Sicher und effizient: Standardisierung von OTA-Updates

Stellen Sie sich vor, Ihr Auto wird über Nacht intelligenter und sicherer, und alles, was Sie tun müssen, ist ein Update zu bestätigen, zum Beispiel über Ihr Smartphone. Ganz einfach vom Sofa im Wohnzimmer aus. Willkommen in der Welt der Over-the-Air (OTA)-Updates, einer Technologie, die die Automobilindustrie revolutionieren wird. Doch bis diese Updates reibungslos und sicher im Fahrzeug ankommen, ist ein intensiver Standardisierungsprozess notwendig.

Hier setzt die eSync Alliance bzw. die eSync-Spezifikation an. Sie ist auf Systemarchitektur-Ebene angesiedelt und bildet die Grundlage für die Entwicklung und Implementierung von OTA-Updates. Im Zusammenspiel mit der eSync Alliance und innovativen Unternehmen wie JOYNEXT entsteht ein komplexes Netzwerk aus Prozessanforderungen, technischen Kompatibilitätsanforderungen und kontinuierlichen Verbesserungen. So wird Schritt für Schritt aus einzelnen Spezifikationen ein verbindlicher Standard für die Automobilindustrie, der das Fahrerlebnis zukunftssicher macht.

Over-the-Air (OTA)-Updates sind eine kleine Revolution für die deutsche Automobilindustrie. Mit OTA können Software-Updates direkt in die Fahrzeuge eingespielt werden, um neue Funktionen hinzuzufügen oder Sicherheitslücken zu schließen - ganz ohne Werkstattbesuch. Dahinter stecken komplexe Prozesse und strenge Standards, unter anderem im Rahmen der UNECE, der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa, die Normen und Standards erarbeitet.

Die Implementierung von Over-the-Air-Lösungen bei deutschen Autoherstellern begann Mitte der 2010er Jahre, zunächst in Premium-Fahrzeugen, und wurde allmählich auf breitere Fahrzeugklassen ausgeweitet. Diese frühen OTA-Lösungen basierten jedoch meist auf individuellen Spezifikationen der Hersteller statt auf branchenweiten Standards. Die eSync Alliance, die im Juni 2017 gegründet wurde, verfolgt das Ziel, einen einheitlichen Standard für OTA-Updates in der Automobilindustrie zu schaffen. Der Automobilelektronik-Spezialist JOYNEXT ist maßgeblich an der Entwicklung und Optimierung der OTA-Standards beteiligt.

Die Durchführung eines OTA-Updates, wie z.B. die Aktualisierung einer Navigationskarte oder das Schließen einer Sicherheitslücke, ist mit vielen technischen Herausforderungen verbunden. Grundsätzlich funktioniert OTA auch mit proprietären Lösungen und ohne technischen Standard. Der Aktualisierungsprozess beginnt mit der Erstellung und Überprüfung des Datenpakets. Die neuen Karten- und Softwarekomponenten werden vom Anbieter erstellt und in ein Update-Paket gepackt. Das Paket wird getestet, um sicherzustellen, dass es keine Fehler enthält und mit der Fahrzeugsoftware kompatibel ist. Anschließend wird das getestete Update auf einen Cloud-Server hochgeladen. Dieser wird entweder vom Fahrzeughersteller oder von einem Drittanbieter betrieben.

Die Verfügbarkeit des Updates wird dem Fahrzeug durch eine direkte Benachrichtigung oder durch regelmäßige Abfragen der Fahrzeugsoftware mitgeteilt. Das Fahrzeug verbindet sich z.B. über das Mobilfunknetz (z.B. LTE oder 5G) mit dem Cloud-Server. Das Fahrzeug authentifiziert sich gegenüber dem Server, um sicherzustellen, dass es zum Download berechtigt ist, und lädt die Daten in Paketen herunter, um die Netzlast zu minimieren und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Nach dem Download wird das Update-Paket auf Integrität und Authentizität geprüft. Danach wird die Installation vorbereitet. Dazu wird geprüft, ob sich das Fahrzeug in einem sicheren Zustand befindet, z.B. in einer Parkposition. Die neuen Karten- und Softwarekomponenten werden installiert, wobei die alten Daten gesichert werden, um sie bei Problemen wiederherstellen zu können. Abschließend wird das System neu gestartet und die korrekte Funktion des Updates überprüft.

Sicherheitsaspekte spielen bei der Software-Aktualisierung eine zentrale Rolle. So muss die Integrität der Daten gewährleistet sein, um Manipulationen zu verhindern. Authentifizierung und Autorisierung sind entscheidend, um unautorisierte Updates zu verhindern oder das Fahrzeug vor Angriffen während des Downloads und der Installation zu schützen. Netzwerk- und Verbindungsprobleme können durch Unterbrechungen während des Downloads und durch die Sicherstellung ausreichender Bandbreite für große Datenmengen entstehen. Auch Kompatibilitätsfragen sind von Bedeutung, da verschiedene Fahrzeugmodelle und -konfigurationen unterschiedliche Update-Pakete benötigen und die Fahrzeugsoftware möglicherweise in einer bestimmten Reihenfolge aktualisiert werden muss. Darüber hinaus muss die Benutzererfahrung berücksichtigt werden, indem der Fahrer über Updates informiert und um Zustimmung gebeten wird.

Die größte Herausforderung für die breite Einführung von OTA-Technologien bleibt jedoch der Mangel an integrierten, standardisierten Lösungen. Ohne verbindliche Standards ist es schwierig, Interoperabilität und Konsistenz zwischen verschiedenen Fahrzeugen und Komponenten eines oder mehrerer Hersteller zu gewährleisten. Unterschiedliche Systemarchitekturen führen zu einer Vielzahl von Implementierungsansätzen, was die Komplexität erhöht und die Integration und Skalierbarkeit von OTA-Technologien erschwert. Die Implementierung von OTA-Updates für ganze Fahrzeugplattformen erfordert daher die Weiterentwicklung von OTA-Spezifikationen mit zunehmender Bekanntheit, wie die der eSync Alliance, zu industrieweit akzeptierten Standards.

Hier setzt der Automotive-Spezialist JOYNEXT an. Mit dem Android Embedded Device bietet der End-to-End OTA-Anbieter eine Plattform, deren Betriebssystem konzeptionell auf Software-Updates und damit auf OTA ausgerichtet ist. Durch den Einsatz dieser Geräte in realen Fahrzeugumgebungen und den Betrieb der Update-Infrastruktur hat JOYNEXT wertvolle Einblicke in die praktischen Herausforderungen und Anforderungen von OTA-Updates gewonnen.

Diese Erkenntnisse flossen maßgeblich in die Entwicklung praxisnaher Standards im Rahmen der eSync Alliance ein, die sicherstellen, dass die technischen Spezifikationen auch in geeignete praktische Entwicklungsprozesse eingebettet werden. Das klingt einfach. In der Praxis war es jedoch kein Selbstläufer. Wie so oft steht am Anfang eine Spezifikation. So auch beim Thema OTA. Eine Spezifikation ist aber zunächst nur ein Dokument, etwa eine PDF-Datei, die man herunterladen oder kaufen kann. Damit sich daraus ein Standard entwickeln kann, müssen Arbeitsergebnisse, die auf diesem Dokument basieren, durch spezielle Softwaretools und Testmethoden überprüfbar gemacht werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass unterschiedliche Arbeitsergebnisse spezifikationskonform und in der Praxis miteinander kompatibel sind.

Bei der Weiterentwicklung der eSync-Spezifikation zu einem Standard hat JOYNEXT eine zentrale Rolle gespielt. Unter der Leitung von Dr. Daniel Wedekind, Senior Manager bei JOYNEXT, hat die Compliance Work Group (CWG) der eSync Alliance Softwaretools, Zertifizierungsprozesse und Benchmarks entwickelt, die sicherstellen, dass OTA-Lösungen spezifikationskonform und gleichzeitig ASPICE-konform entwickelt werden können.

Ein zentrales Element ist die OTA Compliance Platform (OCP), die zwei Hauptfunktionen erfüllt. Erstens ermöglicht sie die technische Verifikation, indem sie durch etablierte und automatisierte Testverfahren innerhalb von CI/CD-Pipelines (Continuous Integration and Continuous Deployment) überprüft, ob die entwickelte Lösung den Spezifikationen entspricht. Zweitens stellt die Plattform sicher, dass die Entwicklung der Softwarekomponente den notwendigen Entwicklungsprozessen wie z.B. ASPICE entspricht, die für die Qualitätssicherung in der automobilen Softwareentwicklung von entscheidender Bedeutung sind. Denn neben der technischen Verifikation ist vor allem entscheidend, dass die Software in einem robusten Entwicklungsprozess entsteht, der eine vollständige Testabdeckung beinhaltet und sicherstellt, dass alle relevanten Anforderungen getestet werden und jede Änderung an der Software nachvollziehbar bleibt.

JOYNEXT hat Werkzeuge entwickelt, die beide Dimensionen vereinen: die technische Konformität und die Prozesskonformität. Damit bewegt sich JOYNEXT ganz im Rahmen der aktuellen UNECE-Regelwerke, die technische und prozessuale Anforderungen gemeinsam spezifizieren, wie z.B. UNECE UN R 156 Software Update & Software Update Management System. Dies ist entscheidend, um eine Spezifikation zum Standard zu machen und die Integration und Nutzung von OTA-Updates in der Automobilindustrie zu vereinfachen. Damit fördert das Unternehmen die Integration der eSync-Spezifikation in den automobilen Software-Entwicklungsprozess und gleichzeitig die Interoperabilität und Kompatibilität von eSync-basierten Systemen bei reduziertem Integrationsaufwand für OEMs.

JOYNEXTs Android Embedded Devices und die Einbettung der eSync-Spezifikation in standardisierte Automotive-Entwicklungsprozesse ermöglichten so die Entwicklung praxistauglicher und anwenderfreundlicher OTA-Standards, die für den technologischen Fortschritt in der Automobilindustrie entscheidend sind. Denn die Automobilindustrie verfolgt zunehmend eine Standardisierung von Over-the-Air-Lösungen. Obwohl deutsche Autohersteller bereits seit einigen Jahren OTA-Technologien nutzen, ist die vollständige Implementierung einheitlicher Standards, wie sie von der eSync Alliance entwickelt werden, noch im Gange. Die Branche befindet sich auf dem Weg zu einer flächendeckenden Umsetzung, doch dieser Prozess wird noch etwas Zeit in Anspruch nehmen. JOYNEXT wird auch in Zukunft diesen Prozess aktiv mitgestalten. (na)