Trusted Computing für adaptive Automobilsteuergeräte im Umfeld der Inter-Fahrzeug-Kommunikation

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Sicherheit (Security) von Automobilelektronik, speziell der Kommunikation zwischen Fahrzeugen für Safety-Anwendungen. Hierzu wird die Absicherung der Kommunikation über digitale Signaturen betrachtet und eine prototypische Implementierung auf rekonfigurierbarer Hardware vorgestellt. Darüber hinaus wird die Absicherung der Kommunikationsplattform selbst über die Anwendung von Trusted Computing für rekonfigurierbare Systeme sichergestellt

Trusted Computing für adaptive Automobilsteuergeräte im Umfeld der Inter-Fahrzeug-Kommunikation

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Sicherheit (Security) von Automobilelektronik, speziell der Kommunikation zwischen Fahrzeugen für Safety-Anwendungen. Hierzu wird die Absicherung der Kommunikation über digitale Signaturen betrachtet und eine prototypische Implementierung auf rekonfigurierbarer Hardware vorgestellt. Darüber hinaus wird die Absicherung der Kommunikationsplattform selbst über die Anwendung von Trusted Computing für rekonfigurierbare Systeme sichergestellt

Skalierbare adaptive System-on-Chip-Architekturen für Inter-Car und Intra-Car Kommunikationsgateways

Die Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern ist ein elementarer Bestandteil zukünftiger Mobilitätskonzepte. Die Arbeit untersucht, welchen Anforderungen die Kommunikationsknotenpunkte gerecht werden müssen. Das Ergebnis ist eine System-on-Chip Architektur für die fahrzeuginterne und fahrzeugübergreifende Kommunikation. Wesentliche Eigenschaftensind Flexibilität und Skalierbarkeit, die es erlauben, mittels neuartiger Methoden und Tools optimierte Architekturen zu realisieren

Sistemas de comunicação por luz visível na segurança rodoviária

Doutoramento em MAP-TeleEsta tese apresenta um estudo exploratório sobre sistemas de comunicação por luz visível e as suas aplicações em sistemas de transporte inteligentes como forma a melhorar a segurança nas estradas. Foram desenvolvidos neste trabalho, modelos conceptuais e analíticos adequados à caracterização deste tipo de sistemas. Foi desenvolvido um protótipo de baixo custo, capaz de suportar a disseminação de informação utilizando semáforos. A sua realização carece de um estudo detalhado, nomeadamente: i) foi necessário obter modelos capazes de descrever os padrões de radiação numa área de serviço pré-definida; ii) foi necessário caracterizar o meio de comunicações; iii) foi necessário estudar o comportamento de vários esquemas de modulação de forma a optar pelo mais robusto; finalmente, iv) obter a implementação do sistema baseado em FPGA e componentes discretos. O protótipo implementado foi testado em condições reais. Os resultados alcançados mostram os méritos desta solução, chegando mesmo a encorajar a utilização desta tecnologia em outros cenários de aplicação.This thesis presents a study carried out on the exploration of visible light communication (VLC) for road safety applications in intelligent transportation systems (ITS). We developed conceptual and analytical models for the usage of VLC technologies for human safety. A low cost VLC prototype traffic broadcast system was hardware designed and implemented. In order to realize this prototype a number of exhaustive steps have been designed and implemented. An optimized illumination distribution was achieved in a defined service area from LED-based traffic lights associated with a VLC emitter. A traffic light system set-up was modeled and designed for optimum performance. The optical wireless channel was characterized and examined. Depending on the characteristics of the channel and specific applications, a robust modulation technique based on direct sequence spread spectrum using sequence inverse keying (DSSS SIK) was analyzed, developed, and implemented. The complete prototype VLC transceiver system was then implemented with field programmable gate arrays (FPGA) and discrete components. Simulation and experimental validation of system was performed in different scenarios and environments. The obtained results have shown the merits of our approach. A number of findings was experienced which are illustrated at the end. These observations would enhance and encourage potential research in the area and optimize performance of VLC systems for a number of interesting applications in future. A summary of future research challenges is presented at the end

Proceedings of the 5th International Workshop on Reconfigurable Communication-centric Systems on Chip 2010 - ReCoSoC\u2710 - May 17-19, 2010 Karlsruhe, Germany. (KIT Scientific Reports ; 7551)

ReCoSoC is intended to be a periodic annual meeting to expose and discuss gathered expertise as well as state of the art research around SoC related topics through plenary invited papers and posters. The workshop aims to provide a prospective view of tomorrow\u27s challenges in the multibillion transistor era, taking into account the emerging techniques and architectures exploring the synergy between flexible on-chip communication and system reconfigurability

Sécurité et protection de la vie privée dans les systèmes embarqués automobiles

Electronic equipment has become an integral part of a vehicle's network architecture, which consists of multiple buses and microcontrollers called Electronic Control Units (ECUs). These ECUs recently also connect to the outside world. Navigation and entertainment system, consumer devices, and Car2X functions are examples for this. Recent security analyses have shown severe vulnerabilities of exposed ECUs and protocols, which may make it possible for attackers to gain control over a vehicle. Given that car safety-critical systems can no longer be fully isolated from such third party devices and infotainment services, we propose a new approach to securing vehicular on-board systems that combines mechanisms at different layers of the communication stack and of the execution platforms. We describe our secure communication protocols, which are designed to provide strong cryptographic assurances together with an efficient implementation fitting the prevalent vehicular communication paradigms. They rely on hardware security modules providing secure storage and acting as root of trust. A distributed data flow tracking based approach is employed for checking code execution against a security policy describing authorized communication patterns. Binary instrumentation is used to track data flows throughout execution (taint engine) and also between control units (middleware), thus making it applicable to industrial applications. We evaluate the feasibility of our mechanisms to secure communication on the CAN bus, which is ubiquitously implemented in cars today. A proof of concept demonstrator also shows the feasibility of integrating security features into real vehicles.L'équipement électronique de bord est maintenant devenue partie intégrante de l'architecture réseau des véhicules. Elle s’appuie sur l'interconnexion de microcontroleurs appelés ECUs par des bus divers. On commence maintenant à connecter ces ECUs au monde extérieur, comme le montrent les systèmes de navigation, de divertissement, ou de communication mobile embarqués, et les fonctionnalités Car2X. Des analyses récentes ont montré de graves vulnérabilités des ECUs et protocoles employés qui permettent à un attaquant de prendre le contrôle du véhicule. Comme les systèmes critiques du véhicule ne peuvent plus être complètement isolés, nous proposons une nouvelle approche pour sécuriser l'informatique embarquée combinant des mécanismes à différents niveaux de la pile protocolaire comme des environnements d'exécution. Nous décrivons nos protocoles sécurisés qui s'appuient sur une cryptographie efficace et intégrée au paradigme de communication dominant dans l'automobile et sur des modules de sécurité matériels fournissant un stockage sécurisé et un noyau de confiance. Nous décrivons aussi comment surveiller les flux d'information distribués dans le véhicule pour assurer une exécution conforme à la politique de sécurité des communications. L'instrumentation binaire du code, nécessaire pour l’industrialisation, est utilisée pour réaliser cette surveillance durant l’exécution (par data tainting) et entre ECUs (dans l’intergiciel). Nous évaluons la faisabilité de nos mécanismes pour sécuriser la communication sur le bus CAN aujourd'hui omniprésent dans les véhicules. Une preuve de concept montre aussi la faisabilité d'intégrer des mécanismes de sécurité dans des véhicules réels

Dirty RF Signal Processing for Mitigation of Receiver Front-end Non-linearity

Moderne drahtlose Kommunikationssysteme stellen hohe und teilweise gegensätzliche Anforderungen an die Hardware der Funkmodule, wie z.B. niedriger Energieverbrauch, große Bandbreite und hohe Linearität. Die Gewährleistung einer ausreichenden Linearität ist, neben anderen analogen Parametern, eine Herausforderung im praktischen Design der Funkmodule. Der Fokus der Dissertation liegt auf breitbandigen HF-Frontends für Software-konfigurierbare Funkmodule, die seit einigen Jahren kommerziell verfügbar sind. Die praktischen Herausforderungen und Grenzen solcher flexiblen Funkmodule offenbaren sich vor allem im realen Experiment. Eines der Hauptprobleme ist die Sicherstellung einer ausreichenden analogen Performanz über einen weiten Frequenzbereich. Aus einer Vielzahl an analogen Störeffekten behandelt die Arbeit die Analyse und Minderung von Nichtlinearitäten in Empfängern mit direkt-umsetzender Architektur. Im Vordergrund stehen dabei Signalverarbeitungsstrategien zur Minderung nichtlinear verursachter Interferenz - ein Algorithmus, der besser unter "Dirty RF"-Techniken bekannt ist. Ein digitales Verfahren nach der Vorwärtskopplung wird durch intensive Simulationen, Messungen und Implementierung in realer Hardware verifiziert. Um die Lücken zwischen Theorie und praktischer Anwendbarkeit zu schließen und das Verfahren in reale Funkmodule zu integrieren, werden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Hierzu wird ein erweitertes Verhaltensmodell entwickelt, das die Struktur direkt-umsetzender Empfänger am besten nachbildet und damit alle Verzerrungen im HF- und Basisband erfasst. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit des Algorithmus unter realen Funkkanal-Bedingungen untersucht. Zusätzlich folgt die Vorstellung einer ressourceneffizienten Echtzeit-Implementierung des Verfahrens auf einem FPGA. Abschließend diskutiert die Arbeit verschiedene Anwendungsfelder, darunter spektrales Sensing, robuster GSM-Empfang und GSM-basiertes Passivradar. Es wird gezeigt, dass nichtlineare Verzerrungen erfolgreich in der digitalen Domäne gemindert werden können, wodurch die Bitfehlerrate gestörter modulierter Signale sinkt und der Anteil nichtlinear verursachter Interferenz minimiert wird. Schließlich kann durch das Verfahren die effektive Linearität des HF-Frontends stark erhöht werden. Damit wird der zuverlässige Betrieb eines einfachen Funkmoduls unter dem Einfluss der Empfängernichtlinearität möglich. Aufgrund des flexiblen Designs ist der Algorithmus für breitbandige Empfänger universal einsetzbar und ist nicht auf Software-konfigurierbare Funkmodule beschränkt.Today's wireless communication systems place high requirements on the radio's hardware that are largely mutually exclusive, such as low power consumption, wide bandwidth, and high linearity. Achieving a sufficient linearity, among other analogue characteristics, is a challenging issue in practical transceiver design. The focus of this thesis is on wideband receiver RF front-ends for software defined radio technology, which became commercially available in the recent years. Practical challenges and limitations are being revealed in real-world experiments with these radios. One of the main problems is to ensure a sufficient RF performance of the front-end over a wide bandwidth. The thesis covers the analysis and mitigation of receiver non-linearity of typical direct-conversion receiver architectures, among other RF impairments. The main focus is on DSP-based algorithms for mitigating non-linearly induced interference, an approach also known as "Dirty RF" signal processing techniques. The conceived digital feedforward mitigation algorithm is verified through extensive simulations, RF measurements, and implementation in real hardware. Various studies are carried out that bridge the gap between theory and practical applicability of this approach, especially with the aim of integrating that technique into real devices. To this end, an advanced baseband behavioural model is developed that matches to direct-conversion receiver architectures as close as possible, and thus considers all generated distortions at RF and baseband. In addition, the algorithm's performance is verified under challenging fading conditions. Moreover, the thesis presents a resource-efficient real-time implementation of the proposed solution on an FPGA. Finally, different use cases are covered in the thesis that includes spectrum monitoring or sensing, GSM downlink reception, and GSM-based passive radar. It is shown that non-linear distortions can be successfully mitigated at system level in the digital domain, thereby decreasing the bit error rate of distorted modulated signals and reducing the amount of non-linearly induced interference. Finally, the effective linearity of the front-end is increased substantially. Thus, the proper operation of a low-cost radio under presence of receiver non-linearity is possible. Due to the flexible design, the algorithm is generally applicable for wideband receivers and is not restricted to software defined radios

A design framework for developing a reconfigurable driving simulator

Fahrsimulatoren werden seit Jahrzehnten erfolgreich in verschiedenen Anwendungsbe-reichen eingesetzt. Sie unterscheiden sich weitgehend in ihrer Struktur, Genauigkeit, Komplexität und in ihren Kosten. Heutzutage werden Fahrsimulatoren in der Regel in-dividuell für eine spezielle Aufgabe entwickelt und haben typischerweise eine festgeleg-te Struktur. Bei der Nutzung eines Fahrsimulators in einem Anwendungsbereich wie der Entwicklung von fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (FFAS) werden jedoch mehrere Varianten des Fahrsimulators benötigt. Es besteht daher Handlungsbedarf für die Entwicklung eines rekonfigurierbaren Fahrsimulators, der es dem Betreiber des Fahrsimulators ermöglicht, ohne umfassende Fachkenntnisse problemlos verschiedene Varianten zu erstellen. Um diese Herausforderung zu bewältigen wurde eine Entwick-lungssystematik für die Entwicklung eines rekonfigurierbaren Fahrsimulators entwi-ckelt. Die Entwicklungssystematik besteht aus einem Vorgehensmodell und einem Kon-figurationswerkzeug. Das Vorgehensmodell beschreibt die benötigten Entwicklungspha-sen, die vollständigen Aufgaben jeder Phase und die in der Entwicklung eingesetzten Methoden. Das Konfigurationswerkzeug organisiert die Lösungselemente des Fahrsimu-lators und ermöglicht dem Betreiber des Fahrsimulators, durch Auswählen einer Kombi-nation von Lösungselementen nach dem Baukastenprinzip verschiedene Varianten des Fahrsimulators zu erstellen. Die Entwicklungssystematik wird durch die Entwicklung eines rekonfigurierbaren FFAS-Fahrsimulators und durch die Erstellung von drei unter-schiedlichen Varianten dieses Fahrsimulators validiert.Driving simulators have been used successfully in various application fields for decades. They vary widely in their structure, fidelity, complexity and cost. Nowadays, driving simulators are usually custom-designed for a specific task and they typically have a fixed structure. Nevertheless, using the driving simulator in an application field, such as the development of the Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), requires several variants of the driving simulator. Therefore, there is a need to develop a reconfigurable driving simulator which allows its operator to easily create different variants without in-depth expertise in the system structure. In order to solve this challenge, a Design Framework for Developing a Reconfigurable Driving Simulator has been developed. The design framework consists of a procedure model and a configuration tool. The pro-cedure model describes the required development phases, the entire tasks of each phase and the used methods in the development. The configuration tool organizes the driving simulators solution elements and allows its operator to create different variants of the driving simulator by selecting a combination of the solution elements, which are like building blocks. The design framework is validated by developing an ADAS reconfigu-rable driving simulator and by creating three variants of this driving simulator.Tag der Verteidigung: 13.06.2014Paderborn, Univ., Diss., 201

SInCom 2015

2nd Baden-Württemberg Center of Applied Research Symposium on Information and Communication Systems, SInCom 2015, 13. November 2015 in Konstan

THE APPLICATION OF REAL-TIME SOFTWARE IN THE IMPLEMENTATION OF LOW-COST SATELLITE RETURN LINKS

Digital Signal Processors (DSPs) have evolved to a level where it is feasible for digital modems with relatively low data rates to be implemented entirely with software algorithms. With current technology it is still necessary for analogue processing between the RF input and a low frequency IF but, as DSP technology advances, it will become possible to shift the interface between analogue and digital domains ever closer towards the RF input. The software radio concept is a long-term goal which aims to realise software-based digital modems which are completely flexible in terms of operating frequency, bandwidth, modulation format and source coding. The ideal software radio cannot be realised until DSP, Analogue to Digital (A/D) and Digital to Analogue (D/A) technology has advanced sufficiently. Until these advances have been made, it is often necessary to sacrifice optimum performance in order to achieve real-time operation. This Thesis investigates practical real-time algorithms for carrier frequency synchronisation, symbol timing synchronisation, modulation, demodulation and FEC. Included in this work are novel software-based transceivers for continuous-mode transmission, burst-mode transmission, frequency modulation, phase modulation and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). Ideal applications for this work combine the requirement for flexible baseband signal processing and a relatively low data rate. Suitable applications for this work were identified in low-cost satellite return links, and specifically in asymmetric satellite Internet delivery systems. These systems employ a high-speed (>>2Mbps) DVB channel from service provider to customer and a low-cost, low-speed (32-128 kbps) return channel. This Thesis also discusses asymmetric satellite Internet delivery systems, practical considerations for their implementation and the techniques that are required to map TCP/IP traffic to low-cost satellite return links