Scuola Politecnica e delle Scienze di Base Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Elaborato finale in Reti di Calcolatori

Reti veicolari: controllo e analisi delle prestazioni

Anno Accademico 2016/2017 Candidato: Marco Zampella matr. N46/001755

Alla mia famiglia

Indice

Indice .................................................................................................................................................. III

Introduzione ......................................................................................................................................... 4

Capitolo 1: Le Reti VANET ................................................................................................................ 5

1.1 Applicazioni ............................................................................................................................... 7

1.2 IEEE 802.11p ............................................................................................................................. 8

1.1 IEEE 1609 .................................................................................................................................. 8

Capitolo 2: Sicurezza nelle Reti VANET .......................................................................................... 10

2.1 Privacy ..................................................................................................................................... 10

2.2 Tipi di attacco ad una rete VANET ......................................................................................... 10

2.3 Protocolli di autenticazione nelle reti VANET ........................................................................ 12

Capitolo 3: Protocolli di routing ........................................................................................................ 15

3.1 Protocollo di Flooding ............................................................................................................. 15

3.2 Protocolli reattivi...................................................................................................................... 16

3.3 Protocolli proattivi ................................................................................................................... 17

3.4 Protocolli ibridi ........................................................................................................................ 18

3.5 Protocolli geografici ................................................................................................................. 19

Capitolo 4: Veicoli a guida autonoma ................................................................................................ 21

4.1 Storia ........................................................................................................................................ 22

4.2 Potenziali vantaggi e svantaggi dei veicoli a guida autonoma................................................. 26

Conclusioni ........................................................................................................................................ 28

Bibliografia ........................................................................................................................................ 29

4

Introduzione

Negli ultimi anni, la rapida crescita e diffusione delle tecnologie wireless relative

all’informazione e alla comunicazione, ha indirizzato la ricerca ad investire nel

campo dell’ Intelligent Transport System (ITS).

L’obiettivo dell’ITS è quello di migliorare la sicurezza e l’efficienza delle modalità

di trasporto e di gestione del traffico attraverso le Vehicular Ad-Hoc Networks

(VANET).

Le reti VANET sono una sottocategoria delle Mobile Ad-hoc Networks (MANET),

create con lo scopo di permettere la comunicazione tra veicoli.

Un veicolo che percorre una strada, invia informazioni relative al traffico, alla

velocità di percorrenza delle auto, allo stato del terreno, alla presenza di incidenti,

che possono essere riutilizzate o scartate dalle altre entità appartenenti alla rete

veicolare.

Il fine di questa tesi è quello di fornire una panoramica sulle reti VANET,

analizzando in particolare il campo della sicurezza e dei protocolli di routing, e la

loro capacità di rendere possibile la guida autonoma dei veicoli.

5

Capitolo 1: Le Reti VANET

Una rete VANET permette ai veicoli di comunicare tra loro oppure con

infrastrutture stradali munite di sensori. Una rete veicolare è composta da dispositivi

a bordo dei veicoli denominati OBU (On Board Unit) e opzionalmente, da

dispositivi fissi installati ai margini della strada denominati RSU (Road Side Unit).

Le entità appartenenti ad una rete VANET possono comunicare in diversi modi [1]:

V2V (Vehicle-to-Vehicle) Propagazione del warning (Fig. 1.1-a): Ci sono

situazioni in cui è necessario inviare un messaggio a un veicolo specifico oppure

ad un gruppo di essi. Ad esempio, quando viene rilevato un incidente, è

necessario inviare un messaggio di avviso ai veicoli in arrivo per aumentare la

sicurezza del traffico.

V2V (Vehicle-to-Vehicle) Comunicazione di gruppo (Fig. 1.1-b): Solo i

veicoli dotati di alcune caratteristiche possono partecipare a questa

comunicazione. Queste caratteristiche possono essere statiche (ad esempio

veicoli della stessa impresa) o dinamiche (ad esempio veicoli sulla stessa area in

un intervallo di tempo).

V2V (Vehicle-to-Vehicle) Beaconing (Fig. 1.1-c): I messaggi beacon vengono

inviati periodicamente ai veicoli vicini. Contengono la velocità corrente e la

posizione del veicolo mittente. I beacon vengono inviati solo ai veicoli

6

comunicanti 1-hop, cioè non vengono inoltrati. In realtà, sono utili per il routing

di protocolli, in quanto consentono ai veicoli di scoprire il migliore vicino per

indirizzare un messaggio.

I2V/V2I (Vehicle to Infrastructure) warning (Fig. 1.1-d): Questi messaggi

vengono inviati dall'infrastruttura (tramite RSU) o da un veicolo quando viene

rilevato un pericolo potenziale. Sono utili per migliorare la sicurezza stradale.

Ad esempio, un'infrastruttura potrebbe inviare un messaggio ad un veicolo che si

avvicina ad un incrocio quando potrebbe verificarsi una possibile collisione.

Figura 1 – Modelli di comunicazione Wireless in una VANET

7

1.1 Applicazioni

Le applicazioni relative alle reti veicolari possono essere di quattro tipi [2]:

Informazioni generali: Servizi per i quali la perdita di messaggi non

rappresenta nessun tipo di problema.

Informazioni di sicurezza: Servizi per i quali è fondamentale non

perdere dei messaggi per non compromettere la sicurezza della guida.

Controllo del tragitto individuale: Servizi utili a migliorare la sicurezza

alla guida

Controllo del tragitto di gruppo: Servizi che cercano di regolare il

flusso generale dei veicoli.

Figura 2 – Classificazione delle applicazioni IVC

8

1.2 IEEE 802.11p

Lo standard 802.11p viene approvato dall’IEEE nel giugno del 2010 con lo scopo di

rendere il livello fisico e MAC di 802.11 idonei alla comunicazione tra veicoli.

Queste estensioni derivano dal fatto che due OBU oppure un OBU e un RSU hanno

la necessità di completare uno scambio di dati in tempi brevi.

In 802.11, in modalità infrastruttura, una stazione deve autenticarsi e associarsi ad

un Access Point prima di poter inviare i propri dati, in modalità ad hoc, le due

stazioni devono associarsi a Service Set Identifier (SSID) e Basic Service Set

Indetifier (BSSID) comuni prima di poter scambiare dati. Entrambe le procedure

implicano un tempo di esecuzione superiore al tempo disponibile di una rete

veicolare.

In 802.11p viene introdotta una modalità che consente a due stazioni di poter

comunicare direttamente tra loro, anche se non fanno parte dello stesso BSS o IBSS,

eliminando le procedure di associazione e autenticazione. In questo modo, il livello

MAC non può utilizzare gli algoritmi di cifratura per verificare le credenziali delle

altre stazioni.

Dato che l’integrità dei dati trasmessi è un requisito fondamentale per le VANET,

l’autenticazione viene gestita dai livelli superiori attraverso lo standard 1609.

1.1 IEEE 1609

Lo standard 1609 definisce il sistema WAVE [3] (Wireless Access in Vehicular

Environments) con l’obiettivo di garantire comunicazioni di tipo V2V e V2I.

La famiglia di standard IEEE 1609 fornisce protocolli per lo scambio wireless di

dati (1609.1), per la sicurezza dei messaggi (1609.2), per i servizi di rete (1609.3),

per la gestione del livello MAC (1609.4).

L’architettura WAVE, definita dallo standard 1609.0, indica che le applicazioni in

esecuzione su OBU e RSU possono comunicare tra loro secondo lo stack

9

protocollare in Figura 3.

Nel sistema WAVE, al protocollo TCP, viene aggiunto il WSMP (WAVE Short

Message Protocol) per rendere lo stack di protocolli maggiormente orientato ai

servizi.

WSMP consente di assegnare un PSID (Provider Service Identifier) ad un

dispositivo che fornisce un servizio invece della coppia IP e porto.

Un’applicazione che fornisce un servizio, invia in broadcast una frame di

management contenente il proprio PSID. Se esiste un’applicazione sul dispositivo

interessata al servizio, il PSID viene memorizzato in modo che tutti i messaggi

inviati dal provider vengono consegnati all’applicazione stessa.

Inoltre l’architettura WAVE utilizza diversi canali di frequenza per lo scambio di

messaggi. Il control channel è utilizzato per l’invio di messaggi di controllo mentre i

service channel sono utilizzati per i messaggi relativi ai servizi offerti dalle

applicazioni.

Figura 3 - Stack di protocollI WAVE

10

Capitolo 2: Sicurezza nelle Reti VANET

Attraverso le reti VANET circolano una grande quantità di informazioni che

possono riguardare la posizione, la velocità o la direzione di un veicolo, messaggi di

emergenza, notizie relative alla navigazione in Internet.

E’ necessario che i servizi messi a disposizione da queste reti rispettino la privacy

degli utenti evitando di tracciare i percorsi e gli spostamenti dei veicoli, controllino

la affidabilità dei dati ed effettuino queste operazioni con un basso costo

computazionale per evitare la perdita dei messaggi.

2.1 Privacy

Il concetto di Privacy esteso alle reti VANET garantisce la riservatezza dei percorsi

svolti da un veicolo. E’ possibile farlo tramite l’utilizzo di Trusted-Third Parties

(TTP) associando ad ogni veicolo uno pseudonimo che cambia periodicamente in

modo da non poter risalire alla sua vera identità [4].

La posizione, invece, può essere modificata attraverso l’uso di una zona fittizia, che

verrà inviata ai servizi basati sulla localizzazione (LBS) al posto delle coordinate

precise, in modo da non individuare l’utente.

2.2 Tipi di attacco ad una rete VANET

In questa sezione vengono presentati i tipi di attacco ad una rete VANET, spiegando

11

come possono essere eseguiti e le loro potenziali conseguenze [1].

Attacchi per l’identificazione e l’autenticazione

Ci sono due tipi di attacchi legati all’identificazione e all’autenticazione:

- Impersonation: L'attaccante finge di essere un'altra entità rubando

credenziali di quest’ultima. In questa modalità, l’attacker cerca di

mostrare il possesso di un attributo (ad esempio, essere membro di

un'impresa) per ottenere qualche beneficio. Ad esempio un veicolo

potrebbe inviare messaggi che lo descrivono come una pattuglia della

polizia.

- Sybil: [5] Questo tipo di attacco può essere effettuato quando un nodo è

in grado di ricevere un dato ma non è in grado di dedurre la posizione del

mittente come nel caso delle reti di sensori. [6] Un attacco di Sybil può

essere effettuato, ad esempio, a danno dei protocolli di routing

geografico. Il routing localizzato richiede spesso nodi per scambiare

informazioni di coordinamento con i propri vicini per percorrere in modo

efficiente i pacchetti geograficamente indirizzati. È ragionevole

aspettarsi che un nodo accetti un singolo insieme di coordinate da

ciascuno dei suoi vicini, ma utilizzando l'attacco di Sybil un avversario

può essere in più di un posto contemporaneamente. Un altro tipo di Sybil

attack è quello relativo all’allocazione delle risorse. Ad esempio, i nodi

vicini che condividono un singolo canale radio potrebbero essere

assegnati ad una frazione di tempo per intervallo durante il quale è

consentita la trasmissione. L'attacco Sybil può essere utilizzato per

consentire ad un nodo dannoso di ottenere una quota iniqua di qualsiasi

risorsa condivisa fornendo all'aggressore maggiori risorse per eseguire

altri attacchi.

12

Attacchi di non-repudiation

Con il termine non-repudiation si descrive la condizione secondo la quale,

nel caso della sicurezza digitale, l'autore di un attacco nega la paternità e la

validità dell’attacco stesso.

La non-repudiation può essere aggirata se due o più entità condividono le

stesse credenziali. Questo attacco è diverso dall' Impersonation descritto

prima poiché, in questo caso, due o più entità colludono per avere una

credenziale comune.

Attacchi alla riservatezza

L'attacco principale ai danni della riservatezza è rappresentato

dall’intercettazione eseguita in un veicolo o in una falsa RSU.

Il loro obiettivo è di ottenere illegalmente l'accesso a dati riservati.

Attacchi sulla disponibilità

Questi attacchi sono generati con lo scopo di annullare la disponibilità del

canale di comunicazione di una rete VANET.

- Denial of Service (DoS): [7] In ambiente VANET, un DoS attack tende

a sovraccaricare il canale di comunicazione e generare problemi di

accesso ai nodi della rete. Lo scopo principale è quello di impedire ai

nodi autentici di accedere ai servizi di rete o di utilizzarne le risorse.

2.3 Protocolli di autenticazione nelle reti VANET

L’assenza di dati sensibili nei pacchetti scambiati tra i veicoli implica l’utilizzo di

protocolli di autenticazione.

In questa sezione verranno descritti tre tipi di autenticazioni: autenticazione

13

simmetrica, autenticazione asimmetrica e autenticazione attraverso i sensori.

Autenticazione Asimmetrica

La procedura di autenticazione asimmetrica prevede che ogni veicolo

possieda le seguenti informazioni:

- Un’ identità elettronica chiamata ELP (Electronic License Plate) oppure

un ECN (Electronic Classic Number) emesso dalle case produttrici di

autoveicoli.

- Una coppia di chiavi, di cui una pubblica e una privata, utili per la

privacy.

L’ autenticazione asimmetrica premette di evitare alcuni degli attacchi

descritti nella sezione precedente:

- Un attacker non può cambiare identità e fingere di essere un altro

veicolo.

- Un attacker non può mutare la traiettoria di un veicolo vittima poiché

l’autenticazione asimmetrica utilizza la tecnica della correlazione dei dati

ricevuti che consiste nel confrontare quest’ultimi con quelli dei nodi

vicini.

- Non può esserci la non-repudiation poiché l’invio dei dati da parte di un

veicolo è firmato con la propria coppia di chiavi che è unica.

Autenticazione Simmetrica

L’autenticazione simmetrica nelle reti VANET viene raramente utilizzata

poiché è meno flessibile rispetto alla cifratura asimmetrica [8].

Questa tecnica possiede però delle chiavi di cifratura di dimensioni più

piccole con conseguente aumento della velocità di calcolo.

14

L’implementazione del protocollo a cifratura simmetrica prevede che tutti gli

elementi appartenenti ad una rete comunichino tra loro.

Appartengono alla rete, i nodi, i dispositivi che associano gli pseudonimi alle

entità reali e le base stations che hanno il compito di inviare in maniera

unidirezionale gli pseudonimi di breve durata.

Autenticazione attraverso i sensori

L’autenticazione attraverso i sensori prevede l’associazione di questi ultimi

ai sistemi di autenticazione descritti in precedenza.

Questa tecnica utilizza il modello delle VANET per la valutazione dei dati.

In questo modello ogni veicolo scarta i pacchetti provenienti da due nodi

distinti appartenenti allo stesso luogo geografico poiché due veicoli non

possono trovarsi nello stesso punto.

Inoltre vengono utilizzate regole per stabilire la veridicità dei dati come

l’utilizzo della ridondanza dato che più dati provenienti da più nodi possono

agevolare l’individuazione di un nodo maligno.

15

Capitolo 3: Protocolli di routing

Le reti VANET rendono possibile la comunicazione tra veicoli utilizzando la

modalità broadcast.

Il routing per le VANET può essere gestito attraverso diversi tipi di protocolli che

possono essere classificati in:

- Flooding

- Reattivi

- Proattivi

- Ibridi

- Geografici

3.1 Protocollo di Flooding

Nel flooding ogni nodo che riceve un pacchetto lo inoltra a tutti i suoi vicini.

La continua ritrasmissione dei messaggi aumenta il numero di pacchetti ridondanti

causando il broadcast storm. Esso si verifica quando il traffico aumenta in maniera

esponenziale riducendo le prestazioni della rete.

Per contrastare il problema del broadcast storm è possibile utilizzare metodi

probabilistici basati su contatore oppure basati sulla posizione [9].

I metodi basati su contatore numerano i messaggi che i nodi ricevono e introducono

un valore di soglia. Quando un nodo riceve un messaggio, incrementa di 1 il

contatore e inizializza un ritardo di trasmissione chiamato RAD (Random

16

Assessment Delay). Se durante il RAD il nodo riceve nuovamente il messaggio

allora incrementa nuovamente il contatore di una unità. Per poter inoltrare il

messaggio ricevuto, il valore del contatore deve essere inferiore a quello di soglia

altrimenti il pacchetto viene scartato.

Il metodo basato sulla posizione ritrasmette o scarta i messaggi ricevuti basandosi

sulla distanza con il mittente. Quando un nodo invia un messaggio, inserisce

nell’header la sua posizione geografica. Il nodo ricevente visualizza la posizione e

calcola tramite GPS la distanza con il mittente.

Se la distanza è inferiore alla soglia stabilita inizialmente dal flooding basato sulla

posizione, allora il nodo ritrasmette il messaggio.

3.2 Protocolli reattivi

I protocolli reattivi individuano un percorso verso una destinazione solo nel

momento in cui un nodo deve trasmettere un pacchetto.

L’utilizzo di questo tipo di protocolli comporta una riduzione dell’overhead legato

al salvataggio dei percorsi per ogni nodo verso ogni destinazione, poiché viene

effettuata una route discovery ogni volta che è necessario trasmettere un pacchetto.

Fanno parte dei protocolli reattivi, il protocollo AODV (Ad hoc on-demand

Distance Vector) e il protocollo DSR (Dynamic Source Routing).

Nel protocollo AODV [10], quando un nodo vuole scoprire un percorso verso la

destinazione, invia un messaggio Route Request in broadcast all’indirizzo IP

255.255.255.255 contenente l’indirizzo del nodo mittente e della destinazione, un ID

univoco del messaggio, un hop count settato a zero da incrementare ogni volta che il

messaggio viene inoltrato ed un sequence number per evitare che si generino dei

cicli di istradamento infiniti quando uno o più nodi lasciano la rete.

Ogni nodo inoltra la Route Request ai propri vicini. Il processo è ripetuto fin quando

il messaggio non arriva al nodo destinazione, il quale risponde inviando un

messaggio Route Reply contenente l’indirizzo del nodo sorgente e del nodo

17

destinazione, il proprio sequence number e l’hop count resettato.

Anche nel protocollo DSR [11], il percorso tra nodo mittente e destinatario è

generato attraverso l’invio in broadcast di messaggi Route Request e Route Reply.

La principale caratteristica di DSR è l’uso del source routing. Ciò vuol dire che ogni

nodo non determina autonomamente a chi inoltrare il messaggio come nel

protocollo AODV, ma il nodo sorgente inserisce nel pacchetto la lista dei nodi da

attraversare per arrivare a destinazione.

Per inviare un pacchetto si avvia la fase di route discovery attraverso un messaggio

Route Request contenente l’indirizzo IP del nodo sorgente e del nodo destinazione.

Ogni nodo che riceve un messaggio, prima di inoltrarlo, salva il percorso nella

propria route cache e aggiunge il proprio indirizzo alla lista con a capo l’IP del nodo

sorgente presente nella Route Request. Quando il pacchetto arriva al nodo

destinazione, quest’ultimo ottiene un percorso completo verso il nodo origine

invertendo la lista presente nella Route Request ricevuta. Il percorso viene

memorizzato nella route cache e utilizzato per inviare il messaggio di risposta Route

Reply.

3.3 Protocolli proattivi

Nei protocolli proattivi ogni nodo cerca di mantenere un percorso aggiornato verso

tutti gli altri nodi della rete ad-hoc. L’utilizzo di questi protocolli elide il ritardo di

consegna dei pacchetti generato dal calcolo del percorso per inviare un pacchetto ad

una destinazione diversa.

Un esempio di protocollo proattivo è OLSR (Optimized Link Stare Routing) [12].

Nel protocollo OLSR, ogni nodo scambia periodicamente dei messaggi UDP con i

propri vicini per costruire una tabella di routing con i percorsi aggiornati verso ogni

possibile destinazione. Per ridurre l’overhead legato all’invio di messaggi a tutti i

nodi della rete, OLSR utilizza la tecnica nota come Multi-Point Relaying. Ogni nodo

sceglie un insieme di nodi vicini, chiamati Multi-Point Relay, per ritrasmettere i

18

propri pacchetti. La scelta viene effettuata in modo che il messaggio generato dal

nodo origine riesca a raggiungere tutti i vicini a distanza di due hop.

3.4 Protocolli ibridi

I protocolli ibridi combinano i punti di forza degli algoritmi reattivi e proattivi per

ottenere performance di routing migliori.

ZRP (Zone Routing Protocol) [13] è un protocollo ibrido che introduce il concetto di

routing zone di dimensioni fisse per stabilire quale tipo di algoritmo utilizzare per

ricavare il percorso di routing. Se un nodo vuole inviare pacchetti ad una

destinazione presente all’interno della sua routing zone, utilizza un algoritmo di tipo

proattivo, se invece il nodo destinazione si trova fuori la zona del nodo mittente, il

percorso viene calcolato con gli algoritmi reattivi.

Gli elementi che compongono un protocollo ZRP sono:

- IARP (IntrAzone Routing Protocol): protocollo proattivo che ha il

compito di assicurare una tabella di routing aggiornata periodicamente ad

ogni nodo della routing zone.

- IERP (IntErzone Routing Protocol): protocollo reattivo che si occupa

della ricerca di percorsi verso nodi esterni alla routing zone.

- BRP (Bordercast Protocol): protocollo di flooding che permette ad un

nodo di inviare pacchetti in multicast ai nodi periferici della routing

zone.

- NDP (Neighbor Discovery Protocol): protocollo necessario ad

individuare i vicini di un nodo.

19

Per i nodi interni alla routing zone, ZRP implementa IARP con un qualsiasi

protocollo di routing proattivo e individua i suoi vicini utilizzando NDP. Se la

destinazione dei pacchetti non è raggiungibile tramite IARP, il nodo origine effettua

la fase di route discovery utilizzando il protocollo IERP inviando pacchetti ai nodi

periferici attraverso BRP. Un nodo periferico, alla ricezione del pacchetto, verifica

se l’indirizzo destinazione è presente nella sua tabella di routing. Se la verifica

fornisce esito positivo, il nodo invia il pacchetto alla destinazione, in caso di esito

negativo, ritrasmette il pacchetto ricevuto utilizzando BRP.

3.5 Protocolli geografici

I protocolli geografici individuano la posizione del nodo destinazione tramite il

GPS. Per poter inviare un pacchetto da un nodo origine, bisogna tener conto della

posizione del nodo destinazione inserita nel pacchetto e della posizione dei nodi

intermedi tra mittente e destinatario.

Nel protocollo GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing) [14] ogni nodo conosce

la posizione dei propri vicini inviando periodicamente in broadcast, dei messaggi di

beacon attraverso l’utilizzo dei servizi di localizzazione.

Il GPSR utilizza due metodi per la spedizione dei messaggi, il Greedy Forwarding

quando possibile e il Perimeter Forwarding che viene usato in alternativa al primo.

- Greedy Forwarding: questo metodo inserisce la posizione geografica

del nodo destinazione nel messaggio da inoltrare. Ogni nodo intermedio,

per individuare il nodo a cui inoltrare il messaggio, visualizza la propria

tabella di routing per localizzare il nodo del suo vicinato

geograficamente più vicino alla destinazione.

20

Figura 4 - Greedy Forwarding

- Perimeter Forwarding: questo metodo viene applicato quando non è

possibile utilizzare il Greedy Forwarding.

Il Perimeter Forwarding usa la regola della mano destra. Quando ad un

nodo arriva un messaggio, quest’ultimo viene inoltrato al nodo

successivo a cui si arriva scegliendo l’arco in senso antiorario a partire da

se stesso.

Nella figura 5, in base alla regola della mano destra, si ottiene il seguente

attraversamento (x→w→v→D→z→y→x).

Questa operazione di navigazione da x a D con ritorno a x, va a generare

una forma poligonale, un perimetro, che racchiude l’area vuota tra x e D.

Figura 5 - Perimeter Forwarding

21

Capitolo 4: Veicoli a guida autonoma

Un veicolo autonomo è in grado di rilevare l’ambiente e la navigazione senza

l’intervento dell’uomo.

Nel 2014 la SAE International, un ente di normazione nel campo dell'industria

automobilistica, ha pubblicato un nuovo standard internazionale J3016 [15] che ha

definito sei differenti livelli per la guida automatica [16].

- Livello 0 Nessuna autonomia: il guidatore deve occuparsi di ogni

aspetto della guida

- Livello 1 Assistenza alla guida: la macchina può accelerare, frenare e

sterzare autonomamente in alcune situazioni, ma il guidatore deve essere

pronto a riprenderne il controllo in qualsiasi momento.

- Livello 2 Automazione parziale: il veicolo accelera, frena e sterza in

maniera autonoma, ma il guidatore deve comunque occuparsi

dell’ambiente circostante.

- Livello 3 Autonomia condizionata: Il veicolo si occupa dell’ambiente

circostante, di accelerare, frenare e sterzare, ma il guidatore deve essere

pronto ad intervenire in caso di richiesta del sistema.

- Livello 4 Alta automazione: il veicolo è in grado di gestire qualsiasi

22

evenienza, ma necessita dell’ausilio del guidatore in condizioni di guida

estreme.

- Livello 5 Completa automazione: Il veicolo è in grado di gestire tutte le

situazioni e non necessita quindi dell’ausilio di umani.

4.1 Storia

I primi esperimenti riguardanti l’automazione dell’automobile risalgono ai primi

decenni del XX secolo [17].

La prima auto ad ottenere buoni risultati è stata una Chandler del 1926. Essa

possedeva un’antenna grazie alla quale era possibile comandarla dall’esterno

attraverso dei comandi via radio.

Dagli anni ’50 sia negli Stati Uniti che in Europa sono stati sviluppati veicoli

comandati attraverso circuiti installati sotto la pavimentazione stradale.

Un esempio di veicolo autonomo prodotto in questi anni, precisamente al 1960, è

rappresentato dalla Citroen DS che è riuscita a viaggiare a 130 km/h senza subire

variazioni di velocità o direzione. Questo tipo di sperimentazione però ha subito una

brusca frenata a metà degli anni ’70 a causa di valutazioni non positive in relazione

al rapporto costi-benefici.

Nel 1994 entrano in azione due dei prototipi più innovativi fino a quel momento.

Essi sono VAMP, prodotto dalla Mercedes-Benz, e VITA-2 prodotto dalla

Bunderswehr University of Munich. Queste automobili sono in grado di viaggiare

senza conducente per lunghe distanze e con traffico intenso.

23

Figura 6 - Elenco componenti per la guida autonoma del veicolo VaMP

Negli anni ’90 è stato realizzato un prototipo di veicolo completamente autonomo

anche in Italia, all’Università degli studi di Parma, in cui una Lancia Thema ha

percorso in sei giorni circa 1900 km in autostrada, in presenza di traffico, con una

velocità media di 90 km/h.

Negli anni 2000 la tecnologia delle autonomous car si evolve in maniera

esponenziale anche perché è un settore in cui tutte le più grandi aziende iniziano ad

investire molte risorse.

Oltre alle aziende che popolano già da decenni il mercato automobilistico come

BMW [18], Audi, Mercedes-Benz, Ford [19], Toyota [20], in questi anni effettuano

il proprio ingresso nello sviluppo dei mezzi a guida autonoma anche Google, Tesla

ed Apple.

Google comincia a lavorare sulle driverless car dal 2009 percorrendo circa 160 km

con i veicoli Toyota Prius [21].

Nel 2012 sposta i propri prototipi in strade cittadine con pedoni, ciclisti, lavori

stradali e altro ancora.

Nel 2014 passa alla progettazione di un nuovo prototipo di veicolo con sensori

personalizzati, computer ma senza pedali e volante.

24

Nel 2016 Google affida lo sviluppo dei sistemi a guida autonoma alla società

Waymo, creata con lo scopo di migliorare questa tecnologia, abbandonando la

produzione di auto proprie [22].

Figura 7 - Prototipo di veicolo a guida autonoma realizzato da Google

Figura 8 - Sistema Waymo

25

Tesla esordisce nel 2015 nel settore delle driverless car con la tecnologia AutoPilot.

Al giorno d’oggi tutti i veicoli Tesla possiedono le caratteristiche necessarie per

supportare la tecnologia di guida autonoma di livello 5 [23].

Figura 9 - Tesla Model 3

Figura 10 - Sistema AutoPilot

26

Da Aprile 2017 anche Apple comincia a sperimentare ufficialmente la tecnologia dei

veicoli a guida autonoma attraverso il progetto Titan.

L’obiettivo dell’azienda con sede a Cupertino è quello di creare un sistema di guida

autonoma tralasciando la realizzazione di un veicolo proprio.

Dopo aver ricevuto le autorizzazioni dalla California Department of Motor Vehicles,

Apple ha iniziato i propri test utilizzando un Suv Lexus RX450h lungo le strade

della Silicon Valley [27].

Figura 11 - Lexus RX450h [27]

4.2 Potenziali vantaggi e svantaggi dei veicoli a guida autonoma

I vantaggi delle automobili a guida autonoma sono molteplici [24]. I sensori

installati a bordo degli AUV (Autonomous Vehicle) permettono di monitorare il

veicolo in relazione a tutti gli elementi circostanti e può sventare potenziali rischi di

collisione molto più rapidamente di un’entità umana.

Ulteriori benefici riguardano la gestione del traffico [25], con una minore necessità

della polizia o della segnaletica stradale dato che gli AUV ricevono le

comunicazioni necessarie elettronicamente.

27

I veicoli a guida autonoma possono essere occupati da qualsiasi tipo di persona

eliminando vincoli di età o disabilità.

La diffusione degli AUV comporta anche degli svantaggi come la perdita di posti di

lavoro nei settori che prevedono un conducente, l’hacking dei veicoli per attacchi

terroristici o la potenziale perdita della privacy [26].

28

Conclusioni

In questa tesi sono state descritte le reti VANET. Si è partiti col rappresentare le

applicazioni di una rete veicolare e gli standard ad essa associati.

Sono stati poi analizzati gli attacchi a cui può essere sottoposta una VANET e i vari

protocolli di autenticazione per contrastarli.

Successivamente sono stati esaminati e classificati i vari protocolli di routing. Si può

dichiarare che non esiste un protocollo in grado di garantire ottime performance in

qualsiasi tipo di situazione. Ognuno possiede vantaggi e svantaggi a seconda dello

scenario in cui è utilizzato.

Infine è stato introdotto il concetto di guida autonoma descrivendo i passi

fondamentali del suo cammino evolutivo a partire dai primi anni del XX secolo fino

ai giorni nostri e ipotizzando eventuali benefici e danni che l’introduzione degli

AUV possa apportare.

Nonostante i tanti punti di domanda e i problemi sorti durante lo sviluppo dei

sistemi a guida autonoma, si può sicuramente ipotizzare un futuro in cui le driverless

car sostituiscano le automobili a guida manuale, andando a rafforzare il concetto di

Smart Mobility già in esponenziale evoluzione.

29

Bibliografia

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Security issues in Vehicular Ad-hoc Networks”, 2010.

[2] Theodore L. Willke, Patcharinee Tientrakool, and Nicholas F. Maxemchuk,

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communication surveys & tutorials, vol. 11, 2009.

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[4] A. Bartoli, J. Hernández-Serrano, M. Soriano, M. Dohler, A. Kountouris, D.

Barthel, “Security and Privacy in your Smart City”, in IEEE communication surveys

& tutorials, vol. 11, 2011.

[5] J. Douceur. “The Sybil Attack”, IPTPS '01 Revised Papers from the First

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