公共安全，已成為世界各國經濟社會正常發展和國家管理正常運行的重要保障，南美、歐盟、中國香港地區等已經明確立法，要求運營商必須建設公共預警系統，并要求在當地入網銷售的移動終端必須支持PWS業務功能。移動通信網絡系統早在GSM時代就設計了PWS（Public Warning System，公共預警系統），在災難來臨前的寶貴幾秒鐘將預警信息發送到每部手機上，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通信系統中相關技術和系統架構也在持續不斷演進。本文基于3GPP相關規范文本對PWS業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、海嘯等災害發生前通過網絡(如公眾移動通信網)向處于危險區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。

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，目前已部署或規劃建設PWS系統的國家/地區大部分使用的是CMAS。

歐洲公共預警系統-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-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，我國正在規劃中的公共預警系統也是選擇使用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，小區廣播中心（CBC，Cell Broadcast Center/CBCF，Cell Broadcast Center Function）接收來自小區廣播實體（CBE,Cell Broadcast Entity）的預警消息，通過UTRAN、E-UTRAN、NG-RAN向UE發送預警消息，預警消息發送的覆蓋區域可能包括一個小區、多個小區或整個移動網絡。

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。

關鍵業務流程

相較于標準部署方案及業務流程，我國規劃部署中的PWS在小區廣播業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。主要業務流程主要包括以下幾步：

第一步密鑰管理及分發。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送至公鑰分發平臺，通過互聯網向終端用戶提供公鑰證書下載服務。終端企業也可自建公鑰證書分發平臺，通過互聯網或OTA升級的方式向本企業終端發送公鑰。

第二步預警信息發布。當政府及相關機構接到公共安全警報信息后，迅速將即將發生的災害信息發送至小區廣播業務管理中心（即小區廣播實體CBE）。這些信息包括預警消息類型、消息等級、預計發生的區域范圍、預警消息內容以及信息的發布時效、發送頻次等關鍵數據。

第三步廣播消息數字簽名及分發。小區廣播業務管理中心將預警消息規整后轉發至運營商網絡的小區廣播中心（CBC/CBCF）。CBCF將消息正文發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（跟蹤區域碼）信息，將信息發送至相應的AMF。

第四步消息廣播。AMF在接收到CBC/CBCF發送的廣播消息請求后，依據TA（跟蹤區域）ID列表判斷需要向哪些區域的基站發送預警消息，并將預警廣播消息傳達至目標基站。基站在收到AMF發送的廣播消息請求后，選擇特定的小區通過廣播方式將預警信息發送給該區域內的所有用戶。

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域。

政府通知

PWS具備接入多種信息發布中心的能力，可以在特定目標區域、固定行政區域、全網區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。