In seguito alle normative ad adozione accelerata della National Highway Transportation Safety Commission (NHTSA), i prossimi anni vedranno il lancio di una generazione completamente nuova di "veicoli intelligenti" dotati di connettività. Questi nuovi veicoli comunicheranno costantemente via wireless sia tra di loro che con una rete di centri per la gestione del traffico, fornendo un flusso di informazioni in tempo reale sulle condizioni di viabilità. Una volta implementati completamente, i vantaggi di questi sistemi saranno la riduzione dei morti sulle strade, meno traffico e ingenti risparmi in termini di tempo, denaro e carburante.
La comunicazione wireless da un veicolo a una stazione di terra fissa è oramai una tecnologia piuttosto familiare. Il sistema OnStar di GM, il quale si basa sulla tecnologia CDMA per telefoni cellulari per la comunicazione voce e dati, viene utilizzato fin dal 1995. Più recentemente, Ford, Chrysler e BMW hanno introdotto sistemi che consentono l'accesso a una serie di servizi per sicurezza, risparmio e "infotainment" (informazioni e intrattenimento). La prossima generazione di veicoli intelligenti è tuttavia molto più avanzata rispetto a questi sistemi proprietari.
I sistemi V2I (veicolo a infrastruttura) consentiranno ai veicoli di comunicare in modalità wireless con semafori, segnali stradali e altre infrastrutture. Le comunicazioni V2V (veicolo a veicolo) consentiranno invece ai veicoli di comunicare direttamente tra loro, scambiando informazioni su velocità, direzione e posizione. Collettivamente, i due sistemi sono noti come V2X.
Figura 1: Scenari di sicurezza del veicolo con V2X. (Fonte: IEEE.org)
Secondo un report NHTSA, un sistema V2V coprirebbe il 79% dei potenziali incidenti stradali, mentre i sistemi V2I coprirebbero l'81% degli incidenti totali.
Quali sono i vantaggi dei veicoli intelligenti e connessi per i conducenti?
• Assistenza al sorpasso: i veicoli intelligenti saranno in grado di assistere il conducente nelle situazioni di sorpasso a visibilità ridotta. Grazie alla comunicazione V2V, i veicoli potranno avvisare ciascun conducente in merito ad altri veicoli in arrivo evitando scontri frontali.
• Assistenza agli incroci: i veicoli intelligenti individueranno gli altri veicoli che stanno per immettersi in un incrocio, avvisando il conducente o applicando i freni.
• Riduzione del traffico: i sistemi V2I forniranno ai conducenti informazioni sul traffico, riducendo il numero di incidenti e ritardi dovuti alle congestioni; una rete di centri di gestione del traffico (TMC) potrebbe comunicare con ciascun veicolo attraverso Wi-Fi, sistemi di comunicazione a corto raggio dedicati (DSRC), satellite o sistemi cellulari. I semafori intelligenti potrebbero modificare il proprio stato in base alle condizioni del traffico di un'area di vaste dimensioni per ridurre la congestione.
• Risparmio di tempo e denaro: i sistemi V2I potrebbero contribuire a ridurre il carburante sprecato ogni anno negli ingorghi, offrendo ai conducenti un risparmio in termini di tempo (circa 5,5 miliardi di ore l'anno) 4 di carburante (circa 72 miliardi di litri l'anno).
• Applicazioni per una maggiore sicurezza: i veicoli intelligenti saranno in grado di avvisare i conducenti in caso di veicoli fermi o parcheggiati, ad esempio se il veicolo davanti si è fermato o ha rallentato all'improvviso o in caso di cambiamento repentino delle condizioni del traffico.
Si prevede che il lancio di questo tipo di veicoli avverrà molto di prima di quanto si possa pensare. Durante il Congresso mondiale sui sistemi di trasporto intelligenti tenutosi a Detroit nel settembre del 2014, Mary Barra, CEO di GM, ha annunciato che la tecnologia V2V sarebbe stata integrata nel modello Cadillac CTS a partire dal 2017. Il sistema sarà fornito da Delphi e utilizzerà software applicativi prodotti da Cohda Wireless e chipset wireless di NXP. Inoltre, a maggio di quest'anno, Anthony Foxx, Segretario di Stato per i Trasporti negli Stati Uniti, ha annunciato l'accelerazione della procedura riguardante la proposta della NHTSA di rendere obbligatorio l'utilizzo di apparecchiature V2V sui nuovi veicoli.
Dubbi riguardo a privacy e sicurezza
Ovviamente, oltre ai vantaggi, i veicoli connessi comportano anche alcuni svantaggi. La privacy e la sicurezza sono aspetti problematici che devono ancora essere affrontati in maniera efficace e la loro portata continuerà ad aumentare con la diffusione della connettività wireless.
La privacy alla guida è un aspetto compromesso già sui veicoli esistenti. Secondo una relazione redatta nel 2015 dal personale del Senato degli Stati Uniti, il 50% dei fabbricanti di automobili offre tecnologie che raccolgono e trasmettono via wireless dati sulla cronologia di guida ai centri dati, compresi quelli di terze parti. I dati raccolti variano a seconda del produttore, ma possono includere la posizione corrente, la velocità del veicolo, l'ultima posizione in cui è stato parcheggiato nonché le distanze percorse e i tempi di guida.
Figura 2: Percentuale di produttori di automobili che raccolgono e trasmettono dati sulla cronologia di guida. (Fonte: Ufficio del senatore Edward Markey)
Per quanto riguarda la sicurezza, la maggior parte delle reti esistenti per veicoli non sono state progettate per essere sicure. Durante una recente conferenza sulla cibersicurezza, alcuni esperti hanno affermato che la maggior parte dei veicoli conta oltre 50 punti vulnerabili a potenziali attacchi.
Ciò non riguarda esclusivamente le connessioni wireless. I veicoli moderni dispongono di fino a 50 controller che comunicano tra loro su reti locali quali Controller Area Networks (CAN) e Local Interconnect Networks (LIN). Con 100 milioni di linee, la quantità di codice da proteggere supera di gran lunga quella di altre applicazioni complesse, come mostrato nella Figura 3.
Figura 3: Confronto delle dimensioni dei software per linee di codice. (Fonte: Delphi)
Le conseguenze di un guasto a livello di sicurezza possono essere di natura finanziaria (il furto del veicolo) o persino fatali. In uno studio del 2013 finanziato dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), due ricercatori hanno dimostrato di essere in grado di collegare un computer portatile a due diversi sistemi informatici di un veicolo mediante un cavo, di inviare comandi a diverse unità di controllo attraverso CAN e, pertanto, di controllare motore, freni, sterzo e altri componenti essenziali del veicolo. Più recentemente, alcuni hacker sono riusciti ad accedere in remoto a un veicolo che si trovava in autostrada e a disabilitare il funzionamento del motore.
Quando questo tipo di problemi viene identificato, può essere in genere risolto mediante una patch di sicurezza (come nei casi descritti), ma ciò non è sufficiente. La comunità IoT sta sperimentando numerosi problemi di natura analoga, da cui deriva un notevole sforzo per sviluppare soluzioni efficaci e standardizzate di autenticazione e crittografia.
Oltre alle minacce dirette al veicolo, altre aree ritenute problematiche a livello di sicurezza dai fornitori del settore automobilistico (e dai rispettivi consulenti legali) sono:
• la sicurezza di informazioni multimediali mobili, quali file video e audio utilizzati all'interno del veicolo;
• la sicurezza dei parametri interni del veicolo, quali calibrazione del motore, lettura del contachilometri e così via;
• l'accuratezza e la validità dei parametri interni del veicolo, quali la velocità di quest'ultimo;
• l'integrità dei sistemi di controllo delle emissioni;
• il rilevamento di ECU contraffatte.
Panoramica delle tecnologie V2I e V2V
Lo sviluppo delle tecnologie V2V e V2I ha richiesto molto tempo. Nel 1999, la Federal Communications Commission (FCC) ha assegnato 75 MHz di spettro nella banda 5,9 GHz (5,850-5,925 GHz) per i sistemi di trasporto intelligenti (ITS). In Europa, l'ETSI ha seguito l'esempio con l'assegnazione di 30MHz nel 2008.
Da un punto di vista tecnico, i sistemi DSRC per V2V/V2I presentano numerose differenze rispetto ai sistemi di comunicazione mobile convenzionali:
1) gli utenti (i veicoli) possono comunicare tra loro senza necessità di un elemento di coordinamento dedicato (stazione base o punto di accesso);
2) sia la stazione della fonte che quella della destinazione sono mobili e possono muoversi a elevate velocità di guida (> 120 km/h);
3) dal momento che le comunicazioni tra gli utenti avvengono a livello di terra, la dispersione tridimensionale diviene significativa;
4) la gamma del sistema è ridotta, in genere circa 400 metri.
Tali differenze richiedono la progettazione, per i sistemi V2V DRSC, di nuovi ricetrasmettitori in grado di raggiungere un'elevata efficienza spettrale in condizioni di propagazione difficili.
La modifica IEEE 802.11p a IEEE 802.11 (lo standard Wi-Fi) definisce i miglioramenti a supporto dei i sistemi di trasporto intelligenti (ITS), grazie all'utilizzo di canali da 10 MHz invece dei canali 802.11 da 20 MHz. L'ampiezza di banda dimezzata si traduce nel doppio del tempo di trasmissione per un simbolo dati specifico, consentendo al ricevitore di adattarsi meglio alle caratteristiche del canale radio in ambienti di comunicazione veicolare (ad esempio, eco di segnali riflessi da altri veicoli o abitazioni).
Il tempo potenzialmente ridotto per le comunicazioni rende inutilizzabili i meccanismi di autenticazione e riservatezza dei dati forniti da IEEE 802.11, i quali devono pertanto essere forniti da livelli superiori della rete. L'insieme di standard IEEE 1609 per l'accesso wireless negli ambienti veicolari (WAVE, Wireless Access in Vehicular Environments) definisce un architettura e una serie di protocolli, servizi e interfacce complementari che, insieme, consentono comunicazioni V2V e V2I sicure.
Figura 4: Modulo radio MK5 802.11p NXP/Cohda (Fonte: NXP/Cohda Wireless)
Nel mese di gennaio, il fornitore di semiconduttori NXP ha presentato la propria tecnologia sicura per veicoli connessi durante il Consumer Electronics Show (CES). Il chipset RoadLINK™ di NXP, alla base della dimostrazione delle comunicazioni V2X, è sufficientemente piccolo da poter essere montato su un'antenna a pinna di squalo posta sul tetto del veicolo e utilizza un'architettura ITS multi-standard, tra cui la sicurezza IEEE 1609.2 per l'archiviazione di chiavi e la firma di messaggi.
Frutto della collaborazione tra NXP Semiconductors (hardware) e Cohda Wireless (firmware), il modulo radio MK5 nella Figura 4 comprende il ricetrasmettitore SAF5100EL, due antenne da 5,9 GHz e interfacce USB, SPI e GPIO. Misura 30 mm x 40 mm x 4 mm (schermo RF compreso) e comprende una radio definita dal software con IEEE 802.11p PHY e MAC.
Il passo successivo: veicoli autonomi e V2X
Un altro sviluppo potenzialmente rivoluzionario nell'ambito dei trasporti intelligenti sono i veicoli autonomi, i quali sono in grado di rilevare il proprio ambiente e di procedere senza l'intervento umano. L'NHTSA ha proposto un sistema di classificazione formale per i veicoli autonomi che va dal Livello 0, in cui il conducente ha il completo controllo del veicolo in qualsiasi momento, al Livello 4, in cui il veicolo esegue tutte le funzioni critiche per la sicurezza durante l'intero tragitto e il conducente non deve avere il controllo costante del veicolo. Si noti che il termine "autonomo" secondo la definizione dei produttori automobilistici non equivale a "self-driving", che indica invece una totale indipendenza (ad esempio, assenza di sterzo o altri controlli).
Anche il prossimo passo nel campo dei veicoli intelligenti è oramai all'orizzonte. Google sta già testando la propria automobile a guida autonoma sulle strade di San Francisco, con 300.000 miglia di guida, di cui 50.000 senza alcun intervento da parte dei conducenti. L'unico incidente documentato è stato un tamponamento avvenuto con un conducente alla guida del veicolo.
Entro il 2016, la casa automobilistica Mercedes prevede di lanciare l'"Autobahn Pilot", un sistema che consentirà la guida hand free in autostrada con sorpasso autonomo degli altri veicoli. Sempre nel 2016, l'azienda tecnologica Mobileye prevede il lancio della tecnologia di guida hands-free per le autostrade. Tecnologia a parte, esistono ancora numerosi problemi da risolvere, tra cui la responsabilità in caso di danni, le questioni legate alle licenze e la resistenza individuale.
Si prevede che i veicoli autonomi integreranno completamente le tecnologie V2I e V2V non appena queste saranno rese disponibili. Quando ciò avverrà, forse i conducenti potranno finalmente rilassarsi bevendo un bicchiere di vino o facendo un sonnellino mentre tornano a casa dopo una dura giornata di lavoro.