基于MQTT的應急通知盒

王穎

（樂山職業(yè)技術(shù)學院電子信息工程系，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)自然災害對生命財產(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。這些自然災害給我國許多家庭帶來了巨大的傷害。應急響應機制就是為了應對這類公共突發(fā)事件而設(shè)立的，應急響應已經(jīng)成為了政府工作的重點之一。而應急通知作為應急響應中非常重要的一個環(huán)節(jié)，其可以在公共突發(fā)事件發(fā)生以后對即將受到影響的人發(fā)出預警通知，收到預警通知的人可以在公共突發(fā)事件的影響抵達前做出應急響應，采取必要的躲避、防護等措施，從而最大程度地減少人民生命和財產(chǎn)的損失，特別適合應用在地震、海嘯這種有延時抵達的災害。在四川這種地震多發(fā)區(qū)域，應急通知可以最大程度的減小地震帶來的危害。所以建設(shè)一套用于應對公共突發(fā)事件的應急通知系統(tǒng)意義巨大。

1 應急通知系統(tǒng)當前建設(shè)的現(xiàn)狀

在2017年公布的《國家突發(fā)事件應急體系建設(shè)“十三五”規(guī)劃》，對我國應急廣播系統(tǒng)的建設(shè)作出了非常明確的要求。建設(shè)應急通知系統(tǒng)，對“能否在第一時間響應”和“采用何種手段通知到危險區(qū)內(nèi)的每一個人”這兩個關(guān)鍵問題都能得到徹底解決，具有明顯的公益特性［1］。當前應急通知采用的手段很多，比如可以在電視節(jié)目中自動廣播應急通知信息，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APP推送和手機短信通知等手段。這些方式都各有優(yōu)勢，但也存在各自的不足。

當前城市里的應急通知手段已經(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的農(nóng)村，由于基礎(chǔ)設(shè)施還不夠完善，應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。其作用在于定時播放時政要聞、主流思想輿論、政策宣講、信息傳達、會議廣播等。“大喇叭”目前大部分采用每天定時開啟收音機功能，播放對應的電臺內(nèi)容。當出現(xiàn)應急事件時，可以利用“大喇叭”將應急事件及應對措施及時通知到村民，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，這樣既費時又費力，特別針對偏遠地區(qū)，無法做到及時及時告知。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)時代的及時語音下發(fā)播報的需求。所以我們提出一種在移動通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中基于MQTT的的應急通知盒子就可以作為有效的補充方式彌補這些不足。甚至也可以作為主要通知手段來應用。當前我國農(nóng)村已經(jīng)基本實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，電力也做到了全覆蓋，可以說只要有電，有移動通信網(wǎng)絡(luò)信號的地方基于MQTT的應急通知盒子就可以工作。

2 基于MQTT的應急通知盒子的設(shè)計

隨著移動網(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)進入到農(nóng)村家庭。同時物聯(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算、MQTT的成熟解決方案?？沙浞掷梦锫?lián)網(wǎng)、移動應用開發(fā)、嵌入式開發(fā)與外圍設(shè)備集成整合，結(jié)合校企產(chǎn)學研，研究系統(tǒng)軟硬件平臺的具體搭建與實現(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)域和即時通訊社交網(wǎng)絡(luò)得到廣泛的應用［2］。MQTT是一種通信協(xié)議，它具有非常輕量級的特性，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的應急通知盒子具有五大優(yōu)勢：①部署簡單，不改動現(xiàn)有“大喇叭”的播放與連接方式，直接利用MIC接口插播應急消息。②可以利用應急通知盒內(nèi)置的繼電器自動控制“大喇叭”開啟與關(guān)閉，可替代現(xiàn)有“大喇叭”前置定時器。③基于合宙4 G CAT1，穩(wěn)定高效。④基于MQTT消息服務，其接入量可多達100萬級，而且對服務端的壓力較小，還可以實現(xiàn)實時在線。⑤可以做到市、縣、鄉(xiāng)、村、戶語音/文字的及時傳達，可擴展按鈕（紅色應急、綠色響應）或MIC實現(xiàn)前后端交互。有了以上優(yōu)勢，我們就可以將應急通知盒子和當前的“大喇叭”系統(tǒng)結(jié)合起來，在有“大喇叭”覆蓋的地區(qū)就用應急通知盒子來控制“大喇叭”做出應急通知。對沒有“大喇叭”覆蓋的地方可以將應急通知盒子直接部署到家庭，盡量做到經(jīng)濟性和覆蓋性的最佳結(jié)合。

2.1 應急通知盒子的軟件

應急通知盒子基于4G/3G網(wǎng)絡(luò)，采用MQTT消息短報文，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），便于控制端與UE端互動。支持遠程重啟，支持遠程自定義程序級指令執(zhí)行。支持遠程參數(shù)設(shè)置，可設(shè)置開關(guān)機時間段及范圍、MQTT消息頭等。支持TTS文字播報（只播一遍或重復播報）。支持遠程語音文件下載后立即播報。自動上報存活消息（10分鐘內(nèi)未接收到MQTT消息則發(fā)布存活包）。

2.2 應急消息盒子的硬件

應急通知盒子內(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、穿透力強的特點。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達6天或10 W喇叭持續(xù)播報4小時。完美解決了在經(jīng)常停電的農(nóng)村，持續(xù)性工作的問題。

應急通知盒子還設(shè)計有兩個自復位按鍵，藍色定義為響應，紅色定義為SOS。當在語音播報時，按下響應鍵，則停止語音播報。當用戶按下響應或SOS后，會觸發(fā)按鍵上報事件。為防止用戶惡意按鍵（短時內(nèi)多次按鍵），內(nèi)置有按鍵響應封鎖期（默認為40 S）處理機制。

2.3 主要關(guān)鍵技術(shù)指標

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

2.4 主要經(jīng)濟指標

主要經(jīng)濟指標：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）及時傳達到指定設(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

在科學技術(shù)不斷發(fā)展的今天，利用最前沿的科學技術(shù)、最新的基礎(chǔ)設(shè)施，服務老百姓，最大程度的為保障廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全貢獻力量，這一課題有非常重要的現(xiàn)實意義。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通信網(wǎng)絡(luò)?；贛QTT的應急通知盒子正是建立在這些基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)儲備上，形成的為人民的幸福生活保駕護航的重要工具。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，能夠給人民增加災害到來前的反應時間，極大的提高了在突發(fā)災害下人的存活率，將會造福千千萬萬的家庭。