Reti 5G e veicoli connessi, ecco come si integrano

I veicoli connessi e le infrastrutture stradali sotto copertura radiomobile fanno parte di un ampio ecosistema IoT in evoluzione. Il 5G permette di fornire le prestazioni ottimali per ogni tipo di settore verticale, utilizzando una stessa rete fisica partizionata in “slices” con specifiche qualità di servizio a seconda del caso d’uso

Veicoli connessi e reti 5G: considerata fino a pochi anni fa un optional desiderabile ma tutt’altro che fondamentale, la connettività dei veicoli assume sempre maggiore rilevanza come elemento critico nei futuri scenari di trasporto raggiungendo, al tempo stesso, anche i segmenti più bassi del mercato automobilistico.

5GAA, in un recente white paper [1], stima che la connettività cellulare sarà nativamente disponibile nel 55% dei nuovi veicoli a livello globale entro il 2020 e che oltre 100 milioni di veicoli attualmente circolanti ne siano già equipaggiati. Ericsson Technology Review [2] riporta una stima secondo cui, entro il 2025, il numero di veicoli connessi supererà i 500 milioni.

In aggiunta alla connettività, i veicoli sono sempre più equipaggiati con sensori di tipo avanzato (radar, LIDAR, telecamere). I sensori costituiscono una sorgente sempre più ricca di dati da scambiare con il mondo esterno. Questo consentirà ai produttori di concentrarsi, oltre che sulla semplice vendita di automobili come prodotti, sulla fornitura di servizi per i quali la connettività emergerà a tutti gli effetti come un elemento abilitante.

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Veicoli connessi e reti 5G

I veicoli connessi e le infrastrutture stradali sotto copertura radiomobile fanno parte di un più ampio ecosistema IoT in continua evoluzione. Per garantire la sostenibilità degli investimenti, gli operatori telefonici mirano a soddisfare con la stessa rete le esigenze di connettività di più settori verticali, tra cui l’industria automobilistica e il settore dei trasporti, mettendo a comune l’infrastruttura fisica (antenne, apparati…), le funzionalità di rete e le risorse dello spettro radio licenziato. In questo contesto il 5G permette di fornire le prestazioni ottimali per ogni tipo di settore verticale, utilizzando una stessa rete fisica partizionata in “slices” con specifiche qualità di servizio a seconda del caso d’uso. Inoltre, da un punto di vista della rete cellulare possiamo immaginare gli stessi veicoli connessi come “dispositivi” in cui vengono eseguiti simultaneamente diversi casi d’uso dipendenti dalla connettività verso l’esterno. Con la tecnologia radio 5G è possibile fornire link wireless di tipo Critical IoT [3], per casi d’uso che richiedano alta affidabilità e ridotti tempi di trasmissione (latenza), su una rete radio che fornisca al tempo stesso connettività di tipo Massive IoT, per la connessione di un numero elevato di dispositivi che scambiano un volume ridotto di dati.

Oltre a una velocità di trasmissione dati con valori tipici del gigabit al secondo, 5G significa soprattutto bassa latenza, dell’ordine di pochi millisecondi. La latenza è un parametro importante, che determina anche gli effetti delle nostre scelte alla guida. Ad esempio, quando prendiamo la decisione di frenare improvvisamente, la latenza è la quantità di tempo che intercorre tra la scelta effettuata dal nostro cervello (che ha appena decodificato l’informazione dai “sensori”occhi) e l’invio al nostro piede di “istruzioni” per premere il freno. La velocità di reazione umana è leggermente superiore a 200 millisecondi, non abbastanza bassa da evitare incidenti ogni giorno.

Quando si tratta di reti, si possono raggiungere latenze di 20 millisecondi con le attuali tecnologie 4G e valori tipici dell’ordine dei 5 millisecondi nelle reti 5G pubbliche. 5 millisecondi significa una trasmissione dei dati quasi in tempo reale che, già oggi, può essere sfruttata per fornire all’utente informazioni urgenti sulla sicurezza come, ad esempio, ostacoli non ancora nel campo visivo, veicoli di emergenza in avvicinamento, pedoni visivamente nascosti che stanno per attraversare la strada. I vantaggi di queste applicazioni non saranno raccolti solo dagli automobilisti, ma anche da altri utenti della strada come pedoni con smartphone o smartwatch, ciclisti, utilizzatori di monopattini elettrici. In futuro, le auto a guida autonoma potranno sfruttare a pieno una latenza di trasmissione così contenuta eliminando del tutto il fattore umano dal tempo di reazione complessivo.

Occorre sottolineare che il ciclo di vita di un veicolo può estendersi attraverso vari step di aggiornamento delle tecnologie cellulari per cui gli standard emergenti sono pensati per assicurare l’interoperabilità delle diverse generazioni coinvolte: un veicolo connesso in 3G può “parlare” con un veicolo che già utilizza 4G o che utilizzerà 5G sebbene non tutti i servizi possano godere di una “back-compatibility” piena. Lo scenario a cui si mira, in cui tutti i veicoli saranno connessi una rete 5G, permetterà il pieno dispiegamento delle potenzialità di questa tecnologia.

Veicoli connessi e reti 5G: servizi locali e reti globali

Il netto contrasto tra la natura globale dei requisiti di connettività dei veicoli e il perimetro geografico nazionale degli operatori telefonici e dei fornitori di servizi, presenta sfide significative per soddisfare le esigenze di connettività in termini di roaming, localizzazione e diffusione dei servizi, standard di interconnessione. Si pensi ad esempio a un veicolo prodotto in un primo paese, venduto in un secondo paese, e guidato attraverso numerosi altri paesi. Si supponga inoltre che si desideri mantenere per questo veicolo elevati requisiti di velocità di trasmissione dei dati e di bassa latenza, indipendentemente dalla sua posizione e dall’operatore utilizzato. La soluzione di roaming odierna, che è spesso il modello operativo predefinito per un veicolo connesso, non è Connecottimizzata per questo scenario “globale” ma è incentrata sul singolo utente che si suppone sostanzialmente spostarsi nel suo contesto nazionale. In futuro, tecnologie come la Embedded Sim (eSIM) [4] permetteranno di fornire un accesso davvero “trasparente” alla rete che ospita il veicolo facendo sì che esso fruisca degli stessi servizi e prestazioni dei veicoli locali.

Diversi servizi automobilistici emergenti richiedono inoltre che i veicoli siano collegati a piattaforme cloud ospitate in data center. Alcuni dei servizi cloud potrebbero essere più critici in termini di tempo di comunicazione e questo può costituire un problema quando il veicolo “si allontana” dalla zona geografica nella quale si trova la piattaforma cloud che ospita il servizio. L’Automotive Edge Computing Consortium (AECC) [5] indirizza questo tipo di scenario e studiando soluzioni cloud distribuite geograficamente in modo da minimizzare la distanza media tra il veicolo e la piattaforma cloud che eroga il servizio.

Rete esterna e rete interna

Parlando di veicoli connessi e reti 5G va detto che oltre alla connettività verso il mondo esterno, ogni veicolo contiene anche una rete interna che collega sensori, attuatori e altri dispositivi di bordo. Tra essi dobbiamo includere anche gli smartphone e altri dispositivi consumer “personali” dei passeggeri quando questi siano connessi tramite la rete del veicolo, ad esempio tramite un hot-spot WiFi di bordo.

La rete “esterna” e la rete “interna” sono tipicamente collegate tramite una funzione gateway, ospitata in una specifica unità di controllo telematico. La funzione principale del gateway è quella di proteggere i dispositivi interni del veicolo da accessi e usi impropri provenienti dall’esterno. Soluzioni di sicurezza e separazione del traffico dati limitano inoltre l’accesso ai dispositivi sensibili posti all’interno del veicolo anche da parte di terminali che si trovino nel veicolo stesso.

La connettività alla rete esterna cellulare è realizzata da un modem, tipicamente affiancato da un secondo modem che assicura la necessaria ridondanza in caso di guasti. Al modem si associa un abbonamento identificato da una scheda SIM “residente” nel veicolo. Poichè allo stato attuale questo tipo di abbonamento ha una limitazione in termini di bundle di traffico, oggi l’infotainment e la navigazione satellitare sono spesso fruiti tramite uno smartphone che viene trasportato nel veicolo, con il relativo piano dati, anzichè utilizzare a pieno il supporto della connettività di bordo. Questo scenario è destinato a cambiare in futuro quando il veicolo sarà a tutti gli effetti un hub di rete per qualsiasi “oggetto” connesso viaggi al suo interno.

La sperimentazione di casi concreti

Nel novembre 2019, il consorzio 5G Automotive Association (5GAA) ha dimostrato a Torino [6], in strada e sul famoso circuito di prova costruito sul tetto del Lingotto, una serie di casi d’uso che hanno fornito una concreta “prova su strada” delle applicazioni future. Tra i partner Audi, Continental, Ericsson, Fiat Chrysler Automobiles, Harman Samsung, Marelli, Pirelli, Qualcomm, TIM e Vodafone. Le demo hanno mostrato importanti casi d’uso abilitati dalla tecnologia 5G: pneumatici che trasmettono informazioni sul manto stradale al veicolo e a quelli vicini, veicoli in grado di geotaggare zone pericolose per allertarne altre in arrivo, funzioni di visualizzazione “see-through” per evitare sorpassi rischiosi in condizioni di limitata visibilità, servizi per anticipare ai soccorsi immagini e informazioni preliminari sul contesto di un incidente prima di giungere sul posto.

Riferimenti