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、中国香港等已明确立法要求运营商建设公共预警系统，并要求移动终端在当地销售。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（公共预警系统），可以在灾难来临前的宝贵几秒内向每部手机发送预警信息，并可以通过声、光等方式进行补充提供有效的预警手段，使公众能够快速、及时地接收预警信息，做好灾害发生前的准备，最大限度地减少灾害造成的财产和生命损失。相关技术和系统架构将在后续的4/5G通信系统中不断演进。本文结合3GPP相关规范文本对PWS业务进行简要介绍和普及。
PWS概述
相信很多出差到日本、台湾等地区的朋友都有过半夜被手机铃声吵醒的经历。当您检查手机时，您会发现如图1所示的警告消息，随后出现晃动。这是正确的。 ，这就是PWS地震预警的应用场景。
图1 PWS报警信息提醒
PWS是在地震、海啸等灾害发生前，通过网络（如公共移动通信网）向危险地区的公众提供安全、可靠、灵活、可信的预警通知，使公众提前做好准备，最大限度地减少灾害风险。紧急情况的影响。损失惨重。近年来，全球多国政府开始要求运营商建立公共事件应急预警系统。
3GPP定义的PWS主要分为以下四类：
地震和海啸警报 - ETWS（地震和海啸警报系统）：旨在满足与地震和/或海啸事件相关的警报通知要求（请参阅 TS 22.168）。 ETWS 警告可以是主要通知（简短通知）或次要通知（提供详细信息）。 ETWS 在日本已使用多年。
商业移动警报 - CMAS（商业移动警报系统）：也称为无线紧急警报 (WEA)，旨在发送多个并发警报通知（请参阅 TS 22.268），并支持多种警报类型，例如自然灾害、安珀警报和政府警报公告。并且不限于特定类型的警报。目前大多数已经部署或计划建设PWS系统的国家/地区都使用CMAS。
欧洲公共警报系统-EU-alert（欧洲公共警报系统）：与CMAS类似，主要用于欧洲等国家。
韩国公共警报系统-KPAS（韩国公共警报系统）：类似于韩国的商业PWS CMAS。
PWS广播消息的特点如表1所示
总体而言，ETWS用于地震和海啸预警，具有较大的局限性。 CMAS支持多种报警类型，并且不限于特定类型的报警。目前大多数国家都使用CMAS，我国正在规划的公共预警系统也选择使用CMAS报警类型。
基于CMAS的PWS解决方案和流程
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，由小区广播中心（CBC，Cell Broadcast）接收Center/CBCF，小区广播中心功能）从小区广播实体（CBE，小区广播实体），通过UTRAN、E-UTRAN和NG-RAN向UE发送预警消息。发送预警消息的覆盖区域可以包括一个小区、多个小区或者整个移动网络。
图2 PWS组网架构
PWS主要网元实体及功能：
社区广播实体CBE：负责格式化广播警告信息的所有功能，包括将广播警告消息拆分为多个页面。它属于第三方网元，3GPP中没有定义与CBC的接口协议。国外一般采用ITU CAP v1.2协议，也可以采用定制私有协议。
小区广播中心CBC/CBCF：属于核心网。它通过MME/AMF将从CBE接收到的警报消息发送到E-UTRAN/NG-RAN。支持广播消息的替换和取消，提供消息内容、消息ID、广播次数和广播周期等。CBC/CBCF可以连接多个BSC/RNC/MME/AMF/PWS IWF，也可以连接多个 CBE。
关键业务流程
与标准部署方案和业务流程相比，我国正在规划部署的PWS采用数字签名技术对社区广播业务中的消息进行签名和验证，保证消息的完整性和可靠性。主要业务流程主要包括以下步骤：
第一步是密钥管理和分发。密钥管理中心生成密钥后，将私钥保留在本地以供签名。公钥以安全可信的方式发送至公钥分发平台，并通过互联网向最终用户提供公钥证书下载服务。终端企业还可以建立自己的公钥证书分发平台，通过互联网或OTA升级将公钥发送到自己的终端。
第二步是发布预警信息。政府及相关机构收到公共安全预警信息后，迅速将即将发生的灾害信息发送至社区广播业务管理中心（即社区广播实体CBE）。这些信息包括预警消息类型、消息级别、预期发生区域、预警消息内容、信息发布时效性、发送频率等关键数据。
第三步是对广播消息进行数字签名和分发。小区广播业务管理中心将预警消息整理转发给运营商网络的小区广播中心（CBC/CBCF）。 CBCF将消息文本发送到密钥管理中心申请安全加密的数字签名。密钥管理中心对文本进行签名，并将签名后的消息返回给CBC/CBCF。 CBC/CBCF依靠警告消息中的地理信息以及本地配置的AMF和基站的TAC（跟踪区域码）信息发送到对应的AMF。
第四步，消息广播。 AMF接收到CBC/CBCF发送的广播消息请求后，根据TA（跟踪区域）ID列表确定哪些区域基站需要发送警告消息，并将警告广播消息传达给目标基站。基站收到AMF发送的广播消息请求后，选择特定小区向该区域内的所有用户广播告警信息。
第五步：用户接待与提醒。用户终端（如手机）收到警告消息后，对消息签名进行验证，并根据验证结果选择显示或丢弃。终端验证通过后，该信息将显示在设备界面上。对于优先级较高的消息，除了视觉提示外，还会有声音等辅助提醒功能，保证用户能够及时关注这些紧急消息。
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可以及时、准确地向公众发布预警通知，并在灾害发生前的宝贵几秒内向公众手机发送预警信息或避险指令，而公众用户可以在收到报警通知后，及时采取相应措施，保护家人和自己免受严重伤害。
火灾报警器
当草原、森林等地区发生火灾时，通过PWS及时通知附近群众，提醒公众及时疏散或远离灾区。
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、全网区域播放政府重要通知，及时向社会通报重要信息和政策指示。
紧急广播
与美国的安珀警报类似，当发生儿童走失或绑架案件时，有关案件的公开信息会通过PWS以最快的速度向指定区域的公众发布，内容通常包括被绑架者/失踪儿童的描述、一天中的时间、绑架嫌疑人的描述以及绑架者车辆的描述和车牌号。该信息通过终端强制接收快速传播。接到报警的人看到相关信息后可以向警方提供线索。嫌疑人在看到警报后也可能被迫释放被绑架的儿童。
结论
公共安全是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。为了避免人类在突发重大自然灾害中遭受伤害，PWS的引入可以及时预警，引导公众快速应对，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各国研究机构、标准化组织和政府的重视，表明公共预警技术已成为应急通信领域的新的技术趋势。这些事前监测预警手段的运用，为当前的情况提供了及时的解决方案。应急通信后处理提供了良好的辅助和补充，标志着公共安全保障进入了新时代。
