國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
35
第三章、 應急蜂巢式行動通訊網路（CCN）
應急蜂巢式行動通訊網路（Contingency Cellular Network，CCN），以下簡 稱 CCN 網路。CCN 網路的建置目的是在大型災害發生後的交通及通訊尚未修復 之緊急黃金 72 小時救援時期，提供即刻臨時性的通訊。CCN 網路建置於原 2G、
3G 蜂巢式行動通訊網路之上，係利用在災害中服務中斷但結構完好的行動通訊 網路基地台，藉由臨時供應的電力，恢復其運轉，並藉由無線通訊設備[19]連接 鄰近的基地台，再藉由點對點（Hop-by-hop）方式遞送訊號至有對外連線能力之 基地台或通訊節點（如衛星通訊裝置、移動基地台等），形成一臨時性的通訊網 路，使災區人員能藉由 CCN 網路利用手機進行通訊，降低災區的通訊阻礙，進 而提升救災效率。
CCN 網路利用現有的 2G、3G 蜂巢式行動通訊網路建構，由於手機、平板 電腦等行動裝置在現今社會中十分普及，使用者不需要持有額外的設備即可加入 CCN 網路進行通訊，且在大型災害中，基地台運作停擺多肇因於停斷電及後端 線路（Backhaul）的毀損，大部分的斷訊基地台，其實本身並無損壞，若可直接 利用這些既有的基地台設備，則 CCN 網路的建置成本可大幅降低。再者，蜂巢 式行動通訊網路的基地台分佈拓樸，在建置時期即經過完善的設計，不但設置的 地理位置經過測量規劃，而且多設置於高處，訊號良好、無 Line-of-sight 問題，
故在緊急時期，若可直接使用蜂巢式行動通訊網路的基地台，則不須花費額外的 人力及時間選擇 CCN 網路的無線電站台架設地點，可以快速佈建。另外，建置 CCN 網路所需的額外設備（緊急修復包）具有可事前儲備、輕量等優點，當災 害來臨時，可直接由災區內部供應或由直升機空投取得，使得系統建置更為容易。
如圖 3-1 所示，CCN 利用無線通訊設備連結斷訊的基地台群，並將訊號遞
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
36
送至具備與後端核心網路通訊能力之基地台，藉此使斷訊基地台回復通訊。
圖 3-1、CCN 網路架構
3.1、 網路架構
我們先前的研究[18,19,42]發覺大部分斷訊基地台之結構完整，但因停斷電 或後端線路毀損使其無法提供正常服務。因此提出利用空投或直昇機等方式提供 緊急修復包（Contingency Recovery Package，CRP，可儲備於國家防救災中心或 行動電話公司），修復包內含發電機、燃油、無線通訊…等設備，藉由這些基本 設備，使基地台能維持基本運轉，基地台再利用無線通訊設備以跳接方式互連，
回復與核心網路之間的連線，使其能連上後端核心網路，恢復部分通訊功能。應 急蜂巢式行動通訊網路（Contingency Cellular Network）架構如圖 3-1 所示。
我們將基地台依其對外通訊的連線能力，定義如下：
連網台（Survival base station）：可與後端核心網路正常通訊，傳遞資料並 持續提供服務之基地台，稱為連網台，如圖 3-2。連網台的構成要件為其基 地台本身完好或配有衛星等通訊設備，使其具有與後端核心網路通訊之能 力。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
37
圖 3-2、連網台
孤立台（Isolated base station）：無法與後端核心網路通訊，造成通訊服務 提供中斷，但基地台設備本身並無毀損之基地台，稱為孤立台，如圖 3-3。
其形成孤立的原因可能為電力中斷、實體對外線路損毀所導致。
圖 3-3、孤立台 3.1.1、 CCN 連網方式
當兩基地台彼此相鄰，可用無線通訊方式連線互相交換資料時，這兩基地台 互為彼此的鄰台。
CCN 網路即是在孤立台上佈建簡易的輔助設備「緊急修復包（CRP）」，使 孤立台利用鄰台連結到連網台，由於連網台的功能沒有受損，即可透過連網台連 線到後端核心網路，在 2G 系統為 BSC（Base Station Controller）及 MSC（Mobile Switching Center），而在 3G 系統則為 RNC（Radio Network Controller）及 MSC、
SGSN（Serving GPRS Support Node）等，基地台必須與它們建立連線才可交換 信令（Signaling）與資料（Data）提供電信服務，如圖 3-4。CCN 將利用各種無 線連線方式[22]與鄰台相連，鄰台之間將會不斷相連擴展，形成一個全新的網 路。CCN 通訊模式如圖 3-5。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
38
圖 3-4、CCN 基地台間之連線
圖 3-5、孤立台藉 CCN 連線連上核心網路
轉送拓樸（Forwarding tree）：
為了簡單起見，CCN 採用樹狀轉送拓樸，其根節點為連網台，其餘節點為 孤立台。由於一個 CCN 網路對外的頻寬極為有限，如果災區有多個連網台或災 區範圍太大，可將災區切割成多個 CCN 網路拓樸，除保障通訊品質外，也避免 當災區面積太大，話務須經多次轉送浪費太多頻道資源，建議每個 CCN 網路的 轉送拓樸深度控制在 3~5 hop 之內。
3.1.2、 網路元件
CCN 之建構需要在各孤立台附加額外設備，所需的元件為發電機、燃油、
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
39
無線通訊設備，部分則需衛星通訊設備。平時包裝成「緊急修復包（Contingency Recovery Package）」，如圖 3-6，儲存於國家救災單位，於災害發生時運送至災區 建構 CCN。相關元件介紹如下：
Power Module：災區因為災害的發生，基礎建設遭到毀損，無法提供災區 基地台運轉所需的電源，雖然基地台備有備用電源，但一般的基地台備用電 源僅能維持一至數小時，不足以支撐到災區電力系統復原（如前所述，八八 水災中 3300 座斷訊的基地台中，約 70%是因為電力中斷而斷訊），因此能讓 基地台持續運轉的小型輕便發電機及燃油為很重要的元件之一。
Inter-Cell Communication Module（ICC Module）：孤立台為了要與連網 台相連，必須透過與鄰台的多重跳接方式達成，包括「孤立台─孤立台」以 及「孤立台─連網台」間的連接，均須仰賴 ICC Module 的無線通訊能力（例 如：WiMAX、Wi-Fi）。孤立台藉由 ICC Module 與鄰台相連進而恢復連外能 力，最後與後端核心網路相連，達成資料遞送。
Emulated Controller Module（EC Module）：負責處理、運算、轉送資料，
為 CRP 的核心運算元件，當孤立台透過 ICC Module 與鄰台相連時，由此模 組來控制包含資料轉送路徑、基地台頻寬分配控制、通話允入控制等，並提
圖 3-6、CCN 緊急修復包(CRP)
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
40
供虛擬鏈結讓基地台與後端連線，也須提供虛擬 BSC 功能提供網內互打服 務[24]。EC Module 也是 CCN 與原先受損的行動通訊網路系統間之通訊介 面，CCN 藉由此模組與既有的行動通訊網路介接，交換電信的控制信令與 資訊。
Satellite Communications Module（Optional）：衛星通訊設備，如果災區 內沒有連網台，則須利用衛星通訊設備架設至少一個連網台，此外，如果災 區面積太大，離連網台太遠的孤立台所傳送的資料須經多次轉送，為了避免 多次轉送佔用太多頻寬且增加了斷訊的機會，可以考慮挑選某些孤立台加裝 衛星通訊設備，直接把孤立台建構成連網台，將一個龐大負擔過重的 CCN 網路，分解成數個負擔較輕的 CCN 網路。由於衛星通訊設備價格昂貴，無 法普及所有基地台，只能用於少數基地台。
CCN 孤立台恢復連線方式，如圖 3-7 所示。手機信號透過孤立台 EC Module 處理並經 ICC Module 轉送至鄰台。此時孤立台資料便可透過鄰台，以多重跳接 的方式，連上後端核心網路。
圖 3-7、孤立台恢復連線方式
除了衛星通訊模組之外，其他硬體模組造價均很便宜，以一般電腦搭配通 訊模組即可，成本極低即使經費有限，也可大量佈建，而且不需購置終端設備，
使用者使用自己原有的手機即可，使用者之單位建置成本可大幅下降。
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
41
3.2、 使用時機
在災害初期原有通訊系統由於災害發生而無法使用，但災害初期是受困人員 存活率最高的時候，而具有專業通訊設備的外援卻無法在第一時間進入，要突破 救援瓶頸就必須依靠當地有行動能力的倖存者互相幫忙，這些倖存者並沒有接受 過專業的訓練也沒合適的通訊設備將災情傳達出去尋求幫助或者互相協調組織 救援，CCN應急通訊系統在此時能提供給這些倖存者通訊的功能，使用原有手機 不需要訓練即可快速上手使用，但由於此系統是依附原有通訊設備，隨著時間的 推移，電信公司將會逐步修復原有基地台，此系統的作用也會慢慢下降直到所有 基地台修復完成，如圖3-8所示。
3.3、 CCN 可行性分析
我們利用原有基地台建構應急通訊系統的方式具有下列幾項優勢：
I. 一般民眾逃難時，多半攜帶手機，如能救活基地台，讓受困與救災人員 立即恢復通訊能力，效益極大。
II. 重覆使用原有行動通訊基地台，大幅降低成本且涵蓋範圍廣。
III. 這些基地台都已在災區內，不會因為交通因素導致設備因道路、橋梁的 中斷無法進入災區，延誤建構應急通訊系統的時間。
IV. 額外設備（緊急修復包）重量極輕，可以用直升機空運或空投。
圖 3-8、應急通訊系統使用時機
‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
42
V. 基地台的拓樸，多半經過精心設計，地點絕佳，不需耗時費力選擇無線 電基站地點。
VI. 基地台之間距離不遠，且都在高處，不虞視線受阻，容易用簡單的無線 電設備互連。
VII. 手機普及率非常高，使用者可直接用既有手機不需改裝即可通訊，且使 用者不需訓練，只要會使用原有手機即可使用（但通訊功能僅限於救災 使用）。
‧
‧
無線對講機模式（Walkie-Talkie Mode）
在正常運轉下，基地台都可以擁有上百個無線電頻道供使用者使用，而在
‧
agent group‧ 國
立 政 治 大 學
‧
N a tio na
l C h engchi U ni ve rs it y
46
每一個群組，指定一個代表號，各群組有優先順序，代表號則於災區廣 為宣傳
每一個群組的成員註冊其電話號碼及所屬群體
呼叫某一群組時，該群組所有成員的手機都會接到來電訊號
受話群組的任一個成員可以承接呼叫
註冊成員的電話號碼，將記錄於 CCN 資料庫中，CCN 的管理者可根據各個 群體的優先次序進行允入控制，此外，在允入一般模式的電話時，也可根據
註冊成員的電話號碼，將記錄於 CCN 資料庫中，CCN 的管理者可根據各個 群體的優先次序進行允入控制，此外，在允入一般模式的電話時，也可根據