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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[27]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。
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如圖 9 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 9、CCN 網路架構
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。
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
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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)。
3.1、 系統架構
我們先前的研究[18,19,39]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 9 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 10。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。
圖 10、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 11。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。
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圖 11、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 12。CCN 將利用各種無線連線方式[27]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 13。
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圖 12、CCN 基地台間之連線
圖 13、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。
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3.1.2、 系統元件
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、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 14，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：
圖 14、CCN 緊急修復包(CRP)
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，‧ 國
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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[23]。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)：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 15 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 15、孤立台恢復連線方式
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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，每使用者之單位建置成本可大幅下降。
3.2、 通訊模式
3.2.1、 災區通訊型態分類
我們將災區通訊依通話功能大概分為四類，分別為急難救助、災情回報、救災相關 和互道平安。詳細分類如表 4 所示。依急迫性由高而低排序，依序為急難救助、災情回 報、救災相關和互道平安。「通話分類」欄位中的數字代表該通話類別的急迫性，數字 越小急迫性越高。
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佔用寶貴的連外資源，因為此類通訊必須經過交換機進行交換，必須使用原有之 HLR/VLR 等資料庫，所佔用的 CCN 資源非常可觀。必須配備具有差異化優先等級 的允入控制，方能有效運用寶貴的資源。
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 CCN 內的 基地台所獲配的連外頻寬通常將遠低於所獲配的無線電頻道，造成無線電頻道之閒 置。我們設計的無線對講機模式以利用閒置的頻道讓 CCN 服務範圍內的手機在同 一基地台涵蓋範圍內進行廣播通話(一對多)，而不必使用連外頻寬。
無線對講機模式對災區內的使用者特別有用，因為志願救災人員以及受困災民彼此 之間並不熟識，無由得知欲通話對象之電話號碼，故沒有限定接收者的廣播模式非 常適合於災區使用，在緊急中也免去撥號碼的不方便，受困民眾更可能是在黑暗中，
或困在狹小空間中，無法方便撥號。因此，這個模式相當有用。以下是幾種可能的 方式，讓不熟悉此操作模式的使用者在災變來臨時，迅速瞭解並啟動此模式：
由 119 轉告
一般民眾在緊急時，最可能撥的號碼是 119，但在災區內，連外的 119 也可 能不通。當 CCN 建置完成後，可以在災區內設立 119 專線（稱為 CCN-119，
以與正常 119 區別），就近處理求援電話。可由 CCN-119 轉告使用者，例如：
撥一個特定的號碼，(例如 118)，即可將手機轉變成無線對講機。
國家指定特殊緊急號碼
為了減輕 CCN-119 的負擔，以及節省使用者的時間，可由國家指定一個特殊 緊急號碼(例如 118)並廣為散佈，不過，因為此種號碼很少有使用的機會，民 眾不易熟記，也浪費了一個國家編碼，因此國家願意為救災而採用此方式的
為了減輕 CCN-119 的負擔，以及節省使用者的時間，可由國家指定一個特殊 緊急號碼(例如 118)並廣為散佈，不過，因為此種號碼很少有使用的機會，民 眾不易熟記，也浪費了一個國家編碼，因此國家願意為救災而採用此方式的