Early warning based on the next generation emergency calling

Abstract

Katastrophen wie Erdbeben, Muren, Überschwemmungen oder Waldbrände erschüttern die Erde fast täglich und führen immer wieder zu Zerstörungen sowie oftmals auch zu Verlust an Menschenleben. Rechtzeitiges Warnen jener, die sich in der Gefahrenzone befinden, ist für Zivilschutzorganisationen daher unerlässlich, um Menschenleben sowie deren Eigentum zu schützen. Sirenen werden häufig zur Alarmierung der Zivilbevölkerung eingesetzt. Weiters informieren Nachrichtensprecher der Radio- und Fernsehstationen über empfohlene Schutzmaßnahmen. Diese Arbeit analysiert bestehende Möglichkeiten zur Alarmierung und entwickelt neue Architekturen. Zunächst wird die Anwendbarkeit des bekannten Short Message Service (SMS) sowie der Cell Broadcast Funktionalität in Mobilfunknetzen untersucht. Basierend auf der Architektur für internetbasierte Notrufe, wird eine Alarmierung mit Hilfe des Session Initiation Protocols (SIP) präsentiert und mittels einer Prototypimplementierung vorgestellt. Weiters wird eine Architektur zur Übertragung der Warnungen mittels Digital Video Broadcast (DVB) vorgeschlagen. Dadurch kann eine Verbesserung gegenüber der derzeitigen Alarmierung erreicht werden. Die in dieser Arbeit vorgeschlagenen Architekturen zur Alarmierung basieren auf Empfangsgeräten, die ihren eigenen Standort ermitteln. Enthält die Alarmierung die Beschreibung des betroffenen Gebiets in einem standardisierten Format, lässt sich feststellen, ob der Benutzer am aktuellen Aufenthaltsort betroffen ist. Dies ist relevant, da Rundfunksender oft große Empfangsgebiete abdecken und nicht immer das ganze Empfangsgebiet von der Katastrophe betroffen ist. Diese gezielte geografische Alarmierung wurde mittels eines weiteren Prototypen in einem terrestrischen DVB-Netz evaluiert. Selbstverständlich ist die Übertragung der Warnungen nur ein Teil der Zivilschutzkette. Je früher jedoch eine Warnung ausgelöst wird und je schneller diese von den Betroffenen registriert wird, desto mehr Menschenleben und Eigentum können in Sicherheit gebracht werden. Die in dieser Arbeit vorgeschlagenen Architekturen zur Alarmierung können dabei einen wesentlichen Beitrag zur effektiven Verteilung der Warnungen an Betroffene leisten.

Disasters like earthquakes, mudslides, floods or wood fires are happening almost every day around the globe, resulting in destroyed property and sometimes even in a high death toll. Early warnings to those at risk is important for civil defence in order to protect lives and property. Sirens are common to alert the population of approaching danger. They are often supplemented by radio and television stations broadcasting further details about the situation. This dissertation analyses existing approaches and presents newly developed methods for early warning message dissemination. First, the popular Short Message Service (SMS) as well as cell broadcast is examined. Second, a framework for early warning based on the architecture for next generation emergency calling over the Internet using the Session Initiation Protocol (SIP) is outlined and demonstrated by a prototype implementation. Third, a framework for dissemination of alerts based on Digital Video Broadcast (DVB) is proposed. The current alert broadcasting via television, where commonly an anchorman reads an announcement out loud, imposes the drawback that messages are only heard by those currently paying attention to the programme. The DVB-based as well as the SIP-based approaches described in this dissertation assume that the receiving device is location-aware and receives alerts in a common, standardized format. Users get notified regardless of their activity but only if affected at their current location. This is especially important when broadcasting warnings via television, which may have large coverage regions (in particular when broadcasted via satellites). Therefore, a second prototype, consisting of an embedded DVB receiver performing location configuration and evaluation of incoming alerts received via DVB was built and analysed. Of course, warnings can only be effective when forecasting and predictions about approaching dangers are available in time. However, the earlier warnings reach the population, the more time people have to prepare. Thus, civil defence starts way before a potential disaster and early warning dissemination as described in this dissertation is only one, but an important component in order to achieve the goal of protecting lives and property.