公共安全，已成為世界各國經濟社會正常發(fā)展和國家管理正常運行的重要保障，南美、歐盟、中國香港地區(qū)等已經明確立法，要求運營商必須建設公共預警系統(tǒng)，并要求在當地入網銷售的移動終端必須支持PWS業(yè)務功能。移動通信網絡系統(tǒng)早在GSM時代就設計了PWS（Public Warning System，公共預警系統(tǒng)），在災難來臨前的寶貴幾秒鐘將預警信息發(fā)送到每部手機上，并可以輔之以聲、光等方式進行有效預警，以便公眾快速及時的獲知告警信息，在災害發(fā)生前做好準備，盡可能減少災害所帶來的財產和生命損失。在之后的4/5G通信系統(tǒng)中相關技術和系統(tǒng)架構也在持續(xù)不斷演進。本文基于3GPP相關規(guī)范文本對PWS業(yè)務進行簡要介紹和科普。
PWS的概述
相信去過日本、臺灣等地區(qū)出差旅游的很多朋友都有過夜里被手機嗡鳴聲震醒的經歷，查看手機會發(fā)現如圖1所示的警告提醒信息，然后伴隨著就是一陣晃動，沒錯，這就是PWS地震預警應用場景。
圖1 PWS告警信息提醒
PWS是在地震、海嘯等災害發(fā)生前通過網絡(如公眾移動通信網)向處于危險區(qū)域的公眾提供安全可靠、靈活可信的告警通知，以便民眾提前做好準備，盡可能減少突發(fā)事件造成的重大損失。近年來，全球多地政府開始要求運營商建設公眾事件應急預警系統(tǒng)。
3GPP定義的PWS主要分為以下四大類：
地震和海嘯預警-ETWS(Earthquake and Tsunami Warning System):旨在滿足與地震和/或海嘯事件相關的警告通知要求(參見TS 22.168)。ETWS警告可是主要通知(簡短通知)，也可以是次要通知(提供詳細信息)。ETWS在日本已使用多年。
商業(yè)移動警報-CMAS(Commercial Mobile Alert System):也稱為無線緊急警報（WEA），旨在傳遞多個并發(fā)警告通知(參見TS 22.268)，支持自然災害、安柏、政府通告等多種警報類型且不限制為特定類型的警報，目前已部署或規(guī)劃建設PWS系統(tǒng)的國家/地區(qū)大部分使用的是CMAS。
歐洲公共預警系統(tǒng)-EU-ALERT（European Public Warning System）：類似CMAS，主要用于歐洲等國家。
韓國公共預警系統(tǒng)-KPAS（Korean Public Alert System）：類似CMAS，韓國商用的PWS。
PWS廣播消息的特點如表1所示
整體來說，ETWS用于地震和海嘯警報，局限性比較大。CMAS支持的警報類型較多，且不限制為特定類型的警報，目前大多數國家使用的都是CMAS，我國正在規(guī)劃中的公共預警系統(tǒng)也是選擇使用CMAS警報類型。
基于CMAS的PWS方案和流程
PWS網絡架構
如圖2所示，基于CMAS的PWS小區(qū)廣播服務網絡架構，適用于UTRAN、E-UTRAN、NG-RAN等無線接入方式，小區(qū)廣播中心（CBC，Cell Broadcast Center/CBCF，Cell Broadcast Center Function）接收來自小區(qū)廣播實體（CBE,Cell Broadcast Entity）的預警消息，通過UTRAN、E-UTRAN、NG-RAN向UE發(fā)送預警消息，預警消息發(fā)送的覆蓋區(qū)域可能包括一個小區(qū)、多個小區(qū)或整個移動網絡。
圖2 PWS組網架構
PWS主要網元實體和功能：
小區(qū)廣播實體CBE:負責廣播預警信息格式化的所有功能，包括將廣播預警消息拆分為多個頁面,屬于第三方網元，與CBC的之間的接口協議不在3GPP中定義。國外一般使用ITU CAP v1.2協議，也可以使用自定義私有協議。
小區(qū)廣播中心CBC/CBCF:屬于核心網，將從CBE收到的告警消息通過MME/AMF發(fā)送給E-UTRAN/NG-RAN，支持替換、取消廣播消息，提供消息內容、消息ID、廣播次數和廣播周期等。CBC/CBCF可連接到多個BSC/RNCs/MMEs/AMF/PWS IWF,同時也可連接到多個CBE。
關鍵業(yè)務流程
相較于標準部署方案及業(yè)務流程，我國規(guī)劃部署中的PWS在小區(qū)廣播業(yè)務中使用數字簽名技術實現對消息的簽名和校驗，確保消息的完整性和可靠性。主要業(yè)務流程主要包括以下幾步：
第一步密鑰管理及分發(fā)。密鑰管理中心生成密鑰后，在本地保留私鑰用于簽名。公鑰采用安全可信的方式發(fā)送至公鑰分發(fā)平臺，通過互聯網向終端用戶提供公鑰證書下載服務。終端企業(yè)也可自建公鑰證書分發(fā)平臺，通過互聯網或OTA升級的方式向本企業(yè)終端發(fā)送公鑰。
第二步預警信息發(fā)布。當政府及相關機構接到公共安全警報信息后，迅速將即將發(fā)生的災害信息發(fā)送至小區(qū)廣播業(yè)務管理中心（即小區(qū)廣播實體CBE）。這些信息包括預警消息類型、消息等級、預計發(fā)生的區(qū)域范圍、預警消息內容以及信息的發(fā)布時效、發(fā)送頻次等關鍵數據。
第三步廣播消息數字簽名及分發(fā)。小區(qū)廣播業(yè)務管理中心將預警消息規(guī)整后轉發(fā)至運營商網絡的小區(qū)廣播中心（CBC/CBCF）。CBCF將消息正文發(fā)送至密鑰管理中心申請安全加密數字簽名，密鑰管理中心對正文簽名后向CBC/CBCF返回簽名后的消息，CBC/CBCF依據預警消息中的地理信息以及本地配置的AMF及基站的TAC（跟蹤區(qū)域碼）信息，將信息發(fā)送至相應的AMF。
第四步消息廣播。AMF在接收到CBC/CBCF發(fā)送的廣播消息請求后，依據TA（跟蹤區(qū)域）ID列表判斷需要向哪些區(qū)域的基站發(fā)送預警消息，并將預警廣播消息傳達至目標基站�；驹谑盏紸MF發(fā)送的廣播消息請求后，選擇特定的小區(qū)通過廣播方式將預警信息發(fā)送給該區(qū)域內的所有用戶。
第五步用戶接收與提醒。用戶終端（如手機）在接收到預警消息后，對消息簽名進行驗證，根據驗證結果選擇顯示或丟棄。終端驗證通過后會在設備界面上顯示這些信息。對于優(yōu)先級較高的消息，除了視覺提示外，還會伴有聲音等輔助提醒功能，確保用戶能夠及時注意到這些緊急信息。
典型應用場景
自然災害預警
當地震、海嘯、颶風等自然災害即將發(fā)生時，PWS能及時、準確地向公眾頒布告警通知，在災難來臨前的寶貴幾秒鐘將預警信息或者避險指示發(fā)送到公眾手機上，公眾用戶收到告警通知后，可以及時釆取恰當的措施保護家庭和自己免受嚴重傷害。
火災警報
當林草、森林等地區(qū)出現火災時，通過PWS及時通知附近群眾，提醒公眾及時撤離或不要靠近災情區(qū)域。
政府通知
PWS具備接入多種信息發(fā)布中心的能力，可以在特定目標區(qū)域、固定行政區(qū)域、全網區(qū)域等進行政府重要通知的廣播，及時向公眾通報重要信息和政策指示。
緊急廣播
類似美國的安柏警戒（AMBER Alert），當兒童走失或者發(fā)生兒童綁架案時，通過PWS以最快的速度將有關案件的可公開信息在指定的區(qū)域內向公眾傳播，內容通常包含被綁架者/走失兒童的描述、時間、綁架嫌犯的描述以及綁匪車輛的描述和車牌號碼等內容。這些信息通過終端強制性接收迅速傳播出去，收到警報的人們看到相關的信息之后就可以為警方提供線索，嫌疑人在看到警報后也可能迫于壓力自行將綁架兒童釋放。
結語
公共安全，是全球各國經濟社會正常發(fā)展和國家管理正常運行的重要保障。為了避免人類在遇到突發(fā)重大自然災害中遇到的傷害，PWS的引入可及時預警、指導公眾快速應對，是減少人員和財產損失的有效手段。近年來公共預警技術越來越受到研究機構、標準化組織和各國政府的重視，表明公共預警技術已成為應急通信領域新的技術趨勢，這些事前的監(jiān)測和預警手段的使用，從時間維度上為現有應急通信事后處理提供很好的輔助和補充，標志著公共安全保障步入一個新的時代。
