Le comunicazioni V2V e V2I forniscono i dati “time-critical” per i veicoli autonomi

Di Mark Patrick, Mouser Electronics.

I protocolli di comunicazione che supportano V2X 

Gli argomenti trattati in questa serie saranno i seguenti:

• Come le tecnologie per la guida autonoma stanno ridisegnando il panorama automotive
• Superare le percezioni e adottare le tecnologie per la guida autonoma
• Autonomia dei veicoli: le fasi chiave dell’evoluzione
• Tecnologie dei sensori per i veicoli autonomi
• Le comunicazioni V2V e V2I forniscono i dati “time-critical” per i veicoli autonomi
• Stabilire un quadro etico per i veicoli autonomi

Nel terzo blog di questa serie “Autonomia dei veicoli: le fasi chiave dell'evoluzione” è stato evidenziato il fatto che per conseguire la completa autonomia (livello 5 dello schema di riferimento di SAE), la base di conoscenza istantanea di un veicolo in grado di guidare da solo non si fonderà solo sulle informazioni ricevute dai sensori a bordo del veicolo, ma sfrutterà anche quelle provenienti da altri veicoli e dalle infrastrutture stradali intelligenti presenti nelle vicinanze. Solamente nel momento in cui i sistemi del veicolo potranno disporre di una visione completa e dettagliata dell'ambiente circostante, il veicolo potrà circolare in maniera fluida, affidabile e sicura.

Queste fonti aggiuntive di informazioni proverranno da sistemi V2V (Vehicle-to-Vehicle) e V2I (Vehicle-to-Infrastructure) che operano in modalità wireless. I protocolli wireless di base utilizzati per implementare le comunicazioni V2V e V2I sono ancora in fase di revisione tecnica e di validazione da parti di organizzazioni regionali e nazionali, anche se è evidente che i requisiti fondamentali si possono così riassumere: elevate velocità di trasferimento dati sincrone con bassa latenza e protezione dei dati. I protocolli in lizza sono DSRC (Dedicated Short Range Communications) basato su Wi-Fi 5 (IEEE 802.11p) e C-V2X che utilizza la rete cellulare 5G. Entrambi i protocolli operano nello spettro a 5,9 GHz, ma nessuno dei due prevede alcuna forma di interoperabilità.

Fino a ora, vi è stato un ampio dibattito che ha avuto per oggetto lo standard di comunicazione da adottare e alcuni produttori di automobili ed Enti di regolamentazione che agiscono su base nazionale hanno preso una propria decisione. Alcuni fornitori di semiconduttori, anche in considerazione dei lunghi cicli di sviluppo, hanno deciso di realizzare chipset in grado di supportare entrambi i protocolli. Poiché la rete 5G necessaria per supportare le installazioni C-V2X è in fase di attuazione, il protocollo DSRC appare in posizione vantaggiosa sul breve periodo. L'attenzione verso quest'ultimo protocollo è imputabile al fatto che le prove dei veicoli autonomi potrebbero subire ritardi in attesa della diffusione su larga scala del 5G.

Protocollo DSRC
A prima vista, DSRC sembra avere le migliori credenziali. Grazie alle su caratteristiche, tra cui distanza di trasmissione massima di 300 metri, elevata velocità di trasferimento dati e latenza pari a circa 5 ms, soddisfa i requisiti delle comunicazioni V2V e V2I.

Questo protocollo è stato già adottato per i sistemi di riscossione dei pedaggi autostradali in Giappone mentre ASFINAG, l'ente che gestisce le autostrade austriache, ha deciso di utilizzarlo per le comunicazioni V2V e V2I sulla propria rete stradale. La Casa automobilistica VW ha integrato la connettività DSRC nella sua nuova piattaforma Golf 8, mentre la città tedesca di Ludwigsburg ha scelto di adottare il medesimo protocollo per equipaggiare la propria flotta di veicoli antincendio e di soccorso al fine di controllare e sincronizzare i semafori cittadini con l'obiettivo di velocizzare il percorso durante le chiamate di emergenza.

Negli Stati Uniti, dopo una fase iniziale che ha visto l'implementazione del protocollo DRSC, tutto lo spettro prima disponibile per questo protocollo è stato ora riallocato al protocollo concorrente C- V2X. Nonostante DRSC sia relativamente economico, sono sorti timori riguardante la sua sicurezza e la vulnerabilità agli attacchi di tipo “man-in-the-middle”, mentre C-V2X utilizzerà le infrastrutture cellulari esistenti. Il dibattito relativo all'opportunità di utilizzare l'uno o l'altro standard appare dunque destinato a continuare. Inoltre, sebbene DSRC sia in grado di assicurare elevate velocità di trasferimento dati, è probabile che venga surclassato dalle capacità offerte dal 5G una volta che quest'ultimo sarà diffuso su larga scala. Tuttavia, il settore sembra aver adottato un approccio basato sul rischio calcolato per quanto concerne questi due protocolli, in attesa di stabilire quale sia il migliore.

Protocollo C-V2X
Il fatto che il protocollo C-V2X possa utilizzare l'infrastruttura di rete 5G nel momento in cui viene implementata rappresenta un indubbio vantaggio. Anche il notevole peso degli investimenti e il continuo sviluppo delle reti cellulari contribuiscono a far pendere l'ago della bilancia a favore di C-V2X rispetto a DSRC, per il quale non sono previsti né altri casi di utilizzo e neppure future roadmap. Per questi due ultimi motivi, il protocollo DSRC risulterà senza dubbio più difficile da implementare e supportare. Per contro, la strategia relativa al 5G è chiaramente delineata e prevede, oltre a un incremento delle velocità di trasferimento dati dell'ordine delle decine di Gbps, la possibilità di garantire tempi di latenza estremamente ridotti e di assegnare la priorità ai pacchetti dei dati V2X.

5GAA (5G Automotive Association) ha effettuato un'analisi delle prestazioni offerte da C-V2X e DSRC simulando scenari autostradali congestionati, dove i sistemi V2X erano chiamati soddisfare le richieste di un gran numero di veicoli. I risultati hanno evidenziato che la rete 5G è in grado di assicurare migliori prestazioni rispetto a DSRC in tali condizioni, fornendo risultati accettabili in termini di velocità di trasferimento dati, latenza e distanza di trasmissione. Ford ha continuato ad ampliare l'ambito di applicazione dei test condotti da 5GAA, arrivando alla conclusione che i risultati conseguiti da C-V2X sono stati più che soddisfacenti, specialmente in condizioni di visibilità reciproca.

Dopo aver condotto un'attenta revisione dei protocolli V2X, il governo della Gran Bretagna ha evidenziato i seguenti aspetti di C-V2X che richiedono ulteriori approfondimenti:

• Poiché il numero dei casi d'uso della tecnologia 5G continua ad aumentare, è necessaria una maggiore collaborazione per garantire la sicurezza in molteplici domini e lungo tutto il percorso di trasmissione.
• In modo del tutto analogo, poiché l'architettura 5G prevede molteplici strati, è necessario mettere a punto un framework unificato di sicurezza che coinvolga ogni singolo strato.
• A causa dell'evoluzione delle reti 5G, le metodologie di sicurezza adottate ora dovranno essere costantemente aggiornate in modo da supportare adeguatamente le modifiche architetturali che verranno via via apportare nell'arco dell'intero ciclo di vita.

Anche se è molto probabile che il dibattito relativo a DSRC e C-V2X sia destinato a continuare ancora per qualche tempo, qualunque sarà il risultato il futuro dei veicoli autonomi dipenderà dalla possibilità di accedere a una rete di comunicazione estremamente affidabile, contraddistinta da un elevato grado di ridondanza e da un'ampia copertura geografica. Nel caso di C-V2X, poiché la tecnologia 5G verrà implementata in primo luogo nelle aree densamente popolate, è assai probabile che l'utilizzo dei veicoli autonomi sarà inizialmente limitato agli ambienti urbani.

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