Electronics Show (CES) で、安全なコネクテッド カー テクノロジーを披露しました。V2X通信デモのベースとなるNXP RoadLINK™ チップセットは、屋上のシャークフィン アンテナに取り付けられるほど小型で、キー ストレージとメッセージ署名用のIEEE 1609.2セキュリティを含むマルチ標準ITSアーキテクチャを使用しています。
図4のMK5無線モジュールは、NXP Semiconductors (ハードウェア) とCohda Wireless (ファームウェア) が共同開発したもので、SAF5100ELトランシーバー、2つの5.9 GHzアンテナ、USB、SPI、GPIOインターフェイスが含まれています。RFシールドを含めたサイズは30mm×40mm×4mmです。トランシーバーには、IEEE 802.11p PHYとMACを備えたソフトウェア定義無線が搭載されています。
次の段階: 自動運転車とV2X
スマート車両輸送におけるもう一つの潜在的に革命的な開発は、周囲の環境を感知し、人間の介入なしに走行できる自動運転車です。NHTSAは、レベル0（ドライバーが常に車両を完全に制御）からレベル4（車両が全行程ですべての安全上重要な機能を実行し、ドライバーが車両を制御する必要がない）までの自動運転車の正式な分類システムを提案しています。自動車メーカーが定義する「自律」は「自動運転」と同じではないことに注意してください。後者の用語は完全な独立性（つまり、ハンドルやその他のコントロールがない）を意味します。
インテリジェント車両の次の段階も近づいています。Googleはすでにサンフランシスコで自動運転車のテストを行っており、ドライバーの介入なしで走行した5万マイルを含む、走行距離は30万マイルに達している。記録に残っている唯一の事故は、人間が運転中に起きた追突事故だった。
メルセデスは2016年までに、ハンズフリーで高速道路を走行し、他の車両を自動的に追い越すことが可能な「アウトバーン パイロット」を導入する予定だ。同年、テクノロジー企業モービルアイは高速道路でのハンズフリー運転技術をリリースする予定だ。技術以外にも、損害賠償責任、ライセンス、個人の抵抗など、解決すべき問題が数多く残っています。
自動運転車は、利用可能になると、V2IおよびV2Vテクノロジを完全に統合することが期待されます。その日が来れば、私たちはようやくワインを一杯飲んでリラックスしたり、オフィスで大変な一日を過ごした後、帰宅途中に昼寝をしたりできるようになるかもしれません。