基于MQTT的應(yīng)急通知盒

王穎

（樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，樂山 614000）

0 引言

公共突發(fā)事件一直以來都在影響人類生命生存安全。特別是突發(fā)自然災(zāi)害對(duì)生命財(cái)產(chǎn)的威脅非常巨大，比如近年發(fā)生在我國的汶川地震、玉樹地震、蘆山地震、九寨溝地震。這些自然災(zāi)害給我國許多家庭帶來了巨大的傷害。應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制就是為了應(yīng)對(duì)這類公共突發(fā)事件而設(shè)立的，應(yīng)急響應(yīng)已經(jīng)成為了政府工作的重點(diǎn)之一。而應(yīng)急通知作為應(yīng)急響應(yīng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其可以在公共突發(fā)事件發(fā)生以后對(duì)即將受到影響的人發(fā)出預(yù)警通知，收到預(yù)警通知的人可以在公共突發(fā)事件的影響抵達(dá)前做出應(yīng)急響應(yīng)，采取必要的躲避、防護(hù)等措施，從而最大程度地減少人民生命和財(cái)產(chǎn)的損失，特別適合應(yīng)用在地震、海嘯這種有延時(shí)抵達(dá)的災(zāi)害。在四川這種地震多發(fā)區(qū)域，應(yīng)急通知可以最大程度的減小地震帶來的危害。所以建設(shè)一套用于應(yīng)對(duì)公共突發(fā)事件的應(yīng)急通知系統(tǒng)意義巨大。

1 應(yīng)急通知系統(tǒng)當(dāng)前建設(shè)的現(xiàn)狀

在2017年公布的《國家突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)“十三五”規(guī)劃》，對(duì)我國應(yīng)急廣播系統(tǒng)的建設(shè)作出了非常明確的要求。建設(shè)應(yīng)急通知系統(tǒng)，對(duì)“能否在第一時(shí)間響應(yīng)”和“采用何種手段通知到危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的每一個(gè)人”這兩個(gè)關(guān)鍵問題都能得到徹底解決，具有明顯的公益特性［1］。當(dāng)前應(yīng)急通知采用的手段很多，比如可以在電視節(jié)目中自動(dòng)廣播應(yīng)急通知信息，也有采用公共廣播喇叭來發(fā)出聲音廣播通知，還有采用手機(jī)APP推送和手機(jī)短信通知等手段。這些方式都各有優(yōu)勢，但也存在各自的不足。

當(dāng)前城市里的應(yīng)急通知手段已經(jīng)非常豐富，基本可以做到全覆蓋。但是在我國還存在大量偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，由于基礎(chǔ)設(shè)施還不夠完善，應(yīng)急通知手段還十分有限。目前的農(nóng)村大部分的建制村均安裝有“村村響”（即農(nóng)村大喇叭工程）設(shè)施，在農(nóng)村安裝有大量的“大喇叭”，覆蓋到大部分的村民家庭。其作用在于定時(shí)播放時(shí)政要聞、主流思想輿論、政策宣講、信息傳達(dá)、會(huì)議廣播等。“大喇叭”目前大部分采用每天定時(shí)開啟收音機(jī)功能，播放對(duì)應(yīng)的電臺(tái)內(nèi)容。當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)急事件時(shí)，可以利用“大喇叭”將應(yīng)急事件及應(yīng)對(duì)措施及時(shí)通知到村民，但因現(xiàn)有大喇叭無法聯(lián)網(wǎng)，只能由“網(wǎng)格員”敲鑼打鼓、走街串戶告知，這樣既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，特別針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)，無法做到及時(shí)及時(shí)告知。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的大喇叭已無法滿足互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的及時(shí)語音下發(fā)播報(bào)的需求。所以我們提出一種在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中基于MQTT的的應(yīng)急通知盒子就可以作為有效的補(bǔ)充方式彌補(bǔ)這些不足。甚至也可以作為主要通知手段來應(yīng)用。當(dāng)前我國農(nóng)村已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，電力也做到了全覆蓋，可以說只要有電，有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的地方基于MQTT的應(yīng)急通知盒子就可以工作。

2 基于MQTT的應(yīng)急通知盒子的設(shè)計(jì)

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的完善，目前四川省樂山市范圍內(nèi)無論多偏遠(yuǎn)的山村，在家里4G/3G網(wǎng)絡(luò)均是具備的，很多光纖寬帶也已經(jīng)進(jìn)入到農(nóng)村家庭。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過近年來的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)十分成熟。特別是國內(nèi)4G CAT1（需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬不高，穩(wěn)定高效）的芯片廠商已有基于邊緣計(jì)算、MQTT的成熟解決方案。可充分利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)、嵌入式開發(fā)與外圍設(shè)備集成整合，結(jié)合校企產(chǎn)學(xué)研，研究系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)的具體搭建與實(shí)現(xiàn)。

MQTT（message queuing telemetry transport，MQTT）協(xié)議作為物聯(lián)網(wǎng)通信的主流協(xié)議,近年來伴隨物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展浪潮在醫(yī)療、工業(yè)、家居等智能領(lǐng)域和即時(shí)通訊社交網(wǎng)絡(luò)得到廣泛的應(yīng)用［2］。MQTT是一種通信協(xié)議，它具有非常輕量級(jí)的特性，采用了發(fā)布/訂閱式的方式，特別適合用于消息通知的領(lǐng)域。

基于MQIT的應(yīng)急通知盒子具有五大優(yōu)勢：①部署簡單，不改動(dòng)現(xiàn)有“大喇叭”的播放與連接方式，直接利用MIC接口插播應(yīng)急消息。②可以利用應(yīng)急通知盒內(nèi)置的繼電器自動(dòng)控制“大喇叭”開啟與關(guān)閉，可替代現(xiàn)有“大喇叭”前置定時(shí)器。③基于合宙4 G CAT1，穩(wěn)定高效。④基于MQTT消息服務(wù)，其接入量可多達(dá)100萬級(jí)，而且對(duì)服務(wù)端的壓力較小，還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線。⑤可以做到市、縣、鄉(xiāng)、村、戶語音/文字的及時(shí)傳達(dá)，可擴(kuò)展按鈕（紅色應(yīng)急、綠色響應(yīng)）或MIC實(shí)現(xiàn)前后端交互。有了以上優(yōu)勢，我們就可以將應(yīng)急通知盒子和當(dāng)前的“大喇叭”系統(tǒng)結(jié)合起來，在有“大喇叭”覆蓋的地區(qū)就用應(yīng)急通知盒子來控制“大喇叭”做出應(yīng)急通知。對(duì)沒有“大喇叭”覆蓋的地方可以將應(yīng)急通知盒子直接部署到家庭，盡量做到經(jīng)濟(jì)性和覆蓋性的最佳結(jié)合。

2.1 應(yīng)急通知盒子的軟件

應(yīng)急通知盒子基于4G/3G網(wǎng)絡(luò)，采用MQTT消息短報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)帶寬要求低。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，云-控-端形式部署。利用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，防止數(shù)據(jù)傳輸中被撰改。支持兩路按鍵（SOS與響應(yīng)），便于控制端與UE端互動(dòng)。支持遠(yuǎn)程重啟，支持遠(yuǎn)程自定義程序級(jí)指令執(zhí)行。支持遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，可設(shè)置開關(guān)機(jī)時(shí)間段及范圍、MQTT消息頭等。支持TTS文字播報(bào)（只播一遍或重復(fù)播報(bào)）。支持遠(yuǎn)程語音文件下載后立即播報(bào)。自動(dòng)上報(bào)存活消息（10分鐘內(nèi)未接收到MQTT消息則發(fā)布存活包）。

2.2 應(yīng)急消息盒子的硬件

應(yīng)急通知盒子內(nèi)部由PCB主控板、電源控制模塊、功放模塊、喇叭及蓄電池5部分組成，各模塊間由傳輸線材連接。由主控板控制功放模塊，功放模塊控制10 W大喇叭輸出音頻，具有音量大、傳播廣、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)。在外接220 V交流電的情況下，由電源模塊給電池充電。盒子內(nèi)置12 V/6 A電池，電池滿電供電情況下可待機(jī)達(dá)6天或10 W喇叭持續(xù)播報(bào)4小時(shí)。完美解決了在經(jīng)常停電的農(nóng)村，持續(xù)性工作的問題。

應(yīng)急通知盒子還設(shè)計(jì)有兩個(gè)自復(fù)位按鍵，藍(lán)色定義為響應(yīng)，紅色定義為SOS。當(dāng)在語音播報(bào)時(shí)，按下響應(yīng)鍵，則停止語音播報(bào)。當(dāng)用戶按下響應(yīng)或SOS后，會(huì)觸發(fā)按鍵上報(bào)事件。為防止用戶惡意按鍵（短時(shí)內(nèi)多次按鍵），內(nèi)置有按鍵響應(yīng)封鎖期（默認(rèn)為40 S）處理機(jī)制。

2.3 主要關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

主要關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：①7×24小時(shí)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)在線，不宕機(jī)。②盒子設(shè)備每3分鐘上報(bào)存活數(shù)據(jù)包。③盒子前端可以直接播報(bào)語音文件或TTS語音文字。④服務(wù)端信息下發(fā)后，前端開始播放延時(shí)不超過10秒。⑤由于協(xié)議簡單，盒子設(shè)備開機(jī)15秒內(nèi)可以快速聯(lián)網(wǎng)在線。⑥盒子設(shè)備斷電后待機(jī)時(shí)長不少于6天。⑦盒子設(shè)備耗電量低，非通知時(shí)段的耗電量低于0.5 W。

2.4 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：①設(shè)備成本低，盒子的成本是大喇叭部署成本的1/5。②可與現(xiàn)有大喇叭直接集成，從而節(jié)約部署成本。③通知信息（語音或文字）及時(shí)傳達(dá)到指定設(shè)備，不需要人員值守，節(jié)約了人力成本。④設(shè)備可安裝到戶，應(yīng)急信息告知與村民零距離。

3 消息內(nèi)容的數(shù)據(jù)格式

3.1 發(fā)布：即消息發(fā)布端推送消息至MQTT服務(wù)器

（1）主題（topic）。JBP/83300000/UE（其中JBP/83300000為Mqtt消息頭）。

（2）消息內(nèi)容。字串，以^（ASCII碼為94）分隔，格式如表1。

表1 消息內(nèi)容數(shù)據(jù)格式

3.2 訂閱：客戶端從MQTT服務(wù)器讀取消息

（1）主題（topic）。JBP/83300000/WS/IMEI碼（其中JBP/83300000為Mqtt消息頭）。

（2）消息內(nèi)容。字串，以^（ASCII碼為94）分隔，格式：命令^內(nèi)容。

4 結(jié)語

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，利用最前沿的科學(xué)技術(shù)、最新的基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)老百姓，最大程度的為保障廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全貢獻(xiàn)力量，這一課題有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過近些年的長足發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)十分的成熟。同時(shí)我國也已經(jīng)建成了也覆蓋大部分地域的全世界最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。基于MQTT的應(yīng)急通知盒子正是建立在這些基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)儲(chǔ)備上，形成的為人民的幸福生活保駕護(hù)航的重要工具。特別是在我國西部一些泥石流、地震多發(fā)的農(nóng)村區(qū)域，能夠給人民增加災(zāi)害到來前的反應(yīng)時(shí)間，極大的提高了在突發(fā)災(zāi)害下人的存活率，將會(huì)造福千千萬萬的家庭。