基于蜂窝的公共警报系统和其操作方法与流程

1.本发明涉及基于蜂窝的公共警报系统和其操作方法。


背景技术：

2.灾区位置可为自然过程，例如，地震、洪水、火灾等，和/或人为过程，例如，军事空袭、核爆炸等的结果。灾区位置通常是从几平方公里到几千平方公里的大片土地。一些灾难会影响一片连续的土地，例如，沿着海岸线。其它灾难，例如，森林火灾，可能影响几块间隔开的土地。
3.各国最近已成功地部署了基于蜂窝的公共警报系统(pws)以用于将警报和通知(在下文中被称作小区广播(cb)消息)广播到处于灾区位置中的用户设备。pws指挥中心工作人员的首要任务中的一个是尽可能准确地和尽可能快速地确定灾区位置，以用于将cb消息传输到处于灾区位置中的所有用户设备且不将cb消息传输到不处于灾区位置中的用户设备。意欲在灾区位置中接收cb消息的所有用户设备应接收到相同消息，而不管它们对特定蜂窝运营商的订阅如何。灾区位置的确定是基于来自遥感设备的传入信息和/或来自救援人员、警卫队、受影响公民等的紧急呼叫。遥感设备包含例如地震检测器、洪水检测器、火灾检测器等。
4.基于蜂窝的pws需要至少一个网络实体小区广播控制器(cbc)以用于将cb消息广播到小区。一些基于蜂窝的pws采用连接到提供蜂窝服务的所有蜂窝运营商的所有代蜂窝网络的单个cbc。其它基于蜂窝的pws采用作为蜂窝运营商的蜂窝网络的部分的cbc。蜂窝运营商可部署同时在其一个或多个蜂窝网络上无缝地传输cb消息的单个cbc。替代地，蜂窝运营商可针对其一个或多个蜂窝网络中的每一个部署专用cbc。无论所部署cbc的数目如何，基于蜂窝的pws都需要所有用户设备接收小区广播消息，而不管用户设备是哪一蜂窝运营商的订户。
5.基于蜂窝的pws包含与一个或多个cbc实时双向通信的计算机实施的pws控制器。计算机实施的pws控制器包含地理区域上的蜂窝服务图。此类蜂窝服务图包含所有蜂窝运营商的所有代蜂窝网络。此类计算机实施的pws控制器具有一个或多个计算机屏幕以用于显示地理区域的地理图和叠加在地理图上的蜂窝服务图。地理区域的一些子区域，例如，沙漠地区、山区、人口稀少地区等，可能不具有蜂窝服务，并且因此cb消息无法广播到处于此类子区域中的用户设备。pws指挥中心工作人员将灾区位置叠加在地理图上以用于辅助确定需要哪些小区来广播cb消息。
6.电信标准机构已发布了关于基于蜂窝的公共警报系统和小区广播控制器的技术标准。此类电信标准机构尤其包含第三代合作伙伴计划(3gpp
tm
)、电信行业协会(tia)和电信行业解决方案联盟(atis)。参考以下三项技术标准：
7.1)3gpp ts 22.268v16.3.0(2019-06)，标题为技术规范小组服务和系统方面：公共警报系统(pws)要求(版本16)
8.2)3gpp ts 23.041v16.2.0(2019-12)，标题为技术规范小组核心网络和终端：小
区广播服务的技术实现(版本16)
9.3)j-std-101商业移动警示系统联邦警示网关到商业移动服务提供商网关接口规范
10.技术标准尤其包含用于确保pws准备好在需要时在灾区位置中广播cb消息的维护协议。此类维护协议包含计算机实施的pws控制器，其例行地起始cbc状态检查以提示每一cbc在小区能够传输cb消息方面检查其相关联的众多小区中的每一小区的可操作性。在其相关联小区中的一个或多个的不可操作性的情况下，每一cbc进行相同更新，使得计算机实施的pws控制器具有关于每一蜂窝运营商的可操作小区和不可操作小区的更新后信息。关于此类维护协议的技术标准3gpp 23.041(v16.3.0(2020-03))章节是：
11.●
针对2g/3g的第9.2.10节和第9.2.12节
12.●
针对4g的第9.2.22节和第9.2.23节
13.●
针对5g的第9.2.32节和第9.2.33节


技术实现要素：

14.本发明是基于以下认识：可通过灾难发生对蜂窝网络的破坏性影响来估计灾区位置，所述破坏性影响使所述蜂窝网络的小区中的至少一些在能够传输cb消息方面不可操作。此类破坏性影响可在cbc与小区之间的任何节点处发生。此类节点尤其包含基站、天线站点等。本发明设想基于蜂窝的计算机实施的pws控制器，其具有决策逻辑，所述决策逻辑被编程为基于提供至少部分地重叠的蜂窝服务的至少两个蜂窝网络的可操作小区和不可操作小区而估计灾区位置。灾区位置可被估计为圆形、卵形、椭圆形和多边形。可操作小区被假定为指示不存在灾区位置。但不可操作小区可能由于常规电气和/或机械故障而不可操作，并且因此不一定指示灾难。常规电气故障包含例如保险丝烧断等。常规机械故障包含例如电气组件断开连接等。
15.换句话说，本发明采用可操作小区和不可操作小区两者作为遥感设备，以用于将传入信息提供到计算机实施的pws控制器以估计在几平方公里到几千平方公里范围内的灾区位置。特定计算机实施的pws控制器的决策逻辑高度依赖于本地因素，尤其包含本地拓扑、本地天气条件、提供本地蜂窝服务的一个或多个蜂窝网络等。一般来说，在同一地理区域上提供至少部分地重叠的蜂窝服务的蜂窝网络越多以及提供重叠蜂窝服务的小区越多，计算机实施的pws控制器就可越好地估计灾区位置。因此，本发明的计算机实施的pws控制器可支持pws指挥中心工作人员发挥作用以处置灾难事件。
附图说明
16.为了理解本发明并且明白可实际上如何执行本发明，现在将参考附图仅借助于非限制性实例描述优选实施例，其中用相同的编号表示类似的部分，并且其中
17.图1a到图1c是在同一地理区域上提供蜂窝服务的三个蜂窝运营商的蜂窝服务覆盖范围的示意图；
18.图1d是三个蜂窝服务覆盖范围的叠加的示意图；
19.图2是与用于将小区广播(cb)消息广播到用户设备的三个蜂窝运营商的小区广播控制器双向通信的计算机实施的公共警报系统控制器的示意图；
20.图3是计算机实施的公共警报系统控制器的操作的流程图；以及
21.图4是用于提供蜂窝服务的天线站点的示意性布局和包含关于天线站点的信息的表。
具体实施方式
22.蜂窝运营商通常拥有一个或多个不同代蜂窝网络，即，2g蜂窝网络、3g蜂窝网络、4g蜂窝网络和5g蜂窝网络。蜂窝运营商的两个或更多个蜂窝网络通常具有至少部分地重叠的网络覆盖区域。每一代蜂窝网络包含与天线站点双向通信的网络侧实体，所述天线站点各自具有天线阵列，所述天线阵列各自具有提供蜂窝服务的至少一个天线。不同代蜂窝网络具有如下不同的网络侧实体：2g蜂窝网络包含基站控制器(bsc)。3g蜂窝网络包含无线电网络控制器(rnc)。在4g蜂窝网络和5g蜂窝网络中，小区分别连接到enodeb和gnodeb(nr-nb)，其中到小区的连接性是通过4g的移动性管理实体(mme)和5g的接入和移动性管理功能(amf)实现的。蜂窝运营商可将不同代天线安装在同一天线站点处以用于节省成本、减少维护需要等。举例来说，蜂窝运营商可安装天线阵列，所述天线阵列包含一个或多个2g天线、一个或多个3g天线、一个或多个4g天线和一个或多个5g天线。
23.各国通常具有两个或更多个竞争性蜂窝运营商。蜂窝运营商通常具有与其竞争者相同代蜂窝网络中的至少一些。不同蜂窝运营商通常具有用于其天线阵列的不同天线站点。然而，蜂窝运营商可共享天线站点以用于节省成本、减少维护需要等。出于本说明书的目的，天线站点的天线阵列可包含所有蜂窝运营商的所有代天线。
24.图1a到图1c示意性地展示地理区域10和三个蜂窝运营商c01、co2和co3，所述三个蜂窝运营商分别提供蜂窝服务覆盖范围20、21和22。地理区域可包含不具有蜂窝服务的一个或多个部分。在本发明的情况下，地理区域10具有两个不具有蜂窝服务的子区域11和12。此类子区域通常是自然形成的，例如，山区、湖泊、沙漠区域等。地理区域10的偏远或人口稀少的子区域可仅从单个蜂窝运营商接收蜂窝服务。地理区域10的人口密集的子区域通常从所有三个蜂窝运营商co1、c02和co3接收蜂窝服务。
25.图1a到图1c展示每一蜂窝运营商co1、c02和co3具有与2g蜂窝网络、3g蜂窝网络、4g蜂窝网络和5g蜂窝网络中的一个或多个双向通信的单个小区广播控制器(cbc)。蜂窝运营商co1具有与2g蜂窝网络2g1、4g蜂窝网络4g1和5g蜂窝网络5g1双向通信的cbc1。蜂窝运营商co2具有与2g蜂窝网络2g2、4g蜂窝网络4g2和5g蜂窝网络5g2双向通信的cbc2。蜂窝运营商co3具有与3g蜂窝网络3g3、4g蜂窝网络4g3和5g蜂窝网络5g3双向通信的cbc3。不同代蜂窝网络提供至少部分地重叠的蜂窝服务。在替代部署中，每一蜂窝运营商可能具有针对每一代蜂窝网络的专用cbc。在另一个替代部署中，蜂窝运营商可能甚至不具有单个cbc，而是批准第三方的外部cbc连接到他们的小区。图1d展示三个蜂窝服务覆盖范围20、21和22的叠加23。蜂窝运营商c01、co2和co3以组合方式在除子区域11和12以外的整个地理区域10上提供蜂窝服务覆盖范围。
26.图2展示与cbc1、cbc2和cbc3双向通信的计算机实施的公共警报系统控制器(pwsc)30。在替代部署中，pwsc 30可能与单个cbc双向通信，所述单个cbc又与蜂窝运营商co1的蜂窝网络2g1、4g1和5g1、蜂窝运营商co2的蜂窝网络2g2、4g2和5g2以及蜂窝运营商co3的蜂窝网络3g3、4g3和5g3双向通信。
27.pwsc 30包含计算机显示器31以用于显示地理区域10的地理图32。pwsc 30显示叠加在地理图32上的蜂窝运营商co1的蜂窝网络覆盖范围、蜂窝运营商co2的蜂窝网络覆盖范围和蜂窝运营商co3的蜂窝网络覆盖范围的蜂窝服务图。蜂窝服务图包含在地理区域10上提供蜂窝服务的所有蜂窝运营商的所有蜂窝网络的所有天线站点的gps位置。
28.pwsc 30被编程有决策逻辑33以用于基于地理区域10上的可操作小区和不可操作小区而估计灾区位置。一些决策逻辑适用于单个天线站点。其它决策逻辑适用于所谓的“天线站点集群”，即，两个或多个天线站点，其在地理上彼此足够接近，从而假定影响天线站点集群中的一个天线站点的灾难也会影响天线站点集群中的其它天线站点。因此，关于天线站点集群的决策取决于若干因素，尤其包含本地地形、天线站点密度等，并且是pwsc 30的设置的部分。值得注意的是，决定是否将两个或更多个天线站点视为天线站点集群忽略了天线站点是否属于同一蜂窝运营商的考虑因素。决策逻辑还可基于所编译信息而从弱指示到强指示对灾难发生的可能性进行分级。可从中编译信息的蜂窝网络的数目越大，pwsc 30的决策逻辑的可靠性就越高。
29.本发明的决策逻辑意欲在2
×
2混淆矩阵的真阳性(tp)、真阴性(tn)、假阳性(fp)和假阴性(fn)的四个后果之间进行平衡，其中“灾难发生”是阳性类别，并且“无灾难发生”是阴性类别。就pwsc 30的决策逻辑的可靠性而言，tp和tn是期望结果。就pwsc 30的决策逻辑的可靠性而言，fp和fn是不期望结果。此外，fp可能导致针对不存在的灾难采取行动，而fn可能导致对灾难发生的响应延迟。
30.示例性决策逻辑包含：
31.决策逻辑1：具有至少一个可操作小区的单个天线站点排除灾区位置在所述天线站点处。此决策逻辑是基于满足以下的前提：无论天线站点是否具有一个或多个不可操作小区，只要所述天线站点具有至少一个可操作小区，所述天线站点就不位于灾区位置处。
32.决策逻辑2：具有拥有同一蜂窝运营商的至少两代天线的不可操作天线阵列的单个天线站点是灾区位置的相对弱指示，因为不可操作性可能归因于蜂窝运营商的故障而非灾难。
33.决策逻辑3：具有属于至少两个不同蜂窝运营商的不可操作天线阵列的单个天线站点是灾区位置的相对强指示。
34.决策逻辑4：具有不可操作天线阵列的天线站点集群是灾区位置的强指示，并且在所述天线站点属于不同蜂窝运营商的情况下甚至更强。
35.决策逻辑5：具有至少一个不可操作小区的天线站点集群中具有至少一个可操作小区的天线站点排除灾区位置在具有至少一个不可操作小区的天线站点处。
36.pwsc 30确定灾区位置的灾区边界。灾区边界可为简单形状，例如圆形、卵形、椭圆形等，或多边形。pwsc 30显示叠加在地理图32上的灾区位置，例如，灾区位置34a和34b。pwsc 30确定灾区位置中的可操作小区以用于将cb消息广播到用户设备。
37.图3展示计算机实施的pwsc 30执行以下步骤以用于估计灾区位置：
38.步骤1：将提供蜂窝服务的小区的位置存储到用户设备。
39.步骤2：例行地起始cbc状态检查以提示每一cbc检查其相关联的众多小区中的每一小区的可操作性。此类例行检查可为例如每日两次，在6am和6pm。
40.步骤3：编译关于每一蜂窝网络的可操作小区和不可操作小区的信息。
41.步骤4：基于来自至少两个蜂窝网络的所编译信息而采用决策逻辑来估计灾区位置。
42.pwsc 30可被编程为在来自一个或多个小区的信息丢失的情况下也能估计灾区位置。
43.计算机实施的pwsc 30可另外执行以下步骤：
44.步骤5：在地理区域的地理图上显示可操作小区和不可操作小区的位置。
45.步骤6：在地理图上显示灾区位置。
46.现在相对于图4的天线站点as-111、as-222、
…
、as-666的示意性布局的若干情境描述pwsc 30的用于确定灾区的决策逻辑，其中天线站点as-111、as-222和as-333被视为天线站点集群，as-444和as-555也是如此。
47.gps位置111处的天线站点as-111具有仅属于蜂窝运营商co1的三个天线的天线阵列：2g天线、4g天线和5g天线。
48.gps位置222处的天线站点as-222具有仅属于蜂窝运营商co2的三个天线的天线阵列：2g天线、4g天线和5g天线。
49.gps位置333处的天线站点as-333具有仅属于蜂窝运营商co3的三个天线的天线阵列：3g天线、4g天线和5g天线。
50.gps位置444处的天线站点as-444具有两个天线的天线阵列：蜂窝运营商co1具有2g天线，并且蜂窝运营商co2具有2g天线。
51.gps位置555处的天线站点as-555具有属于蜂窝运营商co1的单个2g天线的天线阵列。
52.gps位置666处的天线站点as-666具有仅属于蜂窝运营商co1的两个天线的天线阵列：2g天线和4g天线。
53.情境1：
54.天线站点as-111、as-222和as-333：蜂窝运营商co1、co2和co3报告不可操作天线阵列，即，所有小区都不可操作。
55.pwsc决策：高可能性灾区位置在gps位置111、222和333处，如由图2的灾区位置34a标示。
56.情境2：
57.天线站点as-111：蜂窝运营商co1报告不可操作天线阵列，即，所有小区都不可操作。
58.天线站点as-222：蜂窝运营商co2报告不可操作天线阵列，即，所有小区都不可操作。
59.天线站点as-333：蜂窝运营商co3报告可操作天线阵列，即，所有小区都可操作。
60.pwsc决策：无灾区位置在gps位置111、222和333处，因为天线站点as-111、as-222和as-333的集群包含在天线站点as-333处的可操作天线阵列。
61.情境3：
62.天线站点as-444：蜂窝运营商co1报告可操作小区，并且蜂窝运营商co2报告不可操作小区。
63.pwsc决策：无灾区位置在gps位置as-444处，因为天线站点as-444具有可操作小
区。
64.情境4：
65.天线站点as-444：蜂窝运营商co1报告可操作小区，并且蜂窝运营商co2报告可操作小区。
66.天线站点as-555：蜂窝运营商co1报告不可操作小区。
67.pwsc决策：无灾区位置在gps位置555处，因为天线站点as-444和as-555的集群包含在天线站点as-444处的可操作小区。
68.情境5：
69.天线站点as-666：蜂窝运营商co1报告不可操作的2g天线和4g天线。
70.pwsc决策：低可能性灾区位置在gps位置666处，如由图2的灾区位置34b标示，因为单个蜂窝运营商报告不可操作天线。
71.虽然已相对于有限数目的实施例描述了本发明，但应了解，在所附权利要求书的范围内可进行本发明的许多变化、修改和其它应用。