應(yīng)急智能手機(jī)終端的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

胡自健　重慶郵電大學(xué)碩士研究生蔣子泉　中國(guó)信息通信研究院西部分院工程師

應(yīng)急智能手機(jī)終端的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

胡自健重慶郵電大學(xué)碩士研究生
蔣子泉中國(guó)信息通信研究院西部分院工程師

為解決在復(fù)雜災(zāi)難場(chǎng)景下公眾應(yīng)急信息的接收問(wèn)題，本課題通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)智能手機(jī)進(jìn)行硬件天線改造及軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)急接收終端。該類型終端可在復(fù)雜災(zāi)難場(chǎng)景特別是蜂窩網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況下，實(shí)時(shí)接收FM廣播網(wǎng)發(fā)送的應(yīng)急FM語(yǔ)音和RDS（RadioDataSystem，廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)）文本消息，并向人群預(yù)警，從而彌補(bǔ)在公網(wǎng)癱瘓下公眾人群的應(yīng)急信息實(shí)時(shí)接收的缺失。

公眾應(yīng)急；RDS；智能終端

1　引言

當(dāng)應(yīng)急情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)急指揮人員需要通過(guò)各種有效的手段，將災(zāi)難情況、救援信息等傳遞到公眾手中。當(dāng)前，我國(guó)主要通過(guò)電視廣播網(wǎng)、蜂窩通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)發(fā)送應(yīng)急消息給公眾。其中，電視廣播網(wǎng)依靠有線傳播，對(duì)災(zāi)難的抗毀性較差；蜂窩通信網(wǎng)，在災(zāi)難發(fā)生時(shí)常常會(huì)因業(yè)務(wù)量激增和通信基站倒塌造成應(yīng)急通信系統(tǒng)的癱瘓；衛(wèi)星通信網(wǎng)，則因?yàn)槠鋷捠芟藓统杀据^高，并未能普及。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文描述了一種基于調(diào)頻FM廣播以及RDS（RadioDataSystem，廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)）技術(shù)的應(yīng)急信息接收終端，該類型終端設(shè)計(jì)原型為普通智能手機(jī)，信息途徑可直接依托現(xiàn)有公眾FM廣播網(wǎng)絡(luò)，具有攜帶率高，覆蓋人群廣泛、建設(shè)成本低、系統(tǒng)抗毀性強(qiáng)以及可快速應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)。

2　技術(shù)原理及系統(tǒng)架構(gòu)

（1）技術(shù)原理

在國(guó)內(nèi)，通常利用FM調(diào)頻廣播的主載波承載語(yǔ)音信號(hào)實(shí)現(xiàn)播放語(yǔ)音信息，但在FM廣播技術(shù)中，其副載波部分可用來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)，即RDS（Radio Data System，廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)）技術(shù)。其工作原理是采用調(diào)頻廣播導(dǎo)頻信號(hào)頻率19kHz的3倍作為副載波，構(gòu)成RDS信道，與原有的語(yǔ)音信號(hào)的主信道、副信道導(dǎo)頻共同構(gòu)成RDS數(shù)字信息的語(yǔ)音調(diào)制基帶信號(hào)，再對(duì)其高頻主載波調(diào)頻。其編碼傳輸速率為每包104bit/s，每秒可傳輸11.4個(gè)數(shù)據(jù)包。

在RDS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范中，RDS已定義了12組型，其中2組型廣播文本信息。2組型碼為00010或00011，即A版本和B版本格式，區(qū)別在于塊3上，后者插入了PI碼（見(jiàn)表1）。

表1　RDS兩種版本編碼結(jié)構(gòu)的區(qū)別

塊2最后4位的地址碼用于塊3（只限A版本）和塊4中消息文本段的定位，由于A版本的一個(gè)文本段含4個(gè)單字節(jié)字符，所以用A版本可以傳送長(zhǎng)達(dá)32個(gè)雙字節(jié)或64個(gè)單字節(jié)字符的文本消息。而B版本每個(gè)文本段只含2個(gè)單字節(jié)字符，只能傳送16個(gè)雙字節(jié)或32個(gè)單字節(jié)字符文本消息。

本文正是利用RDS技術(shù)中2A組型碼作為應(yīng)急消息的載體發(fā)送數(shù)字文本信息，并利用數(shù)字信息激勵(lì)觸發(fā)手機(jī)終端產(chǎn)生相應(yīng)預(yù)警。

（2）終端所在的應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)

終端手機(jī)所在的應(yīng)急通信系統(tǒng)由信息發(fā)布平臺(tái)、信息傳輸平臺(tái)以及信息接收平臺(tái)3部分組成。系統(tǒng)中應(yīng)急信息以SMS短信和RDS信息兩種獨(dú)立方式作為信息載體，信息在發(fā)布平臺(tái)編輯完成并加密后發(fā)送；可由傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)或FM廣播網(wǎng)發(fā)射傳輸；在智能手機(jī)接收端通過(guò)通信模組與集成的FM接收芯片接收應(yīng)急信息，還原原始報(bào)文信息，觸發(fā)手機(jī)預(yù)警、內(nèi)容顯示、呼叫轉(zhuǎn)發(fā)等應(yīng)急業(yè)務(wù)功能。應(yīng)急通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　應(yīng)急通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)的手機(jī)作為應(yīng)急信息接收端的不足主要在于，其對(duì)傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)依賴過(guò)強(qiáng)，在復(fù)雜災(zāi)難場(chǎng)景下，傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常會(huì)由于基站受損與網(wǎng)絡(luò)擁塞而失效。FM廣播設(shè)施在復(fù)雜災(zāi)難場(chǎng)景下具有抗毀能力強(qiáng)和恢復(fù)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以通過(guò)在發(fā)送端將結(jié)合兩種方式，使得所研究設(shè)計(jì)的智能終端在保證原有SMS通信能力的基礎(chǔ)上，同時(shí)具備通過(guò)FM調(diào)頻廣播接收應(yīng)急短信的功能，從而提高系統(tǒng)的抗毀性、人群接收的覆蓋性以及緊急信息接收的實(shí)時(shí)性。

3　應(yīng)急終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

終端設(shè)計(jì)分為消息接收模塊、消息處理模塊和用戶交互模塊3部分。消息接收模塊，添加內(nèi)置天線和軟件設(shè)計(jì)，使其具備硬件接收和軟件獲取FM-RDS的能力；消息處理模塊，通信協(xié)議和信息存儲(chǔ)；用戶交互模塊，主要為信息展示和報(bào)警提醒。

3.1消息接收模塊

（1）內(nèi)置天線

由于FM調(diào)頻廣播的頻段特點(diǎn)，其頻率范圍為76～108MHz，根據(jù)1/4波長(zhǎng)計(jì)算，其理想的天線長(zhǎng)度應(yīng)為67～82cm。智能手機(jī)采用耳機(jī)作為天線接收FM，但該方式限制了智能手機(jī)終端在日常使用狀態(tài)下接收FM信號(hào)，進(jìn)而影響了實(shí)時(shí)接收應(yīng)急信息的業(yè)務(wù)邏輯要求。

但隨著內(nèi)置天線工藝技術(shù)的發(fā)展，可采用FPC、LDS工藝等的小型化天線直接內(nèi)置在手機(jī)內(nèi)部，從而解決了人們?cè)谌粘５氖褂眠^(guò)程中不會(huì)攜帶FM天線的弊端，使得日常使用的手機(jī)就可以作為實(shí)時(shí)應(yīng)急信息的接收設(shè)備，解決了實(shí)時(shí)接收人群覆蓋率有限、信息接收設(shè)備的真實(shí)使用率低的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)采用FPC內(nèi)置天線，實(shí)現(xiàn)手機(jī)對(duì)FM信息的接收。

（2）SMS短信息獲取

短信可作為在公網(wǎng)正常工作下信息傳輸?shù)闹饕d體。Android系統(tǒng)提供了廣播機(jī)制，當(dāng)手機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)改變時(shí)，會(huì)向注冊(cè)過(guò)系統(tǒng)廣播的應(yīng)用發(fā)送廣播提示，軟件應(yīng)用即通過(guò)可事先定義的廣播接收器獲知該廣播，并提取出廣播中的詳細(xì)信息。SMS短信息的獲取利用了上述方式，在第一次運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行短信廣播的注冊(cè)以及實(shí)現(xiàn)短信廣播接收器，并在接收器內(nèi)部進(jìn)行信息處理。SMS信息獲取流程如圖2所示。

圖2　SMS信息獲取流程圖

（3）RDS信息獲取

在復(fù)雜或特大災(zāi)難下，由于公網(wǎng)設(shè)施損壞或擁塞，可使用FM-RDS方式發(fā)送應(yīng)急文本信息提示用戶預(yù)警。不同于傳統(tǒng)上層軟件API調(diào)用方式，Android系統(tǒng)對(duì)于FM接口未能提供統(tǒng)一的API接口使直接調(diào)用，進(jìn)行FM芯片的初始化和FM芯片RDS信息的讀取，需要本地接口進(jìn)行連接。通過(guò)將事先編寫好的JNI方法打包成庫(kù)文件，在應(yīng)用開啟時(shí)，動(dòng)態(tài)加載庫(kù)文件，實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用對(duì)FM芯片的控制和信息讀取。

應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)，開啟Service并調(diào)用JNI方法進(jìn)行FM芯片的初始化。初始化完成后，開啟線程每隔100ms進(jìn)行RDS信息標(biāo)志位讀取，當(dāng)發(fā)現(xiàn)標(biāo)志位不為0，則進(jìn)行RDS的讀取和處理。RDS信息獲取流程如圖3所示。

圖3　RDS信息獲取流程圖

3.2信息處理模塊

（1）數(shù)據(jù)協(xié)議

由于RDS的基本結(jié)構(gòu)中最大的單元為組（104位），每個(gè)組中包含4個(gè)塊（26位），每個(gè)塊中包含16位信息字和10位校驗(yàn)字，2A組有效載荷為32個(gè)雙字節(jié)或64個(gè)單字節(jié)，長(zhǎng)度有限，將其直接用于應(yīng)急通信中，會(huì)導(dǎo)致信息量不足的缺陷。

本終端的數(shù)據(jù)通信協(xié)議是對(duì)RDS協(xié)議中的載荷部分，進(jìn)一步編碼，即在發(fā)送端在每組信息載荷中加入分段信息，在接收端用分段信息進(jìn)行正文的定位和重組，從而實(shí)現(xiàn)一次較大信息量的完整接收。

接收端接收的每一組完整信息載荷，包含信息等級(jí)、段數(shù)信息和正文3部分（見(jiàn)圖4）。信息等級(jí)，用于對(duì)信息的緊急程度進(jìn)行數(shù)字劃分，對(duì)于不同等級(jí)的信息，采用不同的報(bào)警方式，提高預(yù)警的效果。段數(shù)信息，用于信息正文的定位和重組。

圖4　RDS應(yīng)急信息塊

（2）信息存儲(chǔ)

為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息在本地的保存與條件檢索功能。本次設(shè)計(jì)采用的Android系統(tǒng)內(nèi)置的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，其輕量級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，完全滿足本次設(shè)計(jì)的需求。根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表

3.3用戶交互模塊

（1）界面交互

用戶交互模塊處理終端與用戶之間的交互，具體實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一是定義用戶界面，二是響應(yīng)用戶的操作。用戶界面包含主界面、應(yīng)急信息查看界面、應(yīng)急語(yǔ)音收聽(tīng)界面、應(yīng)急小知識(shí)查看界面，具體對(duì)應(yīng)參見(jiàn)表3。

（2）聲光報(bào)警

本次設(shè)計(jì)主要通過(guò)震動(dòng)、鈴聲、閃光燈3種方式向用戶預(yù)警。報(bào)警的形式取決于信息等級(jí)：等級(jí)I，系統(tǒng)普通鈴聲；等級(jí)Ⅱ，短暫報(bào)警鈴聲，指示燈閃爍；等級(jí)Ⅲ，持續(xù)報(bào)警鈴聲和震動(dòng)。

3.4終端實(shí)現(xiàn)

依據(jù)上述設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)具體實(shí)現(xiàn)，包含硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。圖5、6、7為關(guān)鍵代碼段截圖和軟件運(yùn)行圖。

表3　用戶交互對(duì)應(yīng)表

圖5　應(yīng)急信息獲取關(guān)鍵代碼圖

圖6　信息處理及保存關(guān)鍵代碼圖

圖7　軟件運(yùn)行圖

4　測(cè)試

基于上述設(shè)計(jì)具體實(shí)現(xiàn)后，進(jìn)行實(shí)際的外場(chǎng)測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中為重點(diǎn)模擬當(dāng)公網(wǎng)癱瘓下的基于RDS技術(shù)的應(yīng)急信息接收，將手機(jī)終端設(shè)置為飛行模式，詳細(xì)測(cè)試條件參見(jiàn)表4。

表4　測(cè)試條件表

終端實(shí)物圖如圖8所示。

基于上述的真實(shí)外場(chǎng)測(cè)試條件，內(nèi)置FPC接收天線的智能手機(jī)終端的有效語(yǔ)音接收距離為3～4km，RDS應(yīng)急文本信息的接收范圍為1～1.5km，即可實(shí)現(xiàn)該覆蓋范圍內(nèi)的應(yīng)急語(yǔ)音與文本信息的覆蓋，且在該有效接收范圍內(nèi)RDS應(yīng)急文本信息的接收時(shí)延如表5所示。

由測(cè)試數(shù)據(jù)可知：在室外環(huán)境下，在有效通信范圍內(nèi)，RDS應(yīng)急信息的接收效率是可靠并且實(shí)時(shí)的，可以滿足應(yīng)急場(chǎng)景的通信要求。

圖8　終端實(shí)物圖

表5　RDS文本接收時(shí)延遲

5　結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了一種應(yīng)急通信終端。通過(guò)對(duì)普通智能手機(jī)終端的軟件APP程序設(shè)計(jì)與硬件內(nèi)置天線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜災(zāi)難場(chǎng)景下特別是在公網(wǎng)癱瘓下公眾對(duì)于應(yīng)急信息的接收。為我國(guó)應(yīng)急通信技術(shù)發(fā)展提供了一種有效的解決方案。

［1］劉春江，馬艷，李玉環(huán)，等.基于調(diào)頻副載波的應(yīng)急廣播消息傳輸協(xié)議探討［J］.電視技術(shù)，2014，38（20）：37-40.

［2］李一兵，黃春子.應(yīng)急通信發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)手段探析［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2014（13）：81.

［3］陳澤虎，倪林，嚴(yán)杰.一種調(diào)頻廣播數(shù)據(jù)接收顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.電視技術(shù)，2014，38（15）：114-117.

［4］余尚林，宗瑞朝.副載波技術(shù)在應(yīng)急廣播系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.電視技術(shù)，2014，38（10）：42-45.

［5］代傳堤，吳多龍，吳艷杰，等.一種緊湊型多頻段手機(jī)內(nèi)置環(huán)形天線的設(shè)計(jì)［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（4）：100-103.

［6］陳去疾，李敬華，郭華磊.JNI在Android硬件開發(fā)中的應(yīng)用［J］.電信快報(bào)，2014，（1）：27-29.

中興服務(wù)業(yè)務(wù)規(guī)模增長(zhǎng)20%創(chuàng)歷史新高

近日，中興通訊宣布，2015年中興服務(wù)業(yè)務(wù)規(guī)模增長(zhǎng)達(dá)20%，創(chuàng)歷史新高。中興通訊全球累計(jì)簽訂超過(guò)177個(gè)管理服務(wù)合同，合同站點(diǎn)數(shù)超過(guò)33.5萬(wàn)個(gè)，運(yùn)維光纜外線超過(guò)33.2萬(wàn)公里；管理服務(wù)交付能力穩(wěn)健提升，服務(wù)全球超過(guò)2.3億用戶。服務(wù)已成為中興通訊重要的業(yè)務(wù)支柱和增長(zhǎng)點(diǎn)。

中興通訊總裁助理、工程服務(wù)部總經(jīng)理陳付啟表示：“在M-ICT時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)在未來(lái)將面臨四大發(fā)展趨勢(shì)：移動(dòng)化、大數(shù)據(jù)、云化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化，ICT服務(wù)領(lǐng)域?qū)⑸疃热诤?。借助先進(jìn)的服務(wù)工具和大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)商在關(guān)注網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的同時(shí)，將更多地聚焦業(yè)務(wù)質(zhì)量的保障、用戶黏度的提升和營(yíng)銷價(jià)值的深度挖掘；與此同時(shí)，服務(wù)領(lǐng)域?qū)⒉粩嘤楷F(xiàn)新的服務(wù)模式和商業(yè)機(jī)會(huì)；跨界應(yīng)用將改變運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)邊界，從而促進(jìn)整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。2016年，中興通訊將進(jìn)一步深化M-ICT戰(zhàn)略，全力打造下一代運(yùn)維管理服務(wù)、RoNPM技術(shù)服務(wù)和數(shù)據(jù)中心透視運(yùn)維三駕馬車，在幫助運(yùn)營(yíng)商降低OPEX的同時(shí)，打造以業(yè)務(wù)和用戶為中心的服務(wù)體系，提升業(yè)務(wù)質(zhì)量，深挖數(shù)據(jù)洪流的商業(yè)價(jià)值，助力運(yùn)營(yíng)商快速穩(wěn)健轉(zhuǎn)型。”

Design and Implementation of Emergency Smart Phone

Hu Zijian，Jiang Ziquan

In order to solve the problem of receiving the public emergency information in complex disaster scenarios，this paper realizes a kind of emergency receiving terminal，which is based on the traditional smart phone and software design.The terminal can receive RDS which broadcast from FM network in time，and warning for people.By this way，it can make up for the lack of public emergency information receiving in public network paralysis.

public emergency；radio data system；intelligent terminal

2016-01-10）