基于MQTT的应急通知盒

王颖

（乐山职业技术学院电子信息工程系，乐山 614000）

0 引言

公共突发事件一直以来都在影响人类生命生存安全。特别是突发自然灾害对生命财产的威胁非常巨大，比如近年发生在我国的汶川地震、玉树地震、芦山地震、九寨沟地震。这些自然灾害给我国许多家庭带来了巨大的伤害。应急响应机制就是为了应对这类公共突发事件而设立的，应急响应已经成为了政府工作的重点之一。而应急通知作为应急响应中非常重要的一个环节，其可以在公共突发事件发生以后对即将受到影响的人发出预警通知，收到预警通知的人可以在公共突发事件的影响抵达前做出应急响应，采取必要的躲避、防护等措施，从而最大程度地减少人民生命和财产的损失，特别适合应用在地震、海啸这种有延时抵达的灾害。在四川这种地震多发区域，应急通知可以最大程度的减小地震带来的危害。所以建设一套用于应对公共突发事件的应急通知系统意义巨大。

1 应急通知系统当前建设的现状

在2017年公布的《国家突发事件应急体系建设“十三五”规划》，对我国应急广播系统的建设作出了非常明确的要求。建设应急通知系统，对“能否在第一时间响应”和“采用何种手段通知到危险区内的每一个人”这两个关键问题都能得到彻底解决，具有明显的公益特性［1］。当前应急通知采用的手段很多，比如可以在电视节目中自动广播应急通知信息，也有采用公共广播喇叭来发出声音广播通知，还有采用手机APP推送和手机短信通知等手段。这些方式都各有优势，但也存在各自的不足。

当前城市里的应急通知手段已经非常丰富，基本可以做到全覆盖。但是在我国还存在大量偏远的农村，由于基础设施还不够完善，应急通知手段还十分有限。目前的农村大部分的建制村均安装有“村村响”（即农村大喇叭工程）设施，在农村安装有大量的“大喇叭”，覆盖到大部分的村民家庭。其作用在于定时播放时政要闻、主流思想舆论、政策宣讲、信息传达、会议广播等。“大喇叭”目前大部分采用每天定时开启收音机功能，播放对应的电台内容。当出现应急事件时，可以利用“大喇叭”将应急事件及应对措施及时通知到村民，但因现有大喇叭无法联网，只能由“网格员”敲锣打鼓、走街串户告知，这样既费时又费力，特别针对偏远地区，无法做到及时及时告知。随着技术的发展，现有的大喇叭已无法满足互联网时代的及时语音下发播报的需求。所以我们提出一种在移动通信网络环境中基于MQTT的的应急通知盒子就可以作为有效的补充方式弥补这些不足。甚至也可以作为主要通知手段来应用。当前我国农村已经基本实现移动通信网络的覆盖，电力也做到了全覆盖，可以说只要有电，有移动通信网络信号的地方基于MQTT的应急通知盒子就可以工作。

2 基于MQTT的应急通知盒子的设计

随着移动网络建设的完善，目前四川省乐山市范围内无论多偏远的山村，在家里4G/3G网络均是具备的，很多光纤宽带也已经进入到农村家庭。同时物联网技术经过近年来的发展，技术已经十分成熟。特别是国内4G CAT1（需要的网络带宽不高，稳定高效）的芯片厂商已有基于边缘计算、MQTT的成熟解决方案。可充分利用物联网、移动应用开发、嵌入式开发与外围设备集成整合，结合校企产学研，研究系统软硬件平台的具体搭建与实现。

MQTT（message queuing telemetry transport，MQTT）协议作为物联网通信的主流协议,近年来伴随物联网高速发展浪潮在医疗、工业、家居等智能领域和即时通讯社交网络得到广泛的应用［2］。MQTT是一种通信协议，它具有非常轻量级的特性，采用了发布/订阅式的方式，特别适合用于消息通知的领域。

基于MQIT的应急通知盒子具有五大优势：①部署简单，不改动现有“大喇叭”的播放与连接方式，直接利用MIC接口插播应急消息。②可以利用应急通知盒内置的继电器自动控制“大喇叭”开启与关闭，可替代现有“大喇叭”前置定时器。③基于合宙4 G CAT1，稳定高效。④基于MQTT消息服务，其接入量可多达100万级，而且对服务端的压力较小，还可以实现实时在线。⑤可以做到市、县、乡、村、户语音/文字的及时传达，可扩展按钮（红色应急、绿色响应）或MIC实现前后端交互。有了以上优势，我们就可以将应急通知盒子和当前的“大喇叭”系统结合起来，在有“大喇叭”覆盖的地区就用应急通知盒子来控制“大喇叭”做出应急通知。对没有“大喇叭”覆盖的地方可以将应急通知盒子直接部署到家庭，尽量做到经济性和覆盖性的最佳结合。

2.1 应急通知盒子的软件

应急通知盒子基于4G/3G网络，采用MQTT消息短报文，网络带宽要求低。采用物联网技术，云-控-端形式部署。利用区块链技术进行数据传输，防止数据传输中被撰改。支持两路按键（SOS与响应），便于控制端与UE端互动。支持远程重启，支持远程自定义程序级指令执行。支持远程参数设置，可设置开关机时间段及范围、MQTT消息头等。支持TTS文字播报（只播一遍或重复播报）。支持远程语音文件下载后立即播报。自动上报存活消息（10分钟内未接收到MQTT消息则发布存活包）。

2.2 应急消息盒子的硬件

应急通知盒子内部由PCB主控板、电源控制模块、功放模块、喇叭及蓄电池5部分组成，各模块间由传输线材连接。由主控板控制功放模块，功放模块控制10 W大喇叭输出音频，具有音量大、传播广、穿透力强的特点。在外接220 V交流电的情况下，由电源模块给电池充电。盒子内置12 V/6 A电池，电池满电供电情况下可待机达6天或10 W喇叭持续播报4小时。完美解决了在经常停电的农村，持续性工作的问题。

应急通知盒子还设计有两个自复位按键，蓝色定义为响应，红色定义为SOS。当在语音播报时，按下响应键，则停止语音播报。当用户按下响应或SOS后，会触发按键上报事件。为防止用户恶意按键（短时内多次按键），内置有按键响应封锁期（默认为40 S）处理机制。

2.3 主要关键技术指标

主要关键技术指标：①7×24小时设备联网在线，不宕机。②盒子设备每3分钟上报存活数据包。③盒子前端可以直接播报语音文件或TTS语音文字。④服务端信息下发后，前端开始播放延时不超过10秒。⑤由于协议简单，盒子设备开机15秒内可以快速联网在线。⑥盒子设备断电后待机时长不少于6天。⑦盒子设备耗电量低，非通知时段的耗电量低于0.5 W。

2.4 主要经济指标

主要经济指标：①设备成本低，盒子的成本是大喇叭部署成本的1/5。②可与现有大喇叭直接集成，从而节约部署成本。③通知信息（语音或文字）及时传达到指定设备，不需要人员值守，节约了人力成本。④设备可安装到户，应急信息告知与村民零距离。

3 消息内容的数据格式

3.1 发布：即消息发布端推送消息至MQTT服务器

（1）主题（topic）。JBP/83300000/UE（其中JBP/83300000为Mqtt消息头）。

（2）消息内容。字串，以^（ASCII码为94）分隔，格式如表1。

表1 消息内容数据格式

3.2 订阅：客户端从MQTT服务器读取消息

（1）主题（topic）。JBP/83300000/WS/IMEI码（其中JBP/83300000为Mqtt消息头）。

（2）消息内容。字串，以^（ASCII码为94）分隔，格式：命令^内容。

4 结语

在科学技术不断发展的今天，利用最前沿的科学技术、最新的基础设施，服务老百姓，最大程度的为保障广大人民群众的生命财产安全贡献力量，这一课题有非常重要的现实意义。物联网技术经过近些年的长足发展，技术已经十分的成熟。同时我国也已经建成了也覆盖大部分地域的全世界最大的移动通信网络。基于MQTT的应急通知盒子正是建立在这些基础设施和技术储备上，形成的为人民的幸福生活保驾护航的重要工具。特别是在我国西部一些泥石流、地震多发的农村区域，能够给人民增加灾害到来前的反应时间，极大的提高了在突发灾害下人的存活率，将会造福千千万万的家庭。