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第三章、 應急蜂巢式行動通訊網路 (CCN)
人命關天。從圖 1 獲救時間與存活率統計可知，若能在災害發生初期，突 破救災瓶頸，加速救災效率，讓更多處於生死邊緣的受困者，儘快的被救出，如 此便可大幅提升存活率。
通過我們歷年來對各種災害的研究，我們知道大部份中斷服務的行動電話 基地台都因電力中斷及連接後端的固網線路中斷而停止運轉，而基地台本身並未 受損。應急蜂巢式行動通訊系統之目的在研究利用最方便、最快的方法，例如長 距離 Wi-Fi 連線，連通中斷的基地台建構災害應急通訊系統，讓災區內的行動電 話使用者可以利用斷訊的手機作為救災的通訊聯絡之用。(註：一般的行動通訊 基地台彼此之間並未相連)
3.1、 系統架構
我們先前的研究[15,16,33]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(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)簡稱 CCN，網路架 構如圖 8 所示。
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圖 8、CCN 網路架構圖
首先將基地台依其對外連線能力，分成兩類：
連網台：與後端核心網路連線正常，可持續提供服務之基地台稱為連網台。
孤立台：未受損，但失去電力供應或與後端核心網路連線中斷，無法提供
服務之基地台稱為孤立台。
此外，我們定義鄰台：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。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 台必須與他們建立連線才可交換信令(Signaling)與資料(Data)提供電信服務。
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。
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3.2、 系統使用時機
如前所述，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，快速建置一個 CCN 應急通訊系統可在此時提 供倖存者及救災人員所需的通訊服務，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 9 所示。
圖 9、CCN 使用時機
3.3、 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
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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)。
3.4、 轉送拓樸 (Forwarding tree)
災區基地台可能失去電力供應或 Backhaul 中斷而無法與後端核心網路直接 連上，CCN 透過無線電通訊連接相鄰的孤立台，再經多重跳接的方式連結到連 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。
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。
3.5、 通訊模式
經分析災區通訊需求，我們規劃了數種通訊模式：一般模式，無線對講機 模式，以及優先群集模式。
一般模式(Ordinary Mode)
此即原本的行動通訊模式，在 CCN 服務範圍內的手機可與 CCN 內、外任 何電話通訊，使用者不須進行任何設定，即可如常使用這個模式。但此種通 訊模式必須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 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。
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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 CCN 裡面的基地台所獲配的頻寬通常將遠低於所獲配的無線電頻道，造成 頻道之閒置，無線對講機模式利用閒置的頻道讓基地台涵蓋範圍內的手機互 相通訊，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，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的意願不得而知。
由 CCN 基地台傳送簡訊到服務範圍內所有手機通知撥號方式
此法很容易實行，可是受困的使用者如果不方便讀取簡訊，將會錯失 與救援人員聯繫的機會。
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優先群集模式(Priority Group Mode)
災區中，大量的救災通訊都具備幾個共同特色：
彼此不知電話號碼，也沒有時間記憶或記錄對方號碼
災害發生初期，大部分依靠在地的志願性救災人員，臨時組成的團隊，
彼此不知對方的電話號碼，而且在兵荒馬亂之中，亦無時間記憶，也 很可能不方便將電話號碼存入手機之中。
大部分的通訊是對特定角色，而非特定個人
例如：向任一個骨科醫生求救、需要某型血液進行輸血急救、需要怪 手支援、需要油壓剪切斷鋼筋、向指揮中心回報狀況…等。這些通話 對象，均非特定個人，而是一個特定角色。
緊急程度較高，且各有不同
上舉數例都是緊急任務，比一般電話較為緊急，但彼此緊急程度則有 所不同。
由於以上的特點，我們規劃了優先集群模式，遵循以下數個原則：
每一個群體，指定一個代表號，各群體有優先順序，代表號則於災區 廣為宣傳
每一個群體的成員註冊其電話號碼及所屬群體
呼叫某一群體時，該群體所有成員的手機都會接到來電訊號
受話群體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 這個資料庫決定各個電話號碼的優先度。
此外，如果 CCN 無法取得 HLR 的資訊時，原先的電話號碼在內部無法被 Terminate，換言之，原有電話號碼在 CCN 內部是無效的。為解決此問題，
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CCN 管理人員可以臨時指派號碼給使用者。而號碼的指派，可參考國家編碼 計畫，採用 12 或其他 1 字頭的三位或四位號碼，簡化撥號。CCN 臨時指派 號碼可透過現場公告、簡訊或 CCN-104 查號等機制提供給 CCN 服務範圍內 的使用者查詢使用。
3.6、 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、
無線通信設備，部分則需衛星通訊設備。平時包裝成「緊急修復包」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相連，其中與鄰台的連線即是利用 ICC Module，它必須具有無線連通能力(例如：WiMAX、Wi-Fi)，藉此與鄰 台相連進而恢復連外能力，最後與後端核心網路相連。
Satellite Communications Module：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，
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，