公共安全，已成为世界各国经济社会正常发展和国家管理正常运行的重要保障，南美、欧盟、中国香港地区等已经明确立法，要求运营商必须建设公共预警系统，并要求在当地入网销售的移动终端必须支持PWS业务功能。移动通信网络系统早在GSM时代就设计了PWS（Public Warning System，公共预警系统），在灾难来临前的宝贵几秒钟将预警信息发送到每部手机上，并可以辅之以声、光等方式进行有效预警，以便公众快速及时的获知告警信息，在灾害发生前做好准备，尽可能减少灾害所带来的财产和生命损失。在之后的4/5G通信系统中相关技术和系统架构也在持续不断演进。本文基于3GPP相关规范文本对PWS业务进行简要介绍和科普。
PWS的概述
相信去过日本、台湾等地区出差旅游的很多朋友都有过夜里被手机嗡鸣声震醒的经历，查看手机会发现如图1所示的警告提醒信息，然后伴随着就是一阵晃动，没错，这就是PWS地震预警应用场景。
图1 PWS告警信息提醒
PWS是在地震、海啸等灾害发生前通过网络(如公众移动通信网)向处于危险区域的公众提供安全可靠、灵活可信的告警通知，以便民众提前做好准备，尽可能减少突发事件造成的重大损失。近年来，全球多地政府开始要求运营商建设公众事件应急预警系统。
3GPP定义的PWS主要分为以下四大类：
地震和海啸预警-ETWS(Earthquake and Tsunami Warning System):旨在满足与地震和/或海啸事件相关的警告通知要求(参见TS 22.168)。ETWS警告可是主要通知(简短通知)，也可以是次要通知(提供详细信息)。ETWS在日本已使用多年。
商业移动警报-CMAS(Commercial Mobile Alert System):也称为无线紧急警报（WEA），旨在传递多个并发警告通知(参见TS 22.268)，支持自然灾害、安柏、政府通告等多种警报类型且不限制为特定类型的警报，目前已部署或规划建设PWS系统的国家/地区大部分使用的是CMAS。
欧洲公共预警系统-EU-ALERT（European Public Warning System）：类似CMAS，主要用于欧洲等国家。
韩国公共预警系统-KPAS（Korean Public Alert System）：类似CMAS，韩国商用的PWS。
PWS广播消息的特点如表1所示
整体来说，ETWS用于地震和海啸警报，局限性比较大。CMAS支持的警报类型较多，且不限制为特定类型的警报，目前大多数国家使用的都是CMAS，我国正在规划中的公共预警系统也是选择使用CMAS警报类型。
基于CMAS的PWS方案和流程
PWS网络架构
如图2所示，基于CMAS的PWS小区广播服务网络架构，适用于UTRAN、E-UTRAN、NG-RAN等无线接入方式，小区广播中心（CBC，Cell Broadcast Center/CBCF，Cell Broadcast Center Function）接收来自小区广播实体（CBE,Cell Broadcast Entity）的预警消息，通过UTRAN、E-UTRAN、NG-RAN向UE发送预警消息，预警消息发送的覆盖区域可能包括一个小区、多个小区或整个移动网络。
图2 PWS组网架构
PWS主要网元实体和功能：
小区广播实体CBE:负责广播预警信息格式化的所有功能，包括将广播预警消息拆分为多个页面,属于第三方网元，与CBC的之间的接口协议不在3GPP中定义。国外一般使用ITU CAP v1.2协议，也可以使用自定义私有协议。
小区广播中心CBC/CBCF:属于核心网，将从CBE收到的告警消息通过MME/AMF发送给E-UTRAN/NG-RAN，支持替换、取消广播消息，提供消息内容、消息ID、广播次数和广播周期等。CBC/CBCF可连接到多个BSC/RNCs/MMEs/AMF/PWS IWF,同时也可连接到多个CBE。
关键业务流程
相较于标准部署方案及业务流程，我国规划部署中的PWS在小区广播业务中使用数字签名技术实现对消息的签名和校验，确保消息的完整性和可靠性。主要业务流程主要包括以下几步：
第一步密钥管理及分发。密钥管理中心生成密钥后，在本地保留私钥用于签名。公钥采用安全可信的方式发送至公钥分发平台，通过互联网向终端用户提供公钥证书下载服务。终端企业也可自建公钥证书分发平台，通过互联网或OTA升级的方式向本企业终端发送公钥。
第二步预警信息发布。当政府及相关机构接到公共安全警报信息后，迅速将即将发生的灾害信息发送至小区广播业务管理中心（即小区广播实体CBE）。这些信息包括预警消息类型、消息等级、预计发生的区域范围、预警消息内容以及信息的发布时效、发送频次等关键数据。
第三步广播消息数字签名及分发。小区广播业务管理中心将预警消息规整后转发至运营商网络的小区广播中心（CBC/CBCF）。CBCF将消息正文发送至密钥管理中心申请安全加密数字签名，密钥管理中心对正文签名后向CBC/CBCF返回签名后的消息，CBC/CBCF依据预警消息中的地理信息以及本地配置的AMF及基站的TAC（跟踪区域码）信息，将信息发送至相应的AMF。
第四步消息广播。AMF在接收到CBC/CBCF发送的广播消息请求后，依据TA（跟踪区域）ID列表判断需要向哪些区域的基站发送预警消息，并将预警广播消息传达至目标基站。基站在收到AMF发送的广播消息请求后，选择特定的小区通过广播方式将预警信息发送给该区域内的所有用户。
第五步用户接收与提醒。用户终端（如手机）在接收到预警消息后，对消息签名进行验证，根据验证结果选择显示或丢弃。终端验证通过后会在设备界面上显示这些信息。对于优先级较高的消息，除了视觉提示外，还会伴有声音等辅助提醒功能，确保用户能够及时注意到这些紧急信息。
典型应用场景
自然灾害预警
当地震、海啸、飓风等自然灾害即将发生时，PWS能及时、准确地向公众颁布告警通知，在灾难来临前的宝贵几秒钟将预警信息或者避险指示发送到公众手机上，公众用户收到告警通知后，可以及时釆取恰当的措施保护家庭和自己免受严重伤害。
火灾警报
当林草、森林等地区出现火灾时，通过PWS及时通知附近群众，提醒公众及时撤离或不要靠近灾情区域。
政府通知
PWS具备接入多种信息发布中心的能力，可以在特定目标区域、固定行政区域、全网区域等进行政府重要通知的广播，及时向公众通报重要信息和政策指示。
紧急广播
类似美国的安柏警戒（AMBER Alert），当儿童走失或者发生儿童绑架案时，通过PWS以最快的速度将有关案件的可公开信息在指定的区域内向公众传播，内容通常包含被绑架者/走失儿童的描述、时间、绑架嫌犯的描述以及绑匪车辆的描述和车牌号码等内容。这些信息通过终端强制性接收迅速传播出去，收到警报的人们看到相关的信息之后就可以为警方提供线索，嫌疑人在看到警报后也可能迫于压力自行将绑架儿童释放。
结语
公共安全，是全球各国经济社会正常发展和国家管理正常运行的重要保障。为了避免人类在遇到突发重大自然灾害中遇到的伤害，PWS的引入可及时预警、指导公众快速应对，是减少人员和财产损失的有效手段。近年来公共预警技术越来越受到研究机构、标准化组织和各国政府的重视，表明公共预警技术已成为应急通信领域新的技术趋势，这些事前的监测和预警手段的使用，从时间维度上为现有应急通信事后处理提供很好的辅助和补充，标志着公共安全保障步入一个新的时代。
