NB—IOT在數(shù)字應(yīng)急廣播控制中的應(yīng)用

劉澤龍

摘要：應(yīng)急廣播系統(tǒng)是公眾服務(wù)系統(tǒng)中防災(zāi)害建設(shè)的重要組成部分之一，對增強(qiáng)國家公共服務(wù)系統(tǒng)對應(yīng)急反應(yīng)的速度、預(yù)警信息發(fā)布和國家應(yīng)急廣播體系建設(shè)有著重要意義。該文利用快速發(fā)展的低成本、廣覆蓋的NB-IOT（Narrow Band Internet of Things），針對縣鄉(xiāng)村級廣播設(shè)計(jì)了一種應(yīng)急廣播控制方案，能夠方便快捷地通過控制指令控制切換現(xiàn)有廣播與應(yīng)急廣播的信號源，可在電視廣播中插入緊急信息、為公眾提供及時(shí)有效的突發(fā)災(zāi)害信息，讓人們規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：IP廣播；NB-IOT；應(yīng)急廣播；LPWAN；災(zāi)害

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）21-0246-03

1 引言

我國疆域遼闊，災(zāi)害繁多，每年各類災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)超億元。當(dāng)前我國正處于社會經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期，各種矛盾突出，使得危害社會安全的事件、人為事故發(fā)生的次數(shù)呈上升趨勢。因此，人民群眾對快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握災(zāi)害信息的要求日益增大，這也對各級部門關(guān)于災(zāi)害的反應(yīng)速度、發(fā)布速度以及應(yīng)急處置和援助情況等相關(guān)事宜安排的服務(wù)需求和質(zhì)量越來越高。

應(yīng)急廣播系統(tǒng)作為公眾服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)重心，為了合乎國家對應(yīng)急廣播體系建設(shè)的需要和公共緊急狀況信息發(fā)布的需求，則要發(fā)展和完善相應(yīng)功能，以便承擔(dān)起各級人民政府在應(yīng)對自然災(zāi)害、公共危機(jī)等各種突發(fā)事件中的信息發(fā)布和傳播能力的重?fù)?dān)，最大程度地保全人民群眾的生命，減少財(cái)產(chǎn)損失。

NB-IOT是IOT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接?；贜B-IOT技術(shù)的應(yīng)急廣播監(jiān)控系統(tǒng)，能夠提供廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過應(yīng)急廣播系統(tǒng)管控平臺，可在電視廣播中插入緊急信息、為公眾提供公益性信息服務(wù)等，保障公眾生活安全，提供便利。

通信技術(shù)快熟完善的發(fā)展，為應(yīng)急廣播體系（如圖1所示）的發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。應(yīng)急廣播系統(tǒng)可以在公共網(wǎng)絡(luò)斷開的情況下，實(shí)現(xiàn)消息播報(bào)，為降低公共災(zāi)害造成的損失提供一面強(qiáng)有力的屏障。應(yīng)急廣播系統(tǒng)分為消息發(fā)出端和消息接收端兩部分。發(fā)出端將各類消息發(fā)往接收終端，而接收端則將信息整合進(jìn)行預(yù)警或日常播報(bào)。通過應(yīng)急廣播實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布：

1）日常事務(wù)管理及宣傳教育；

2）災(zāi)前預(yù)警信息發(fā)布；

3）災(zāi)中疏導(dǎo)指揮及搜救指引；

4）災(zāi)后安置、維穩(wěn)工作輔助。

近些年發(fā)生的眾多自然災(zāi)害往往伴隨著水電、通信、交通等公眾必需的社會資源被損壞，在舉步維艱的情況下，廣播就發(fā)揮了其獨(dú)一無二的重要作用。一方面，廣播保留了其本質(zhì)屬性，在安全時(shí)期，為人們的工作生活學(xué)習(xí)添加了許多便利和無限樂趣。另一方面，當(dāng)發(fā)生我們?nèi)肆o法抵擋的自然災(zāi)害時(shí)，應(yīng)急廣播系統(tǒng)便發(fā)揮了其應(yīng)對危機(jī)的優(yōu)勢，這一點(diǎn)得到了大眾的推崇。應(yīng)急廣播體系的巨大優(yōu)勢，使得各國將其作為重要的公共建設(shè)項(xiàng)目，成為應(yīng)對巨大危害的重要辦法之一。

2. 2 系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 應(yīng)急廣播體系的特點(diǎn)

應(yīng)急廣播管控平臺對所轄區(qū)應(yīng)急廣播系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度和管理負(fù)責(zé)，具備應(yīng)急預(yù)警信息發(fā)布接入、應(yīng)急節(jié)目制作播發(fā)及媒資管理、轄區(qū)內(nèi)應(yīng)急廣播資源管理、應(yīng)急廣播發(fā)布流程控制、發(fā)布資源調(diào)度、值守監(jiān)看、應(yīng)急廣播信息分發(fā)傳輸、應(yīng)急機(jī)動廣播等主要功能。有以下特點(diǎn)：

1）關(guān)聯(lián)性：劃分等級，分別管理。根據(jù)區(qū)域布置，可分為市級、區(qū)級、縣級、居委會，進(jìn)行行而有效的據(jù)點(diǎn)分布。根據(jù)各自所管轄區(qū)域的范圍大小，設(shè)置優(yōu)先順序，低級服從高級。

2）時(shí)效性：可及時(shí)進(jìn)行語音、視頻等多種方式播報(bào)，跟蹤所轄區(qū)域事件進(jìn)展程度，第一時(shí)間傳達(dá)給公眾。

3）保密性：對信息數(shù)據(jù)打包加密，防止非法分子竊取、惡意修改，擾亂公共安全秩序。

4）便于管理：系統(tǒng)發(fā)射端包含眾多USB接口，可以同手機(jī)接收各種信息，并進(jìn)行分類管理。

5）穩(wěn)定性：合理分區(qū)管理，防止了各處頻率混雜，用戶可在終端接收到準(zhǔn)確信息。

6）服從性：接收端服從發(fā)射端的信息喚醒任務(wù)。

2.2 NB-IOT的特點(diǎn)

NB-IOT是IOT領(lǐng)域的一個(gè)新興技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，具有以下優(yōu)勢：

1）海量連接：NB-IOT是2G、3G、4G上行容量的五十到一百倍，也就是說，在同一個(gè)基站的前提下，NB-IOT是當(dāng)前的無線技術(shù)提供的接入數(shù)的五十到一百倍。

2）超低功耗：這是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一項(xiàng)重要指標(biāo)，該技術(shù)的電池壽命長達(dá)十年。

3）覆蓋范圍廣：發(fā)射功率是GSM的一百倍，就算在野外、高山、深谷等信號不佳的地方也能覆蓋到。

4）高安全性：除了4G網(wǎng)絡(luò)的安全功能，還支持雙向鑒權(quán)，另外空口嚴(yán)格加密，保證了客戶數(shù)據(jù)不易被盜取。

5）穩(wěn)定可靠：能提供符合通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的安全接入，完全支持 IoT 應(yīng)用和城市信息化的解決方案。

6）低成本：傳輸速率低使得帶寬小、功率消耗小等相應(yīng)的帶來成本降低。

基于NB-IOT的應(yīng)急廣播系統(tǒng)則結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)覆蓋，將廣播覆蓋區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于應(yīng)對各種緊急情況，也便于指令發(fā)布和傳達(dá)，保證救災(zāi)時(shí)效性與準(zhǔn)確性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

應(yīng)急廣播系統(tǒng)作為預(yù)警信息傳播網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，主要由應(yīng)急廣播平臺、傳輸覆蓋網(wǎng)、接收終端及監(jiān)管系統(tǒng)組成（如圖2）。

應(yīng)急廣播平臺包括縣、鄉(xiāng)/鎮(zhèn)和行政村各級平臺及自動接收終端，主要由制作播發(fā)環(huán)節(jié)和調(diào)度分發(fā)環(huán)節(jié)組成。在制作播發(fā)環(huán)節(jié)，根據(jù)各應(yīng)急部門的需求，快速完成應(yīng)急廣播的播出和應(yīng)急消息的制作，并且實(shí)時(shí)傳送到應(yīng)急廣播平臺。另外，還要向調(diào)度分發(fā)環(huán)節(jié)發(fā)出應(yīng)急廣播指令。在調(diào)度分發(fā)環(huán)節(jié)中，對應(yīng)急廣播和應(yīng)急信息進(jìn)行打包和加密，通過覆蓋網(wǎng)絡(luò)向下級傳輸。此外，根據(jù)應(yīng)急廣播發(fā)出的指令，自動生成相應(yīng)區(qū)域資源調(diào)度的方案，并且按照這個(gè)方案發(fā)出調(diào)度調(diào)控指令，同時(shí)也對調(diào)度調(diào)控指令進(jìn)行安全加密，發(fā)送到應(yīng)急廣播傳輸覆蓋網(wǎng)的平臺和接收終端。

傳輸覆蓋網(wǎng)是以移動（聯(lián)通、電信）通訊網(wǎng)NB-IOT為基礎(chǔ)，在傳輸覆蓋部分，各個(gè)平臺和接收端都會實(shí)時(shí)接收到應(yīng)急廣播節(jié)目、應(yīng)急信息和調(diào)度調(diào)控指令，通過驗(yàn)證調(diào)度調(diào)控指令，再驗(yàn)證與指令相應(yīng)的廣播節(jié)目和應(yīng)急信息，最后將驗(yàn)證通過的節(jié)目和信息發(fā)送到相應(yīng)的播出系統(tǒng)，等候播出。此外，應(yīng)急廣播傳輸覆蓋網(wǎng)也包含各平臺及接收終端的信息回傳網(wǎng)絡(luò)。

3.2 終端設(shè)備設(shè)計(jì)

部署在符合要求的各廣播點(diǎn)，安全接收NB-IOT信息源。接收終端（如圖3）是帶有NB-IOT控制模塊的音頻解碼模塊和功放喇叭（音柱、收擴(kuò)機(jī)），作用是將上級傳輸過來的廣播信號和應(yīng)急廣播信號，還原成音頻信號并放大后，通過空間向用戶播。

接收終端設(shè)計(jì)，首先NB-IOT控制模塊在廣播中，偵聽有無應(yīng)急廣播平臺發(fā)來的本機(jī)ID的應(yīng)急廣播控制指令，如果沒有，則正常解碼輸出日常廣播，一旦接收到帶有本機(jī)ID的應(yīng)急廣播控制指令時(shí)，則立即將信號源切換到應(yīng)急廣播通道，解碼輸出應(yīng)急廣播內(nèi)容。這樣設(shè)計(jì)主要用于對突發(fā)災(zāi)害區(qū)域的局部廣播或個(gè)別終端（可尋址）進(jìn)行應(yīng)急廣播，這種有針對性的廣播，可以避免群播帶來的負(fù)面影響。

硬件終端平臺是硬件部分的控制大腦，核心為ARM9嵌入式處理器，網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口、音頻接口、大存儲空間的存儲接口、電話接口、收/發(fā)模塊接口、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫服務(wù)以及應(yīng)急接口等功能接口作為輔助，組成了有快速運(yùn)算功能和眾多接口的終端平臺，如圖4所示。

1）電話模塊

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，檢查電話功能是否正常。當(dāng)該部分正常工作時(shí)，工作人員可以通過鍵盤和顯示器設(shè)置允許的電話號碼，然后可人為設(shè)置賬戶和密碼。當(dāng)賬戶密碼驗(yàn)證成功后，則可進(jìn)入廣播界面，進(jìn)行電話或者文本轉(zhuǎn)為語音廣播。電話部分的工作狀態(tài)好壞可以在有網(wǎng)絡(luò)連接的情況下在系統(tǒng)中檢測，以便及時(shí)對該模塊進(jìn)行維護(hù)和檢修。網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，其他部分的工作狀態(tài)或者故障狀態(tài)可以通過電話部分上傳到終端，方便檢修，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2）收/發(fā)部分

工作人員在顯示器上鍵入賬號和密碼進(jìn)入工作狀態(tài)后，通過該部分，一方面可以對所管轄區(qū)進(jìn)行全區(qū)域、部分區(qū)域或者特定區(qū)域進(jìn)行電話、信息、語音或者視頻文件等形式進(jìn)行廣播，另一方面也可接收上級發(fā)出的指令，并在有需要時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)播。該部分的故障檢測和工作狀態(tài)都可在系統(tǒng)中查詢，視情況維修。

3）人機(jī)交互部分

系統(tǒng)正常工作時(shí)，工作人員在顯示屏輸入賬號密碼，驗(yàn)證成功后才可以利用系統(tǒng)進(jìn)行各類信息的廣播。通過這種密保設(shè)置，可以有效防止其他人對本系統(tǒng)非正常訪問，以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)被惡意修改。這種安全機(jī)制可以保障設(shè)備在正常工作狀態(tài)下隨時(shí)處于播放狀態(tài)，不延誤信息發(fā)布。

4）備用電池部分

在電力中斷時(shí)，就需要備用電池發(fā)揮作用。通常情況下，備用電池能夠持續(xù)工作一個(gè)小時(shí)以上，確保完成應(yīng)急消息與內(nèi)容的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，完全滿足應(yīng)急廣播的需求。備用電池的存儲電量及工作狀態(tài)等屬性可以通過后臺系統(tǒng)功能及時(shí)查詢，以便及時(shí)修繕或更換。

5）應(yīng)急接口部分

這部分功能與應(yīng)急廣播系統(tǒng)相匹配，通過有線或者無線方式和上級應(yīng)急廣播系統(tǒng)連接，然后經(jīng)過分組協(xié)議進(jìn)行編碼，對各區(qū)域分別控制。通過接收上級廣播系統(tǒng)發(fā)出的消息和內(nèi)容，對全區(qū)域、部分區(qū)域或者指定地區(qū)進(jìn)行內(nèi)容播報(bào)。另外，為了保證應(yīng)急廣播系統(tǒng)發(fā)布消息的及時(shí)性與快速性，嵌入式系統(tǒng)中會設(shè)置對于不同優(yōu)先級的指令和任務(wù)進(jìn)行時(shí)間順序先后的調(diào)度和管理，其中對于插入應(yīng)急接口的播報(bào)要求會被設(shè)置為最高優(yōu)先級，保證在多條播報(bào)消息和內(nèi)容的前提下，應(yīng)急廣播優(yōu)先播出。

3.3 應(yīng)急廣播平臺設(shè)計(jì)

應(yīng)急廣播平臺采用B/S構(gòu)架設(shè)計(jì)（如圖5），可實(shí)現(xiàn)分布式辦公，可以隨時(shí)、隨地進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)操作；升級方便，只需在服務(wù)端頁面就能輕易擴(kuò)展功能；維護(hù)成本較低，客戶端只需安裝瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播業(yè)務(wù)操作，可以有效地與公安、消防、氣象等部門的聯(lián)動，這些均只要一臺可以上網(wǎng)的電腦通過授權(quán)登錄權(quán)限即可以遠(yuǎn)程控制，對所管轄范圍進(jìn)行廣播信息下發(fā)。

應(yīng)急廣播平臺，是覆蓋所轄區(qū)域的應(yīng)急廣播系統(tǒng)，縣級平臺是整個(gè)縣級區(qū)域的核心管控中心，工作內(nèi)容主要有播放日常節(jié)目、管理維護(hù)播放設(shè)備、特殊情況時(shí)接入應(yīng)急信息、轉(zhuǎn)發(fā)國家應(yīng)急廣播系統(tǒng)發(fā)布的信息、切換播出緊急語音、控制多信源播放順序、完成系統(tǒng)配置及安全認(rèn)證等，既能滿足日常廣播宣傳需要，又能滿足應(yīng)急信息管理和播放的需要，覆蓋全面，安全可靠，保障覆蓋區(qū)域人民工作生活學(xué)習(xí)的需要以及緊急狀況下的災(zāi)害預(yù)警以及應(yīng)急處理辦法的播報(bào)。

公共廣播信號或應(yīng)急廣播信號都是以公網(wǎng)IP方式傳輸?shù)娇h級播控中心的硬件服務(wù)器或云端服務(wù)器，由服務(wù)器做信號處理和推送。

4 功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)確認(rèn)災(zāi)害發(fā)生后，應(yīng)急廣播系統(tǒng)首先向?yàn)?zāi)害區(qū)域發(fā)出災(zāi)害警報(bào)，然后及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急內(nèi)容廣播，再按照連帶區(qū)域遠(yuǎn)近順序播放應(yīng)急廣播；保證在3分鐘內(nèi)完成第一輪該區(qū)域的應(yīng)急內(nèi)容播報(bào)。

應(yīng)急廣播完成一次語音播放的時(shí)間應(yīng)該在十秒到三十秒之間，這樣才能避免時(shí)間拖延，及時(shí)做好躲災(zāi)、救災(zāi)、搶災(zāi)工作，減少傷亡以及個(gè)人或者公共財(cái)產(chǎn)的損失。另外，應(yīng)急廣播應(yīng)該和災(zāi)害提示警報(bào)器分時(shí)交替工作，并且循環(huán)播放。

應(yīng)急廣播的廣播分區(qū)和預(yù)設(shè)廣播信息應(yīng)傳送至控制室顯示?？刂剖彝ㄟ^手動選擇，或者根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的控制指令自動選擇廣播分區(qū)，開啟或者暫停應(yīng)急廣播系統(tǒng)。另外，當(dāng)揚(yáng)聲器進(jìn)行緊急廣播時(shí)，自動對播放內(nèi)容錄音。

當(dāng)現(xiàn)有應(yīng)急廣播系統(tǒng)服務(wù)器無法正常播出時(shí)，可直接通過音頻編碼控制器組成的一套純硬件架構(gòu)緊急備份系統(tǒng)進(jìn)行自動接管，實(shí)現(xiàn)日常廣播、應(yīng)急廣播播發(fā)，實(shí)現(xiàn)對室外接收終端的開、關(guān)機(jī)控制、音量等級控制、頻率切換等操作。

5 結(jié)束語

本應(yīng)急廣播系統(tǒng)是借用“公網(wǎng)IP上傳+NB-IOT終端接收”的廣播模式，不再需要建設(shè)傳輸與覆蓋網(wǎng)絡(luò)，投資少，見效快。在信息化時(shí)代，基于NB-IOT的應(yīng)急廣播控制系統(tǒng)在這一大環(huán)境中肯定會具有更好的發(fā)展前景。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的前提下，自然災(zāi)害或公共危機(jī)發(fā)生時(shí)，能以最快速度通知到各方群眾及相關(guān)部門，做到突發(fā)情況示警，災(zāi)害信息說明，指揮相關(guān)人員應(yīng)急處置等。

雖然在無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)或者自然村落，該系統(tǒng)則無法發(fā)揮其最大功效。但該系統(tǒng)帶來的巨大便利與安全保障已經(jīng)足夠吸引我們的目光，而且一定會發(fā)展的愈發(fā)完善，值得期待。

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