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Auto connessa e guida autonoma, il 5G è la tecnologia chiave per l’auto del futuro

Il 5G sarà la tecnologia chiave per diffondere su larga scala la rivoluzione dell’ auto connessa e della guida autonoma. Le barriere tra OEM e giganti tech sono destinate a cadere, ridefinendo l’assetto dell’intero settore automotive. Una recente analisi di McKinsey ne analizza le implicazioni

Livelli sempre più elevati di guida assistita caratterizzeranno sempre di più le auto del futuro, che saranno autonome, connesse, elettrificate e condivise. Per parlare di questa “rivoluzione” è stato coniato l’acronimo ACES – Autonomous vehicles, Connected cars, Electrification and Shared mobility – e il 2030 è la data che farà da spartiacque tra due ere dell’industria automobilistica. Nella nuova era dell’ auto connessa e della guida autonoma, già iniziata ma che si esplicherà in tutta la sua forza tra un decennio, l’industria automotive sposterà sempre di più il focus verso lo “stack” tecnologico della vettura, ovvero tutto quell’ ecosistema di software auto e hardware che sta alla base dell’ auto digitale, integrando sempre di più i fornitori IT e tech nella value chain.

Verso livelli di guida autonoma sempre più elevati

Si passerà quindi da una catena “lineare”, in cui la “regia” è nelle mani delle Case auto, ad un modello a rete in cui più player tra loro diversi devono necessariamente integrare le rispettive competenze. I giganti tech, gli operatori della comunicazione, ma anche le più promettenti startup entreranno sempre più pesantemente nell’industria automotive, abbattendo le barriere e trasformando radicalmente l’intero comparto. A fare da “collante” a questi cambiamenti, e a renderli di fatto possibili, sarà anche l’imminente avvento del 5G, destinato a impattare fortemente anche nel mondo dell’auto e a innalzare il livello guida autonoma. Sarà infatti questa tecnologia a rendere possibile la comunicazione in tempo reale tra tutti i sensori e i dispositivi ADAS dell’ auto e, al contempo, il dialogo con gli altri veicoli e le infrastrutture stradali. Ciò consentirà di far passare auto con un livello medio-basso di guida assistita ( guida autonoma livello 2 ), che ad oggi sono la maggior parte dei modelli immatricolati, ai massimi livelli di assistenza alla guida, fino a una guida autonoma livello 5, ovvero un’ auto connessa che guida totalmente da sola in cui il guidatore diventa di fatto un passeggero. Le auto a guida autonoma livello 0, cioè senza dispositivi grado di consentire la guida assistita, e le auto con guida autonoma livello 1 (equipaggiate con sistemi ADAS che agiscono sul controllo laterale e longitudinale dell’ auto intervenendo su direzione e velocità) saranno quindi superate molto presto da auto dotate di un livello guida autonoma superiore.

Auto 5G: un’ enormità di dati da gestire per l’ auto connessa

Ed è proprio sul nuovo orizzonte aperto dal 5G che si è concentrata una recente analisi di McKinsey, approfondendo l’impatto che questa nuova tecnologia avrà per l’ auto del futuro e non soltanto.

Già oggi gli ADAS auto per funzionare hanno bisogno di raccogliere attraverso sensori, radar e telecamere auto un’enorme quantità di dati. Con la progressiva implementazione delle funzioni di guida autonoma la mole di dati crescerà esponenzialmente e dovrà essere gestita in modo sicuro e affidabile. Intel ha stimato che un’ auto a guida autonoma genera più di 4 terabytes di dati al giorno. Un’enormità, inimmaginabile fino a pochi anni fa. Come sottolinea McKinsey, il numero di sensori all’interno del veicolo è cresciuto esponenzialmente ed è destinato ad aumentare ulteriormente. Le prossime due o tre generazioni di auto con ADAS, che saranno obbligatori a partire dal 2022 saranno infatti dotate di sensori con funzionalità simili per garantire la sicurezza funzionale attraverso la ridondanza. A lungo termine, tuttavia, gli OEM potrebbero optare per l’introduzione di sensori “intelligenti” per ridurre il numero totale di sensori e costi. Tali sensori avrebbero infatti la capacità di assorbire parte della potenza di calcolo delle centraline auto preelaborando dati per semplici calcoli, attivando direttamente gli attuatori ed informando retroattivamente le centraline sulle loro azioni. McKinsey evidenzia inoltre la continua tendenza ad integrare le funzioni della vettura e le relative centraline elettroniche (ECU) in un controller di dominio centrale, con OEM di primo livello che guidano la spinta tecnologica verso sistemi di infotainment più integrati e collegati.

Auto connesse su strade connesse

Oltre a rendere l’ auto più connessa, sarà anche necessario costruire smart road e infrastrutture in grado di supportare l’ auto del futuro. McKinsey ipotizza la presenza di una moltitudine di dispositivi connessi lungo la strada, comprese telecamere per monitorare il traffico, sensori per misurare la temperatura e le condizioni di guida, segnali temporanei di lavori stradali e così via. Tutti questi dispositivi connessi dovranno comunicare con auto connesse e sistemi centralizzati di gestione intelligente del traffico. Mentre alcuni di questi dispositivi avranno una connessione in fibra e una fonte di alimentazione affidabile, molti altri invece si baseranno su collegamenti wireless e alimentazione a batteria. Gli operatori di telecomunicazioni avranno un ruolo fondamentale nel costruire reti con copertura ampia e requisiti di bassa energia basati su Internet of Things a banda stretta, Cat M1 e presto New Radio (NR). Le nostre strade sono dunque destinate a cambiare volto, trasformandosi in smart road, e ciò richiederà una sinergia tra i vari attori per realizzare e condividere le infrastrutture di base come le reti in fibra ottica.

Verso una comunicazione a 360 gradi grazie al 5G

Presto l’ auto connessa sarà in grado di interagire non solo con driver e OEM ma anche con gli altri veicoli e con l’infrastruttura stradale circostante, segnalando ad esempio in real time cattive condizioni stradali o incidenti appena avvenuti. Ciò richiederà necessariamente un incremento della capacità e dell’affidabilità della rete wireless. Mentre gli OEM stanno progettando i propri veicoli a guida autonoma per funzionare senza connettività costante, ci saranno nel breve-medio termine situazioni dove sono richieste anche operazioni manuali in remoto: ad esempio, alcuni veicoli sono già in grado di percorrere lunghe distanze senza driver – guida autonoma livello 5 – per poi essere condotti in remoto nell’ultimo miglio verso la destinazione. Per consentire il controllo in remoto dell’ auto connessa sono tuttavia necessarie reti onnipresenti e affidabili, con un’elevata potenza di banda per trasmettere video ad alta definizione e una bassissima latenza per consentire un controllo sicuro e regolare del veicolo, come nel caso delle reti 5G.

L’attuale infrastruttura, secondo gli analisti, non è tuttavia abbastanza affidabile per consentire tali operazioni a distanza: le reti di comunicazione diretta non hanno ancora un’adeguata capacità di gestire il traffico dati di veicoli a guida autonoma che comunicano tra loro in tempo reale in ambienti urbani o lungo autostrade affollate.

Due opzioni di comunicazione per l’ auto connessa: in rete o diretta

I requisiti di connettività per l’ auto del futuro riguardano in gran parte due tipi di comunicazione: network based e diretta.

La comunicazione basata sulla rete consente alle auto connessa di utilizzare la rete del cellulare per comunicare con veicoli, pedoni e infrastrutture circostanti. Nota come comunicazione vehicle-to-network (V2N), ha un range di comunicazione molto più ampio rispetto ai metodi diretti. V2N utilizza infatti il campo con licenza commerciale degli operatori di rete mobile (MNO), con accesso a servizi basati su cloud e ulteriore sicurezza offerta dalle reti mobili.

La comunicazione diretta consente invece ai veicoli connessi di comunicare direttamente con l’ambiente circostante senza affidarsi in modo significativo alle reti mobili. Questo tipo di comunicazione comprende la comunicazione veicolo-veicolo ( V2V ), in cui i veicoli comunicano tra loro per inviare avvisi, evitare collisioni o condividere dati immediati su condizioni stradali e traffico. Comprende anche la comunicazione veicolo-infrastruttura ( V2I ) in cui i veicoli comunicano con infrastrutture vicine come semafori, segnali stradali e altre infrastrutture di trasporto per rafforzare ulteriormente la sicurezza. Ad esempio, un semaforo può avvertire il veicolo che sta diventando rosso e il veicolo regola di conseguenza la sua velocità. L’ultima forma di comunicazione diretta comprende la comunicazione veicolo-pedone ( V2P ): il veicolo comunica con i dispositivi in uso dai pedoni per garantire la loro sicurezza, avvisando ad esempio il veicolo stesso che un pedone sta per attraversare le strisce.

La comunicazione diretta utilizza la banda ITS (Intelligent Transportation Systems) a 5.9 gigahertz dedicata alle comunicazioni a corto raggio e non dipende in modo significativo dalla rete cellulare. La rete cellulare può tuttavia aiutare la comunicazione diretta espandendo il raggio di comunicazione negli scenari V2V, V2I e V2P. Il ruolo delle reti mobile nella comunicazione diretta diventa più rilevante nei sistemi NLOS (Non-Line-Of-Sight) dove i sensori del veicolo potrebbero, ad esempio, non rilevare un pedone nelle vicinanze e invece ricevere avvisi dalla rete cellulare. Analogamente, con la comunicazione diretta via cellulare un operatore può ritrasmettere un report di un veicolo su pericoli, lavori stradali, incidenti o blocchi stradali ad altri veicoli oltre la portata del V2V diretto.

Il 5G è la soluzione per l’ auto del futuro

Indipendentemente dal tipo di comunicazione, la connettività “totale” è la chiave per facilitare la guida autonoma tra le auto che circolano sulla strada. La comunicazione diretta facilita la trasmissione delle coordinate tra le auto connesse nel momento in cui comunicano con l’ambiente circostante, ad esempio per regolare le velocità di spostamento. La comunicazione network based, d’altra parte, facilita l’autonomia su larga scala, fornendo alle auto informazioni aggiornate sulle condizioni di guida e dati ad alta definizione delle mappe.

La tecnologia wireless di quinta generazione, o 5G, sarà un fattore chiave per una comunicazione più affidabile, svolgendo un ruolo fondamentale nelle sfide legate alla sicurezza stradale. Esistono già diverse tecnologie, spesso complementari, che possono essere utilizzate sia per le comunicazioni dirette che per quelle di rete, inclusi 4G/LTE, satelliti, DSRC e 802.11p.1.

Il 5G rappresenta tuttavia un grosso passo in avanti, riducendo significativamente la latenza e aumentando l’affidabilità rispetto alle tecnologie attuali. La comunicazione Vehicle-to-Everything (V2X) basata su 5G – chiamato 5G NR C-V2X – supporterà infatti una latenza di 10 millisecondi end-to-end (da e verso il livello applicazione) e un millisecondo via etere. Con l’utilizzo del 5G nell’auto si concretizza quindi il concetto di trasmissione dati in “tempo reale”.

Per soddisfare tali requisiti estremi in termini di latenza e affidabilità si rende tuttavia necessaria una serie di miglioramenti nelle tecnologie di prossima generazione. Innanzitutto, il potenziamento dell’accesso radio del 5G e dell’architettura di rete sono alla base di un ulteriore incremento delle performance. In secondo luogo, gli Active Antenna Systems (AAS) che integrano le unità radio con centinaia di elementi dell’antenna noti come MIMO (Multiple Input, Multiple Output) forniscono agli operatori di rete mobile l’hardware necessario per aumentare la capacità della rete. Questi sistemi di antenne, in pratica, consentono la formazione di raggi “chirurgici” nella rete, che permettono di raggiungere più utenti contemporaneamente sulle stesse frequenze, aumentando così la capacità della rete. Le funzionalità avanzate di compartizione della rete, come il network slicing, consentiranno inoltre un’allocazione più dinamica della capacità nella rete e una comunicazione dei sensori su massima scala.

Guida assistita: c’è sete di dati

L’enorme flusso di dati generato dalle automobili e dai sensori posti sulle strade necessita di essere aggregato in una sicura pipeline, per poi essere analizzato ed elaborato da computer cloud based. Molti operatori automotive, come sottolinea McKinsey, stanno cercando di costruire software auto e piattaforme comuni per creare un ecosistema di veicoli connessi e servizi correlati (ad esempio marketing basato sulla posizione, guida intelligente e implementazione di mappe con dati in tempo reale). Si nota anche un maggiore uso delle funzionalità cloud per combinare i dati all’interno dei veicoli con i dati ambientali. Inoltre, i dati che non sono né di sicurezza né personali passeranno sempre più attraverso l’elaborazione basata su cloud per ricavare ulteriore informazione.

L’enorme mole di dati mette tuttavia a dura prova la capacità e la velocità della rete. L’ edge computing è in grado di ovviare a questo problema gestendo le azioni in prossimità dell’auto e filtrando i dati prima di inoltrarli ai data center centrali per l’analisi aggregata, con vantaggi rispetto alle tradizionali configurazioni cloud centralizzate. In un altro recente sviluppo, alcuni consorzi hanno iniziato a definire interfacce di programmazione di applicazioni standard (API) per il consumo di dati comuni e la creazione di nuovi servizi sulla piattaforma.

Più sensori, più dati, più applicazioni per l’auto connessa

Più sensori significa più dati, e più dati equivale a nuove opportunità per sfruttarli. Non è dunque un caso se la proliferazione dei sensori è direttamente proporzionale all’aumento delle nuove applicazioni disponibili tra cui car sharing più efficienti, pubblicità basata sulla posizione e consegna in-car (direttamente nel bagagliaio dell’auto). Queste applicazioni richiederanno nuove piattaforme applicative capaci di analisi in tempo reale e una forte integrazione con l’hardware che genera i dati. Molte applicazioni andranno a creare interazioni a tutti i livelli dell’ecosistema coinvolgendo consumatori, OEM e terze parti come Compagnie di assicurazione o fornitori di servizi.

Sebbene le Case auto abbiano le chiavi per sbloccare questo enorme valore legato ai dati, molte di esse non hanno adeguate competenze in aree cruciali come lo sviluppo di app basate su cloud, la gestione dei dati e il machine learning. I costruttori, inoltre, sono circondati da player fortemente intenzionati a “mettere le mani” su nuovi modelli di business intorno ai dati. Nessuno, tuttavia, è in possesso di tutti gli accessi, le risorse e le competenze necessarie per costruire autonomamente queste applicazioni. Con ogni probabilità si andrà dunque verso un modello a rete capace di mettere in relazione tutti gli attori e le rispettive competenze.

Guida autonoma e auto connessa: grossi cambiamenti per la filiera automotive

Gli OEM automotive hanno tradizionalmente lavorato a stretto contatto con fornitori di primo livello (tier 1). Oggi, tuttavia, si sta assistendo all’emergere di un ecosistema più ampio. Mentre le aziende high-tech entrano nel mercato automotive, gli operatori storici formano nuove partnership e i fornitori di secondo livello si mettono in fila per offrire prodotti e servizi direttamente agli OEM, superando così quelli di primo livello. Secondo l’analisi McKinsey, un OEM dovrebbe investire quasi 75 miliardi di dollari per avere una posizione di forza nelle tecnologie ACES (autonomia, connettività, elettrificazione e mobilità condivisa). Quel che è certo è che le nuove tecnologie legate all’ auto connessa e alla guida autonoma produrranno un enorme valore, ma nessuno può già dire esattamente dove confluirà il profitto economico. Gli OEM hanno attualmente il controllo sul cliente finale (in una certa misura) e sul prodotto principale: l’auto. Tuttavia, per rimanere dominanti nel mondo ACES, le Case devono rivalutare il loro ruolo all’interno dell’intero ecosistema, capire quali leve muovere e decidere che fetta della torta saranno disposti a cedere per creare una virtuosa rete di innovazione. Gli OEM devono inoltre risolvere sfide tecniche che includono l’incremento della complessità dei software auto, problemi di sicurezza e responsabilità più complesse di gestione dell’ auto connessa.

Gli operatori di reti mobili, da parte loro, andranno probabilmente oltre l’offerta di pura connettività per giustificare gli investimenti crescenti, godendo di una forte posizione di partenza nell’offrire servizi locali (ad esempio il parcheggio).

Per i produttori di dispositivi di telecomunicazione, i nuovi orizzonti aperti da ACES alimenteranno la necessità di ulteriori investimenti in reti e connettività. Emerge anche l’opportunità di vendere direttamente a nuovi potenziali clienti, tra cui OEM automotive e operatori di manutenzione stradale. Questi nuovi clienti richiederanno sistemi e soluzioni su misura che coprono l’intero stack tecnologico inclusi l’accesso alla rete, i dispositivi di connettività, la gestione dei dati e le applicazioni. Per i giganti della tecnologia globale, l’auto ACES rappresenta una grande opportunità per entrare nell’industria automotive e rivoluzionarla. Già diverse vetture utilizzano piattaforme di infotainment di questi colossi, e sono numerosi i progetti in corso per creare nuove applicazioni e servizi. Anche le startup tecnologiche più piccole stanno cercando di farsi largo. Tutti questi operatori tecnologici saranno i primi a trarre vantaggio dalla crescente quantità di preziosi dati generati dalle auto. Sia i giganti della tecnologia che le startup hanno le carte in regola per supportare i costruttori automobilistici nella transizione verso un modello di azienda technology driven: un passaggio che gli OEM, secondo McKinsey, hanno assolutamente bisogno di fare.

Chi controlla i dati auto?

La proliferazione dei dati generati dalle auto pone numerose questioni su chi controllerà il flusso di dati e chi avrà il diritto di utilizzarli, oltre ai diversi problemi normativi ad essi correlati. La sicurezza dei dati sarà di fondamentale importanza in tutto l’ecosistema: chi sarà quindi responsabile per perdite o uso improprio? Le numerose questioni aperte verranno normate su base nazionale o globale?

Chi guadagna dai dati generati dell’auto connessa?

Oltre a utilizzare i dati per ottimizzare la guida assistita, il settore deve determinare chi avrà il diritto di monetizzarli. Gli OEM potranno controllare la relazione con il cliente in un modello tradizionale business-to-consumer? Oppure subentreranno degli intermediari?

Gli operatori di telecomunicazione, da parte loro, stanno cercando nuovi modi per sfruttare l’aumento della connettività al di là dei tradizionali modelli di abbonamento a banda larga mobile di oggi. Collaboreranno con le Case automobilistiche come fornitori di tecnologia end-to-end? Collaboreranno con i governi per aiutare a finanziare l’infrastruttura? Possono monetizzare i dati interfacciandosi con le assicurazioni? Tutte le parti interessate devono affrontare queste e molte altre domande relative al nuovo ecosistema, riconoscendone la natura fluida.

Chi stabilisce le regole?

Se gestita correttamente, l’ auto del futuro può sbloccare significative opportunità e innovazioni. Gli organismi di regolamentazione devono attentamente valutare in che modo supportare gli OEM e gli operatori di reti mobili, e potrebbero anche sostenere uno scenario diversificato e competitivo che sia neutrale dal punto di vista tecnologico invece di scommettere su una soluzione univoca.

Concludendo, le tendenze ACES rappresentano una nuova ondata di innovazione che collega l’auto con l’ambiente circostante in modi nuovi, più efficienti ed efficaci. Tutto questo, come sottolineano gli analisti di McKinsey, apre sfide complesse e attrae numerosi nuovi attori che molti operatori storici potrebbero non essere pronti ad accogliere.

   

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