公共安全，已成為世界各國經(jīng)濟(jì)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(jīng)明確立法，要求運營商必須建設(shè)公共預(yù)警系統(tǒng)，并要求在當(dāng)?shù)厝刖W(wǎng)銷售的移動終端必須支持PWS業(yè)務(wù)功能。移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)早在GSM時代就設(shè)計了PWS（Public Warning System，公共預(yù)警系統(tǒng)），在災(zāi)難來臨前的寶貴幾秒鐘將預(yù)警信息發(fā)送到每部手機上，并可以輔之以聲、光等方式進(jìn)行有效預(yù)警，以便公眾快速及時的獲知告警信息，在災(zāi)害發(fā)生前做好準(zhǔn)備，盡可能減少災(zāi)害所帶來的財產(chǎn)和生命損失。在之后的4/5G通信系統(tǒng)中相關(guān)技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)也在持續(xù)不斷演進(jìn)。本文基于3GPP相關(guān)規(guī)范文本對PWS業(yè)務(wù)進(jìn)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(jīng)歷，查看手機會發(fā)現(xiàn)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(yù)警應(yīng)用場景。
圖1 PWS告警信息提醒
PWS是在地震、海嘯等災(zāi)害發(fā)生前通過網(wǎng)絡(luò)(如公眾移動通信網(wǎng))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(zhǔn)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(shè)公眾事件應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。
3GPP定義的PWS主要分為以下四大類：
地震和海嘯預(yù)警-ETWS(Earthquake and Tsunami Warning System):旨在滿足與地震和/或海嘯事件相關(guān)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(xì)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(zāi)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(shè)PWS系統(tǒng)的國家/地區(qū)大部分使用的是CMAS。
歐洲公共預(yù)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(yù)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(shù)國家使用的都是CMAS，我國正在規(guī)劃中的公共預(yù)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(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
如圖2所示，基于CMAS的PWS小區(qū)廣播服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，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(yù)警消息，通過UTRAN、E-UTRAN、NG-RAN向UE發(fā)送預(yù)警消息，預(yù)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(wǎng)絡(luò)。
圖2 PWS組網(wǎng)架構(gòu)
PWS主要網(wǎng)元實體和功能：
小區(qū)廣播實體CBE:負(fù)責(zé)廣播預(yù)警信息格式化的所有功能，包括將廣播預(yù)警消息拆分為多個頁面,屬于第三方網(wǎng)元，與CBC的之間的接口協(xié)議不在3GPP中定義。國外一般使用ITU CAP v1.2協(xié)議，也可以使用自定義私有協(xié)議。
小區(qū)廣播中心CBC/CBCF:屬于核心網(wǎng)，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(nèi)容、消息ID、廣播次數(shù)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(guān)鍵業(yè)務(wù)流程
相較于標(biāo)準(zhǔn)部署方案及業(yè)務(wù)流程，我國規(guī)劃部署中的PWS在小區(qū)廣播業(yè)務(wù)中使用數(shù)字簽名技術(shù)實現(xiàn)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(wù)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(lián)網(wǎng)向終端用戶提供公鑰證書下載服務(wù)。終端企業(yè)也可自建公鑰證書分發(fā)平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)或OTA升級的方式向本企業(yè)終端發(fā)送公鑰。
第二步預(yù)警信息發(fā)布。當(dāng)政府及相關(guān)機構(gòu)接到公共安全警報信息后，迅速將即將發(fā)生的災(zāi)害信息發(fā)送至小區(qū)廣播業(yè)務(wù)管理中心（即小區(qū)廣播實體CBE）。這些信息包括預(yù)警消息類型、消息等級、預(yù)計發(fā)生的區(qū)域范圍、預(yù)警消息內(nèi)容以及信息的發(fā)布時效、發(fā)送頻次等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
第三步廣播消息數(shù)字簽名及分發(fā)。小區(qū)廣播業(yè)務(wù)管理中心將預(yù)警消息規(guī)整后轉(zhuǎn)發(fā)至運營商網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(jù)預(yù)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(yīng)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(jù)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(yù)警消息，并將預(yù)警廣播消息傳達(dá)至目標(biāo)基站。基站在收到AMF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(yù)警信息發(fā)送給該區(qū)域內(nèi)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(yù)警消息后，對消息簽名進(jìn)行驗證，根據(jù)驗證結(jié)果選擇顯示或丟棄。終端驗證通過后會在設(shè)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(yīng)用場景
自然災(zāi)害預(yù)警
當(dāng)?shù)卣稹⒑[、颶風(fēng)等自然災(zāi)害即將發(fā)生時，PWS能及時、準(zhǔn)確地向公眾頒布告警通知，在災(zāi)難來臨前的寶貴幾秒鐘將預(yù)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(dāng)?shù)拇胧┍Ｗo(hù)家庭和自己免受嚴(yán)重傷害。
火災(zāi)警報
當(dāng)林草、森林等地區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)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(zāi)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(biāo)區(qū)域、固定行政區(qū)域、全網(wǎng)區(qū)域等進(jìn)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(dāng)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(guān)案件的可公開信息在指定的區(qū)域內(nèi)向公眾傳播，內(nèi)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(nèi)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(guān)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(jié)語
公共安全，是全球各國經(jīng)濟(jì)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(zāi)害中遇到的傷害，PWS的引入可及時預(yù)警、指導(dǎo)公眾快速應(yīng)對，是減少人員和財產(chǎn)損失的有效手段。近年來公共預(yù)警技術(shù)越來越受到研究機構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化組織和各國政府的重視，表明公共預(yù)警技術(shù)已成為應(yīng)急通信領(lǐng)域新的技術(shù)趨勢，這些事前的監(jiān)測和預(yù)警手段的使用，從時間維度上為現(xiàn)有應(yīng)急通信事后處理提供很好的輔助和補充，標(biāo)志著公共安全保障步入一個新的時代。
