Introduction of wireless technology in agricultural and heavy duty vehicles: security and safety issues

Le tecnologie wireless hanno, di recente, fatto il loro ingresso nel mondo dei mezzi agricoli e movimento terra. Al momento sono utilizzate in applicazioni che prevedono la pubblicazione di dati utili ai fini di gestione della flotta, diagnostica e assistenza. Questa introduzione ha fatto sì che venisse aperta, sulle reti veicolari, una porta verso il mondo esterno. Porta che, fino ad ora, era saldamente chiusa. Le reti veicolari, infatti, sono sempre state considerate intrinsecamente affidabili grazie a questa chiusura, in quanto non accessibili da remoto e difficilmente accessibili in locale. L’apertura di questa porta va ad esporre a problemi di cyber-security che verranno analizzati. Verranno confrontati i requisiti derivanti dalla necessità di proteggersi da attacchi esterni con quelli necessari alle reti per continuare a far girare applicazioni safety critical. La conclusione di questo confronto è che la rete CAN utilizzata oggi giorno, non riuscirà a continuare a sopperire ai requisiti di safety, iniziando, contemporaneamente, a sopperire ai neonati requisiti di security. Per questa ragione si rende necessario una salto tecnologico nelle reti veicolari del mondo agricultural. Il successore, designato da diversi comitati tecnici, è rappresentato da reti Ethernet. Tuttavia, considerato il tempo di vita dei mezzi agricoli che è di 20-30 anni, si pone la necessità di avere alcune generazioni di veicoli con rete ibrida CAN/Ethernet, prima che Ethernet soppianti completamente la rete CAN. A tal scopo viene illustrato lo sviluppo di un gateway CAN/Ethernet, e, in particolare, TCP-IP/ISOBUS, che potrà essere usato per consentire l’interazione tra le due reti. Le applicazioni fino ad ora sviluppate in ambito agricolo sfruttando tecnologie wireless non sono safety relevant, ma, la sempre crescente richiesta del wireless, porterà a rendere necessario il loro utilizzo anche in applicazioni con implicazioni di functional safety. Una tecnologia particolarmente appetitosa per il mercato è quella delle Wireless Sensor Networks. Non è possibile adottarla così com’è, ma è necessario effettuare un approfondito studio e delle accurate modifiche con lo scopo di permettere la rispondenza ai principali standard di safety. Verrà presentata l’analisi effettuata sulle architetture hardware e software dei nodi WSN e verrà mostrato il primo prototipo di nodo wireless adatto per applicazioni di safety. Verrà poi trattato il tema della gesture recognition come HMI per applicazioni safety relevant, analizzando un sistema dimostrativo realizzato sfruttando il suddetto prototipo.

Wireless technologies have, recently, been introduced in the agricultural vehicles and earth moving machines world. At present day they are used to publish data useful for fleet management, diagnosis and assistance. This introduction has opened a door, on vehicular networks, to the external world. This door, until this moment, has always been secured. In-vehicle networks, in fact, has always been considered intrinsically reliable thanks to the fact of being closed, because not accessible from remote and accessible with difficulties in local. The opening of this door goes to expose the network to cyber-security issues that will be analysed. A comparison will be performed between the need to be protected from external attacks and the requirements that will permit to the networks to continue to be used for safety critical applications. The conclusion of this comparison will be that CAN networks, as used at present day, will not be able to accomplish safety requirements, and, at the same time, the new-born security ones. For this reason a technological leap is necessary in vehicular networks of agricultural world. The successor, designated by several technical committees, is represented by Ethernet-based networks. However, considering the lifetime of agricultural machines, that is of 20-30 years, it will be necessary to have some generations of vehicles with a hybrid CAN/Ethernet network, before CAN network is completely replaced by Ethernet. For this purpose will be illustrated the development of a CAN/Ethernet gateway and, in particular, a TCP-IP/ISOBUS one, that will be able to be used to allow the interaction between the networks. The applications developed up to this moment with wireless technologies in agricultural field are not safety relevant, but the growing request will lead to their use also for applications with functional safety implications. A technology that is particularly attractive for the market is wireless sensor networks. It is not possible to adopt it as is, but it will be necessary to perform a deep study and adequate modifications with the purpose of allowing the compliance to main safety standards. Will be presented the analysis performed on both hardware and software architectures of WSN nodes and will be shown the first prototype realized of wireless node suitable for safety applications. In the end it will be debated the topic of gesture recognition used as HMI for safety relevant applications, analysing a demonstrative system realized using the afore mentioned prototype.