Avtomobili se bodo pogovarjali - V2X
Moderni avtomobili nimajo le potovalnih računalnikov in navigacije ter posodobitev na daljavo, temveč se znajo med seboj tudi sporazumevati in komunicirati z okolico. Temu primerno se posodablja tudi cestna infrastruktura, ki lahko skupaj z avtomobilom voznika že kilometer pred zastojem ali prometno nesrečo opozori na nevarnost. A za zdaj tekmujeta dva standarda.
Številni bralci se bodo spomnili prometne nesreče izpred natanko desetletja, ki je še danes najhujša v slovenski zgodovini po številu udeleženih vozil. Na primorski avtocesti pri Razdrtem se je 30. januarja 2016 zgodil nalet 48 avtomobilov, sedmih tovornjakov in avtobusa, v katerem so umrli štirje ljudje, sedem pa je bilo huje poškodovanih. Zaradi goste megle in prekratke varnostne razdalje vozniki niso pravočasno opazili prvega ustavljenega vozila, nato pa je sledilo verižno zaletavanje. Seveda lahko za nalete okrivimo voznike, ki so vozili glede na razmere prehitro, a računati na odgovorno in brezhibno ravnanje vseh udeležencev v prometu v vsakem trenutku je brezupna strategija. Če želimo nesreče preprečiti, potrebujemo proti človeškim napakam odporno tehnologijo. Potrebujemo avtomobile, ki bodo med seboj komunicirali.
Tovrstne nesreče bi V2X preprečeval. Slika: MMC RTV Slovenija
Zamisel je tako preprosta in logična, da je prvikrat vzniknila pred skoraj stoletjem. Na stojnici Futurama na svetovni razstavi (World's Fair) v New Yorku leta 1939 je General Motors govoril o avtocestah prihodnosti, ki bodo same usmerjale avtomobile prihodnosti, torej z njimi komunicirale. Slavni Isaac Asimov je v kratki zgodbi Sally iz leta 1953 pisal o samovozečih avtomobilih s pozitronskimi možgani, ki med seboj komunicirajo z zvoki motorjev in trobelj. Zdi se, da je bil celo premalo vizionarski, saj je zgodbo postavil šele v leto 2057. Tri desetletja pred tem so samovozeči avtomobili praktično tu, komunikacija med stroji in okolico pa tudi ne zaostaja prav dosti.
Konzorcij C-Roads
Slovenija je prek Darsa članica v konzorciju C-Roads, ki je kot pilotski projekt potekal v letih 2016–2021 in je razvil kooperativne inteligentne prometne sisteme (C-ITS). V okviru C-Roads so na odseku Postojna–Divača vzpostavili infrastrukturo C-ITS-G5, ki je od leta 2019 voznike obveščala o dogodkih (torej I2V).
Projekt se je nadaljeval kot C-Roads Slovenija 2, ki je tekel v letih 2017–2023 in je razširil opremo C-ITS-G5 na kritične odseke avtocest A1, A3, del A2 (300 km) in hitre ceste H4 ter na mejne prehode. Skupno so postavili 50 enot obcestne opreme. Slovenija se je tudi pridružila skupini za čezmejno izmenjavo sporočil C-ITS.
Logiko je enostavno razumeti. Če bi imeli avtomobili možnost komunikacije z okolico, kamor sodijo tudi drugi avtomobili na cesti, bi bil promet načelno varnejši. Avtomobili bi se obveščali o nevarnostih, lažje bi se izogibali oviram, v primeru težav ali nezgod bi poklicali na pomoč. V modernem hiperpovezanem svetu zares ni več nobenega izgovora, da tega ne bi dosegli – in proizvajalci so se tega lotili. Edina ovira ostaja izredna raznolikost voznega parka, saj najdemo na cestah vse od najnovejših električnih kitajcev do kakšnega 30 let starega Citroëna AX, in vse vmes. To pomeni, da mora biti vsak sistem narejen tako, da ga ne motijo nesodelujoča vozila.
Skromni začetki
Da so lahko avtomobili začeli komunicirati, je bilo treba razviti tehnologijo. Osnovna pristopa, ki sta v uporabi še danes, sta dva. Vozila lahko neposredno komunicirajo drugo z drugim, za kar ne potrebujejo nobene telekomunikacijske infrastrukture, podobno kot lahko prenašamo datoteke med telefonoma, ki nista v omrežju. Gre seveda za ad hoc omrežja WLAN po standardu 802.11p, ki jih ustvarijo sodelujoči sami. Tak sistem bo deloval povsod. Drugo možnost ponujajo mobilna omrežja, kot je LTE, s katerimi vozila neposredno komunicirajo. Tak pristop je bolj centraliziran in po številnih analizah boljši z vidika dosega, zanesljivosti in zmogljivosti, a zahteva obstoječo infrastrukturo. Tehnologiji poznamo pod komercialnima imenoma DSRC (dedicated short range communication) in C-V2X (cellular vehicle-to-everything).
Dars je v pilotnem projektu testiral V2X v predoru Šentvid.
Deluje tudi pri nas
Tehnologija V2X v praksi deluje tudi v Sloveniji, bomo pa za njo potrebovali novejša vozila. V Porsche Slovenija, ki je zastopnik za Volkswagen, so nam pojasnili, da Car2X podpirajo modeli Golf, Golf Variant, Tiguan, Tayron, T-Roc in družina ID, a ni vedno del serijske opreme. V nekaterih primerih je potrebno doplačilo. Dodajajo, da Car2X ni omejen na Volkswagnov protokol, temveč zna sodelovati tudi z drugimi znamkami, ker uporablja standardizirani protokol. Prepoznava tudi druge vire informacij, denimo digitalne table na avtocestah.
V praksi se sicer zgodi – denimo našemu uredniku – da sistem v vozilu ne deluje. Možnih razlogov je več, od tega da je treba nadgraditi programsko opremo in v WeConnect izrecno aktivirati Car2X (zasebnost!) do tega, da vozilo te dodatne opreme nima.
S pokrivanjem avtocest s pametnimi tablami in povečevanjem števila vozil z V2X bo tehnologija čedalje bolj uporabna, podpiralo jo bo tudi čedalje več znamk.
Nastavitve za V2X v novih Volkswagnovih vozilih so zelo skrite.
V Evropi izvedenko DSRC poznamo kot ITS-G5. Razvoj 802.11p sega v leto 2004, ko je IEEE začel razvijati sistem za brezžično povezljivost avtomobilov. Zatekli so se k standardom družine 802.11 za brezžična lokalna omrežja (WLAN) in skupaj z Ameriškim društvom za testiranje materialov (ASTM) razvili izvedenko 802.11p. Prve delujoče prototipe so predstavili pred 20 leti. V Evropi je bil standard ETSI EN 302 571, ki danes uporablja frekvenčno območje 5875–5905 MHz, objavljen leta 2008. Dve leti pozneje je bila sprejeta tudi direktiva 2010/40/EU, ki je zagotovila interoperabilnost ITS v državah članicah.
Standardizacija C-V2X je morala počakati, da smo dobili LTE. Skupina 3GPP je postopek standardizacije začela leta 2014 in dokončne specifikacije objavila leta 2017. Vključuje komunikacijo s sosednjimi vozili (V2V), z infrastrukturo (V2I) in omrežjem (V2N). Leta 2020 so specifikacije nadgradili s podporo 5G, zato pogosto vidimo izraza LTE-V2X in 5G-V2X. Za uporabo te tehnologije potrebuje avtomobil kartico SIM (oziroma čip eSIM), da se lahko povezuje z mobilnim omrežjem (V2N), upravljavec storitve pa mora nuditi centralne strežnike.
V praksi bodo avtomobili spočetka podpirali oboje, tako C-V2X kot 802.11p. Terminologija je nekoliko nedorečena, saj vsak proizvajalec avtomobilov malce označuje obe možnosti. Pogosto bomo videli C-V2X kot nadpomenko za oboje, torej komunikacijo z omrežjem (V2N) in neposredno okolico (V2V).
Kaj imamo danes
Standardi so definirani, osnovna infrastruktura obstaja – kaj pa imamo od tega vozniki dovolj nov(ejš)ih avtomobilov? Brez velikega pompa so številni proizvajalci te tehnologije v svoja vozila že vgradili, tudi pregovorno konservativni nemški koncerni.
Že leta 1939 je General Motors predstavil koncept pametnih avtocest, ki bodo komunicirale z vozili.
Volkswagen se je oktobra lani pohvalil, da so sistem Car2X, kot ga sami imenujejo, vgradili že v dva milijona prodanih vozil. Njihov prvi serijski avtomobil s Car2X je bil osveženi golf že leta 2020, ki je »videl« 800 metrov vnaprej, saj je komuniciral z drugimi avtomobili, ki imajo isti sistem. Gre za implementacijo 802.11p, torej ad hoc Wi-Fi omrežja brez potrebe po zunanji infrastrukturi. Volkswagen poudarja, da mora Car2X aktivirati uporabnik (opt-in), kar nekoliko zmanjšuje uporabnost, saj marsikdo tega ne bo storil.
Podpisovanje
Pomemben del standarda je tudi zaščita pred lažnimi informacijami in ponarejanjem, za kar uporablja že znano arhitekturo javnih in zasebnih ključev (PKI). Sporočila ITS-G5 morajo biti v evropskem sistemu podpisana, da jim drugi udeleženci verjamejo. Ustrezne certifikate imajo tako obcestne enote kakor avtomobili, s čimer se ustvari veriga zaupanja.
Podpisovanje sporočila s ključem zagotavlja, da jih pošilja legitimni akter, da med prenosom niso bila spremenjena in da ima pošiljatelj pravico sporočati določene informacije. Medtem ko ima vsak avtomobil pravico javiti, da je okvarjen ob robu ceste ali v zastoju, lahko le semafor javlja, da sveti rdeče, le reševalno vozilo pa, da je na nujni vožnji.
Arhitekturo PKI običajno poznamo po podpisovanju in šifriranju, pri ITS-G5 pa bo relevantno le prvo. Pomembno je, da so sporočila verodostojna, a biti morajo dostopna najširšemu krogu udeležencev. Obenem evropski model uvaja še možnost rednega menjavanja certifikatov, da se prepreči sledenje, in preklicevanja, da se izločijo slabi udeleženci. Zelo pomembno je zato, da vsi proizvajalci uporabljajo iste verige zaupanja in združljive sisteme.
Car2X je namenjen pravočasnemu opozarjanju voznika na nevarnosti, ki mu pretijo. To so lahko stoječa kolona, stoječi avtomobil z okvaro, megla (prek senzorjev za dež), spolzka cesta (prek senzorjev ESR), delo na cesti. V prihodnosti bo sistem omogočal tudi samodejno zaviranje, če se bo bližal semaforju s prižgano rdečo lučjo, opozarjanje na vozila na nujni vožnji in podobno. Že zdaj avtomobil ob zaviranju z vso močjo takoj odda signal o nevarnosti, ki ga sprejmejo vsa vozila v okolici in opozorijo svoje voznike, da se nekaj dogaja. Danes Car2X podpirajo številni Volkswagnovi modeli, med njimi Golf, T-Roc, Tiguan, Tayron, Passat, ID.3, ID.4, ID.5, ID.7.
Med prvimi testi je bil Volkswagnov sistem Car2X še nezdružljiv z enotnim standardom, ki se uporablja v Evropi, zdaj pa je sodelovanje že urejeno. Isti sistem podpirajo tudi drugi, denimo Renault, PSA, BMW itd.
Pametna infrastruktura
Car2X lahko deluje samo med avtomobili, še učinkovitejši pa je, ko mu dodatne informacije posreduje tudi infrastruktura. Dars je prvi projekt V2I začel testirati pred petimi leti v šentviškem predoru, ki ga je dnevno prevozilo v povprečju 50.000 vozil. Namestili so dve vsesmerni (omnidirectional) anteni, nato pa uporabljali testna vozila s sprejemno-oddajno enoto. Sistem v predoru je zaznal vozila, ta pa so dobila informacije o nevarnostih v njem. V okvir V2I (oziroma I2V) so simulirali scenarije: vremenski pojavi, zastoj, nesreča, delo na cesti, ovira na cesti, pešec na cestišču, vožnja v napačno smer, zapora cesta, splošna nevarnost v predoru. Kasneje so preizkusili in vgradili še več oddajnikov, prvega pred štirimi leti pri Razdrtem.
Če želimo nesreče preprečiti, potrebujemo proti človeškim napakam odporno tehnologijo. Potrebujemo avtomobile, ki se bodo med seboj sporazumevali.
Da bi torej pametni avtomobili lahko zasijali v polnem sijaju, potrebujejo tudi pametno infrastrukturo. I2V prek 802.11p je korak v to smer, še zdaleč pa ni edini niti ne bo to glavni način obveščanja. Še vedno ostajajo aktualni tudi drugi načini, kot so obvestilni panoji nad avtocestami, radijska poročila, svetlobni prometni znaki in seveda tudi komercialne navigacijske storitve, kot so Google Zemljevidi. Nihče izmed deležnikov pa se ne pretvarja, da so vse to koraki proti avtonomnim vozilom, ki bodo v naslednjem desetletju najbrž že zasedla naše ceste.
C-V2X
Prve delujoče prototipe C-V2X je konzorcij ConVeX (Connected Vehicle to Everything of Tomorrow), v katerem so Audi, Ducati, Ericsson, Qualcomm, Swarco in Tehniška univerza v Kaiserslauternu, pokazal že leta 2018. V Audija Q7 in A4 ter Ducatija Multistrada 1200 Enduro so vgradili Qualcommov čip 9150 C-V2X, nato pa so vozila komunicirala z oblakom (V2N) in obcestno infrastrukturo (V2I).
Sicer nikjer ne piše, da C-V2X in ITS-G5 ne moreta sobivati, a verjetno se bo uveljavil en standard. Na Kitajskem je, tudi zaradi razvejane mobilne infrastrukture, C-V2X praktično edina v praksi uporabljena rešitev. Tudi v ZDA se C-V2X čedalje bo uveljavlja, dasiravno imajo ameriška prostranstva še vedno tisoče kvadratnih milj, kjer sploh ni signala, kaj šele LTE ali 5G.
Pri tem je pomembno poudariti, da C-V2X ne potrebuje nujno mobilnega omrežja, temveč je to le ena mogoča implementacija. Uporablja tudi direktno komunikacijo z okolico (PC5) v istem frekvenčnem pasu 5,9 GHz, a protokol ni združljiv z ITS-G5.
Pomemben deležnik je tudi Koalicija za varnost kolesarjev (Coalition for Cyclists Safety), v kateri sodeluje več kot 40 podjetij. Med njimi so tako avtomobilski velikani, kot sta Audi in CARIAD/Volkswagen, kot tudi predstavniki kolesarske industrije (BMC, Shimano, Trek) in tehnološka podjetja, denimo Qualcomm, Sony in LG. Koalicija je bila ustanovljena oktobra 2023 in se, v nasprotju z imenom, ne zavzema le za varnost kolesarjev, temveč za uvedbo tehnologij V2X za varnejše ceste. To je avgusta 2024 podprlo tudi ameriško ministrstvo za promet, ki je V2X vneslo v svojo strategijo, medtem ko je v EU to veljalo že prej. Koalicija se zavzema za vizijo nič žrtev (Vision Zero), torej preprečitev hudih nesreč z zavedanjem, da so človeške napake neizogibne, trki pa ne. Sistem in tehnologija morata biti postavljena tako, da amortizirata napake in preprečujeta smrtne žrtve in hude posledice. Koalicija se je najprej osredotočila na Severno Ameriko in lobira za C-V2X, Evropa sledi za tem.
Kdo bo zmagal
Evropa pregovorno stavi na tehnološko nevtralnost, saj Evropska komisija nikoli ne predpisuje točno določenih izvedb. Pas 5,9 GHz je rezerviran za C-ITS, uporabiti pa ga je mogoče za katerokoli implementacijo. Ko so z delegiranim aktom 13. marca 2019 poskušali predpisati izvedbo, ga je parlament aprila potrdil, Svet EU pa zavrnil.
Trenutno se v Evropi uporablja pretežno ITS-G5, medtem ko se C-V2X testira na omrežjih LTE in 5G. Posamezni proizvajalci, denimo Audi in Mercedes-Benz, so že razvili svoje rešitve in jih vgradili v avtomobile, a imajo pomembno napako. Zaklenjeni so v lasten ekosistem, nad čimer ne politiki ne strokovnjaki niso navdušeni. Varnost mora biti skupna dobrina, z njo povezani podatki pa dostopni vsem.
V prvih implementacijah so Audijeva vozila prek LTE ali 5G podatke o stanju na cestah pošiljala na Audijeve strežnike, ki so jih obdelali in potem nudili – Audijevim vozilom. Tak pristop ni le zaprt, je tudi počasnejši, saj ima več vmesnih korakov. Včasih pa lahko odločajo tudi sekunde.
Pričakovati je, da bosta kratkoročno v Evropi obstajali obe tehnologiji oziroma nekakšen hibridni model. V nekoliko bolj oddaljeni prihodnosti pa bo verjetno tudi v Evropi prevladal C-V2X, ki bo uporabljal tako mobilna omrežja kot tudi neposredno komunikacijo z okolico. Omrežni del je uporaben za bolj globalne informacije o prometu, kot nekakšni Googlovi Zemljevidi, medtem ko bo neposredna komunikacija z okolico zaradi manjših zakasnitev (milisekunde) primernejša za takojšnja navodila – Ustavi, Upočasni, Pazljivo.
Ob tem pa je poučno razmisliti, kako hitro smo sprejeli dejstvo, da bo naša lokacija pač ves čas znana. Sistemi sicer omogočajo anonimizacijo uporabnika, a dejstvo je, da bodo naša vozila ves čas sporočala lokacijo in razmere v okolici, pogosto pa celo stanje vozila. Vsi ti podatki se bodo stekali v oblak, za katerega ta hip še ne vemo, ali ga bo obvladoval kakšen tehnološki gigant, proizvajalec avtomobilov ali morda celo država. V imenu varnosti smo to potihoma sprejeli oziroma nas nihče zares ni vprašal. Za zdaj obstaja možnost, da se v Car2X ne prijavimo (opt-in), a potem seveda tudi ne dobimo nobenih informacij o dogajanju.
