Indagine teorica e sperimentale della trasmissione di segnali vocali su rete CAN

Abstract

Nell’ultimo decennio si sta largamente diffondendo la tendenza a sfruttare le reti di comunicazione dati, Data Network, per la trasmissione della voce in formato digitale. I vantaggi offerti da questo tipo di soluzioni consistono nella possibilità di integrare uno o più canali vocali all’interno di una rete dati già esistente. In questo modo è possibile, per esempio, creare delle postazioni telefoniche in diversi punti della stessa linea di comunicazione utilizzata per la trasmissione dati senza la necessità di un ulteriore cablaggio dedicato alla sola trasmissione dei segnali vocali. A causa della presenza del traffico dati, i segnali vocali possono tuttavia subire dei ritardi in fase di trasmissione e questo fenomeno può causare una degradazione della qualità della voce o addirittura la perdita di intelligibilità. Nel caso di internet, ad esempio, le problematiche relative a VoIP (Voice over IP) vengono affrontate mediante l’utilizzo di sofisticati algoritmi di compressione della voce e routing dei pacchetti che sfruttano le numerose risorse computazionali presenti in ciascun nodo della rete. Lo scopo di questo lavoro è quello di indagare e caratterizzare sia teoricamente che sperimentalmente la trasmissione di segnali vocali in una rete basata sul protocollo di comunicazione Controller Area Network (CAN) per lo scambio di informazioni all’ interno di un sistema di controllo distribuito. Le reti CAN trovano largo impiego in sistemi (come quello automotive) in cui è necessario collegare in modo semplice e flessibile vari dispositivi di controllo; tale collegamento viene effettuato attraverso un unico bus dalla struttura lineare. L’introduzione di un canale vocale può quindi avvenire semplicemente 3 connettendo al bus nuovi nodi in grado di interfacciare tipicamente un microfono e un auricolare e trasmettere e ricevere i dati audio in formato digitale sul bus CAN. E’ tuttavia necessario garantire che il traffico vocale introdotto dall’interfono non alteri i tempi di risposta dei messaggi, costituiti dai dati di controllo, già presenti sul bus. Basti pensare infatti che la maggior parte di questi ultimi rappresenta lo scambio di informazioni in tempo reale fra i sensori e gli attuatori del sistema e costituisce, per questo motivo, un insieme di messaggi a priorità elevata la cui trasmissione non può essere ritardata nel tempo. La soluzione adottata in VoCAN (Voice over CAN) per risolvere tale problema, è quella di assegnare basso livello di priorità ai messaggi vocali nella rete; per questo motivo la loro trasmissione può avvenire soltanto quando il bus è libero. Il traffico di controllo della rete influenza quindi il ritardo di trasmissione dei dati vocali e conseguentemente la qualità della voce riprodotta dall’interfono. Per eseguire un’analisi quantitativa del segnale vocale trasmesso su rete CAN, è quindi necessario sviluppare un modello del traffico presente in tale rete. La campagna sperimentale è stata effettuata per valutare i limiti di disturbo e di intelligibilità del segnale vocale al variare del carico di lavoro complessivo del bus. Gli esperimenti sono stati svolti simulando sul bus CAN una condizione di traffico di controllo più generale possibile ed attivando la trasmissione dei messaggi vocali provenienti dall’interfono; i limiti suddetti sono stati quindi espressi in funzione del valore del carico di lavoro totale del bus