5G-CARMEN: i risultati delle sperimentazioni di guida autonoma al Passo del Brennero

Co-finanziato dalla Commissione Europea come parte del 5G Public Private Partnership (5G-PPP) nell’ambito del programma quadro H2020, 5G-CARMEN è un progetto conclusosi a luglio 2022 che ha indagato, sviluppato e sperimentato alcune soluzioni innovative per la mobilità automatizzata, cooperativa e connessa (o CCAM, Cooperative Connected and Automated Mobility) lungo il corridoio del Brennero. Ovvero, lungo una delle principali arterie autostradali trans-europee, che collega Bologna a Monaco di Baviera, con una media di 80.000 transiti giornalieri.

Auto a guida autonoma: una nuova era per la mobilità pubblica (e per l’ambiente)

Per raggiungere i suoi ambiziosi obiettivi, il progetto ha potuto far leva sulla costante espansione delle reti cellulari basate sul 5G e su innovative tecnologie per la comunicazione V2V (Veicolo a Veicolo), in particolare la cosiddetta C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything), grazie alla quale i veicoli possono scambiare una grande quantità di informazioni sull’ambiente circostante con ritardi via via più ridotti, garantendo una visione complessiva più ampia ed esaustiva e consentendo di reagire in maniera più veloce e sicura in caso di situazioni potenzialmente pericolose.

I risultati ottenuti da 5G-CARMEN costituiscono un contributo significativo al progresso delle tecnologie per la guida autonoma, verso un futuro non troppo lontano in cui le nostre automobili viaggeranno senza conducente in maniera sicura.

Figura 1: Il corridoio autostradale Bologna-Monaco

5G-CARMEN: l’idea di progetto e i partner del consorzio

L’idea di progetto è stata definita e implementata da un consorzio internazionale coordinato dalla Fondazione Bruno Kessler e formato da un totale di 25 partner, tra cui importanti operatori nel settori dell’automobilismo, come Stellantis e BMW, e della telefonia, come TIM e Deutsche Telekom, Nokia e Qualcomm; l’Autostrada del Brennero Spa, società concessionaria della autostrada A22; istituti di ricerca, come le Università di Bolzano, l’Università Politecnica de Valencia, il Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni, e l’associazione Promozione per l’ Innovazione fra Industria e Università; e alcune Piccole e Medie Imprese.

Figura 2: I partner del Consorzio 5G-CARMEN

Le attività del progetto sono iniziate il 1 novembre 2018 e si sono concluse il 31 luglio 2022, con un evento dimostrativo pubblico che si è tenuto al Brennero a fine giugno 2022.

Grazie al dispiegamento della rete 5G e di una infrastruttura di Edge Computing per ospitare i servizi sviluppati dai diversi partner, è stato possibile dimostrare alcuni casi d’uso di guida autonoma assistita dal 5G, nello scenario particolarmente sfidante del confine tra due nazioni.

Uno dei principali obiettivi del progetto è stato infatti dimostrare che già oggi, utilizzando le reti commerciali degli operatori con apposite soluzioni e servizi, è possibile supportare sulle nostre strade veicoli equipaggiati con sistemi di guida autonoma fino al livello 4 della scala SAE, non solo in ambito nazionale, ma anche quando questi attraversano il confine e vengono serviti in roaming.

I casi d’uso di guida autonoma proposti da 5G-Carmen

5G-CARMEN ha inizialmente proposto quattro possibili casi d’uso: due destinati a garantire una maggiore sicurezza stradale coordinando l’esecuzione di manovre pericolose e segnalando in anticipo eventuali criticità (Cooperative Maneuvering e Situation Awareness), e due finalizzati a permettere una migliore esperienza a bordo dei passeggeri (Video Streaming) e una maggiore sostenibilità della mobilità su ruota (Green Driving).

In seguito, su indicazione dei revisori della Commissione Europea, i primi due casi sono stati selezionati come base per la sperimentazione in campo nel corridoio autostradale del Brennero e hanno portato alla definizione di due nuovi scenari più sfidanti che sono stati realizzati nella fase finale del progetto.

In particolare, è stata dimostrata una manovra di cambio corsia cooperativa (Cooperative Lane Merging Manoeuvring), in cui i veicoli connessi, scambiando tra di loro e con la rete 5G quanto rilevato dai loro sensori e alcune informazioni aggiuntive sul loro stato (velocità, direzione, attivazione degli indicatori di direzione), permettono di costruire una visione centralizzata del contesto in cui si trova ogni veicolo e possono eseguire una manovra di cambio corsia in maggiore sicurezza.

Questa rappresentazione centralizzata infatti, arricchita dalle informazioni fornite dalle Control Room dell’operatore autostradale, permette di rilevare in largo anticipo la presenza di altri oggetti e veicoli, anche non connessi, e rilevare situazioni anomale o di pericolo così da effettuare la manovra di cambio corsia in modo automatico e sicuro.

Nel secondo scenario dimostrato dal progetto, le informazioni raccolte nelle piattaforme di Edge Computing permettono un maggiore controllo del veicolo anche mentre occupa la sua corsia (Cooperative In Lane Manoeuvring), rendendo più fluide le operazioni di accelerazione e decelerazione, oppure evitando di imboccare un’uscita autostradale bloccata da una coda non direttamente rilevabile dal veicolo con i suoi sensori, o ancora richiedendo ai veicoli di mantenere libera una corsia per permettere il passaggio di un veicolo di emergenza.

Figura 3: I casi d’uso sperimentati in 5G-CARMEN

Le sfide dei test pilota nelle tratte di confine internazionale

I test pilota sono stati effettuati inizialmente in ambito locale, nei pressi di Monaco in Germania, e nei pressi di Trento in Italia, per poi spostarsi nelle tratte di confine del passo del Brennero e a Kufstein, dove sono state affrontate le problematiche relative alla continuità del servizio nel passaggio da una rete nazionale all’altra.

È infatti noto che il passaggio di confine è particolarmente critico per le reti di telecomunicazioni, poiché l’utente deve abbandonare la rete del proprio operatore per agganciarsi a quello dell’operatore in roaming, procedura che determina una disconnessione che può durate svariate decine di secondi e in certi casi minuti. Un’interruzione del servizio così estesa non è chiaramente compatibile con i requisiti estremamente sfidanti che sono posti dai servizi di mobilità automatizzata.

Inoltre, una volta in roaming, la qualità del servizio radio mobile risulta solitamente inferiore, in particolare in termine di latenze, perché il traffico dell’utente deve comunque essere reindirizzato verso la sua nazione di origine, per poter essere gestito dal suo operatore nazionale.

Per poter superare queste limitazioni il progetto 5G-CARMEN ha dovuto dispiegare alcune funzionalità avanzate della rete 5G e impiegare alcune soluzioni appositamente sviluppate dal progetto.

Figura 4: Le località selezionate per le sperimentazioni di 5G-CARMEN

I risultati nella demo pubblica di giugno 2022

Il risultato di questo sforzo è stato dimostrato in occasione della demo pubblica del 22 giugno 2022, in cui gli scenari previsti dal progetto sono stati dimostrati al Brennero, nel tratto di confine tra Italia e Austria, provando che è possibile trasferire la comunicazione dall’operatore mobile di una nazione a quello della nazione confinante con un’interruzione della comunicazione inferiore ai 3 secondi, per poi garantire agli utenti in roaming lo stesso livello di qualità del servizio degli utenti nazionali.

È stato inoltre dimostrato che coordinando le piattaforme di Edge Computing dei diversi operatori con apposite soluzioni di orchestrazione, è anche possibile garantire la continuità dei servizi, spostando il contesto dei vari applicativi in modo che seguano gli utenti nel loro spostamento da una nazione all’altra, permettendo una transizione fluida dei servizi offerti senza che questi risultino compromessi.

Test analoghi sono state effettuati anche a Kufstein, al confine tra Austria e Germania.

Conclusioni

Con i risultati raccolti e dimostrati sul campo, il progetto 5G-CARMEN ha rappresentato un importante passo per la ridefinizione della mobilità in Europa. La fusione dell’infrastruttura 5G e della guida assistita e autonoma trasformerà il futuro della connettività e della cooperazione tra veicoli, rendendo l’UE un leader nella reinvenzione dei sistemi di trasporto globali.

5G-CARMEN è presente sul web con profili social su Twitter (@5g_carmen) e Linkedin, e con un sito dedicato che contiene informazioni aggiuntive sul progetto, documentazione, video, e indicazioni sulle principali novità ed eventi legati al progetto.