Eισαγωγή

Το DoIP, συντομογραφία του “Diagnostics over Internet Protocol“, είναι ένα επαναστατικό πρωτόκολλο επικοινωνίας που έχει σχεδιαστεί κυρίως για απομακρυσμένη διάγνωση οχημάτων, αλλά έχει δυνατότητες εφαρμογής σε περισσότερα πεδία. Καθώς ο τομέας του Internet of Things (IOT) εξελίσσεται και πολλές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των τηλεματικών συστημάτων, συνδέονται online, οι δυνατότητες για απομακρυσμένες διαγνώσεις και επαναφορές παραμέτρων υποσυστημάτων διευρύνονται σημαντικά.

Στον πυρήνα του, το DoIP σχεδιάστηκε για να γεφυρώσει την επικοινωνία μεταξύ συμβατικών διαγνωστικών εργαλείων με τις ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου ενός οχήματος (ECUs). Χάρη σε αυτό το πρωτόκολλο, μπορούν να αξιοποιηθούν τα διαγνωστικά δεδομένα ενός οχήματος (OBD2), ακόμα κι αν το όχημα βρίσκεται χιλιόμετρα μακριά. Αυτό προσφέρει την δυνατότητα για εντοπισμό προβλημάτων σε ζωτικά μέρη όπως ο κινητήρας, το κιβώτιο ταχυτήτων ή τα φρένα. Μόλις εντοπιστούν, μπορούν να αναληφθούν στρατηγικές επισκευής, παραγγελία ανταλλακτικών, ή ακόμη και απομακρυσμένες συνεδρίες για επαναφορές υποσυστημάτων, χωρίς να απαιτείται η φυσική παρουσία του οχήματος.

Το DoIP βασίζεται στο πρότυπο/standard ISO-13400 και αποτελεί βασικό μηχανισμό μεταφοράς διαγνωστικών δεδομένων.

Τέτοια δεδομένα, εάν αφεθούν απροστάτευτα, θα μπορούσαν να αποτελέσουν εφαλτήριο για πιθανές κυβερνοεπιθέσεις σε οχήματα. Πρόσφατες μελέτες και αναλύσεις αποκαλύπτουν ότι ενώ το DoIP είναι πρωτοποριακό, ο τρέχων σχεδιασμός του δεν εγγυάται εγγενώς κορυφαία ασφάλεια. Συγκεκριμένα, κρίσιμα χαρακτηριστικά ασφαλείας, όπως η ασφάλεια επιπέδου μεταφοράς (TLS) και ο έλεγχος ταυτότητας (client authentication), δεν είναι υποχρεωτικές στο πρωτόκολλο DoIP.

Αυτό δημιουργεί ευπάθειες, αλλά από τη θετική πλευρά, έχουν γίνει σημαντικά βήματα για την αντιμετώπιση αυτών των αδυναμιών.

Στα ενδότερα, η πύλη DoIP διευκολύνει την επικοινωνία με όλες τις συνδεδεμένες μονάδες ελέγχου, εξαλείφοντας την ανάγκη και το κόστος της ενσωμάτωσης του πρωτοκόλλου αυτού σε κάθε μονάδα ξεχωριστά.

Για την έναρξη της διαγνωστικής διαδικασίας, ένα διαγνωστικό εργαλείο είναι απαραίτητο. Προωθεί διαγνωστικά αιτήματα στο όχημα μέσω Ethernet και, σε αντάλλαγμα, λαμβάνει μια διαγνωστική απόκριση. Αυτή η απλουστευμένη διαδικασία σηματοδοτεί το εξελικτικό άλμα από τα παραδοσιακά αυτοκίνητα σε αυτό που σήμερα συνήθως αναφέρεται ως «υπολογιστές σε τροχούς».

Πρωτόκολλο DoIP για UDS: Συνδυάζοντας τα πρότυπα/standards ISO 13400-2 & 14229-5

Το πρωτόκολλο Unified Diagnostics Services (UDS), όπως περιγράφεται λεπτομερώς από το πρότυπο ISO-14229, είναι ένα πλέον σημαντικό πρωτόκολλο που δίνει τη δυνατότητα στα διαγνωστικά συστήματα να διασυνδέονται απρόσκοπτα με τις μονάδες ελέγχου των οχημάτων. Ενσωματώνει διάφορα διαγνωστικά πρωτόκολλα όπως KWP 2000 (ISO-14230) και CAN (ISO-15765). Αυτό διασφαλίζει ότι το UDS παραμένει παγκοσμίως συμβατό και ανεξάρτητο από συγκεκριμένες μάρκες οχημάτων. Σήμερα, το UDS ξεχωρίζει ως ένα από τα κυρίαρχα πρότυπα στον τομέα των διαγνωστικών.

Η υπεροχή του UDS αυξάνεται περαιτέρω με την ενσωμάτωση του DoIP επιπέδου μεταφοράς (DoIP Transport Layer – ISO 13400-2). Έχει σχεδιαστεί με εξειδικευμένα χαρακτηριστικά για την ενίσχυση και τη διατήρηση των συνδέσεων μεταξύ του διαγνωστικού εξοπλισμού και της πύλης DoIP εντός των οχημάτων.

Το πρότυπο ISO-13400, στο σύνολό του, προβλέπει μια εναρμονισμένη διεπαφή οχήματος που παρέχει διασφαλισμένη επικοινωνία ανεξάρτητα από την δομή του δικτύου του οχήματος. Αντλεί έμπνευση από το Βασικό Μοντέλο Αναφοράς Διασύνδεσης Ανοικτού Συστήματος (OSI), δομώντας την επικοινωνία σε επτά κρίσιμα επίπεδα. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο:

  • Το UDS, όπως περιγράφεται στα πρότυπα ISO 14229-1, ISO 14229-2 και ISO 27145-3, βρίσκεται στο έβδομο επίπεδο.
  • Οι βελτιστοποιημένες (enhanced) διαγνώσεις ή οι γενικευμένες (global), εγκαθίστανται στο έκτο επίπεδο.
  • Το πρότυπο ISO 14229-2 ορίζει τις υπηρεσίες επιπέδου συνεδρίας, τοποθετώντας τις στο πέμπτο επίπεδο.
  • Το πρότυπο ISO 13400-2, καθορίζει τόσο το πρωτόκολλο μεταφοράς (τέταρτο επίπεδο) όσο και το επίπεδο δικτύου (τρίτο επίπεδο).
  • Τέλος, οι υπηρεσίες σύνδεσης δεδομένων βρίσκουν την έδρα τους στα επίπεδα ένα και δύο όπως περιγράφεται στο πρότυπο ISO 13400-3.

Η αρχιτεκτονική του UDS, συγκρινόμενη με το πρωτόκολλο CANopen, βασίζεται στο μοντέλο OSI. Διαθέτει τη δυνατότητα αποθήκευσης κωδικών σφαλμάτων στη μνήμη της μονάδας ελέγχου (ECU), τεκμηριώνοντας κάθε πρόβλημα του οχήματος και στη συνέχεια αναμεταδίδει αυτά τα δεδομένα στο δίκτυο του οχήματος. Συνεπώς, το DoIP που βασίζεται σε ethernet μπορεί να υποστηρίξει άνετα ρυθμούς μεταφοράς που ανεβαίνουν έως και 100mbps – μια αξιοσημείωτη βελτίωση σε σχέση με τα 500kbps των συστημάτων CAN.

Βασικές διαφορές μεταξύ UDS on IP και UDS on CAN

UDS σε IP (LAN/WLAN):

  • Χρησιμοποιεί το επίπεδο εφαρμογής UDS (ISO 14229-5): Το πλαίσιο για το πρωτόκολλο DoIP.
  • Ενσωματώνει το επίπεδο μεταφοράς DoIP (ISO 13400-2): Επιτρέπει τις απρόσκοπτες επικοινωνίες οχήματος-σε-δίκτυο (V2N, Vehicle-to-Network).
  • Λειτουργεί σε φυσικό επίπεδο Ethernet (IEEE 802.3)

UDS στο CAN (CAN):

  • Χρησιμοποιεί το επίπεδο εφαρμογής UDS (14229-3): Προσαρμοσμένο για επικοινωνίες CAN.
  • Διαθέτει το επίπεδο μεταφοράς CAN (ISO 15765-2): Διευκολύνει την ανταλλαγή δεδομένων σε τοπολογίες CAN.
  • Βασίζεται στο φυσικό επίπεδο CAN (ISO 11898): Η ραχοκοκαλιά της επικοινωνίας δικτύου CAN.

Βασικές Διακρίσεις

  • Πρότυπο ISO 14229-5: Κατευθυντήρια γραμμή για ενσωμάτωση UDS σε ρυθμίσεις IP.
  • Πρότυπο ISO 14229-3: Υπαγορεύει την χρήση UDS σε λειτουργίες CAN.

Το UDS σε IP ξεπερνά την απόδοση του διαύλου CAN

  • Ταχύτερη μετάδοση δεδομένων: Η ταχύτητα είναι πρωταρχικής σημασίας.
  • Χειρισμός μεγαλύτερου όγκου δεδομένων: Περισσότερα δεδομένα, λιγότερα περιθώρια σφάλματος.
  • Μείωση Σφαλμάτων Δεδομένων: Διάγνωση με βάση την ακρίβεια.