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第二章、 相關研究
2.1、 第三代行動通訊架構
第三代行動通訊簡稱 3G（3rd-generation），是指高速數據傳輸的蜂巢式行動 通訊技術。3G 技術能夠同時傳送聲音（通話）及數據（電子郵件、即時通訊等）。
代表特徵是提供高速數據服務。相對於第一代（1G）類比式行動電話系統與第 二代（2G）只具有通話和一些諸如時間、日期等固定格式數據的手機通訊技術 規格之 GSM、CDMA 等數位調變式手機，3G 手機是將無線通訊與 Internet 等多 媒體傳輸結合的新一代行動通訊系統，主要由 UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）與 CN（Core Network）兩部分組成[36]，如圖 2-1，其中，UTRAN 用於處理所有與 Radio 相關的功能，而 CN 則處理行動通訊系統內的所有語音呼 叫和資料傳輸與內外網路間的交換與繞送。
圖 2-1、System Architecture of 3GPP Release 99
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2.1.1、 通用行動通訊系統陸地無線接入網
UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）由多個 RNS（Radio Network Sub-system）所組成，每個 RNS 包括一個 RNC 與其數個相連的 Node B，RNC 與 Node B 之間使用 Iub 介面相連，每一個 RNC 透過 Iu-PS 介面與一個 SGSN 相連，
並透過 Iu-CS 介面與一個 MSC 相連。
RNC（Radio Network Controller）：無線網路控制器是 3G 網路的一個關鍵 部分。它提供 Mobility management、呼叫處理、鏈接管理和切換機制，具 體工作為管理用於傳輸用戶數據的無線接入、管理和優化無線網路資源以及 無線連結維護，意即 RNC 控制管轄範圍內所有 Node B 的無線電資源，包 括無線電頻道的指配、回收與管理，作為 Service access point 提供服務給 Core Network。以台灣而言，一台 RNC 大約控制 50~300 座基地台。
Node B：即是基地台（Base station），配備收發天線及無線電頻道，提供無 線電通 道資 源， 通 過 Iub 介面和 RNC 互連， 主要 處理與 UE（User Equipment）間 Uu 介面實體層協議。功能有展頻、調變、通道訊號編碼及 通道訊號解碼，還包括基頻信號和射頻信號的相互轉換等功能[24]。
2.1.2、 核心網路
核心網路（Core Network）分為 CS-CN（Circuit Switched Core Network）和 PS-CN（Packet Switched Core Network），由 CS 交換機、PS 路由器、資料庫及 長途幹線組成，主要設備存放於電信機房中，包含了 HLR、MSC/VLR、GMSC、
SGSN、GGSN 五個部分：[24]
HLR（Home Location Register）：本籍位置記錄器，是一永久性用戶資料庫，
保存用戶的基本資料，如 SIM 的卡號、手機號碼和用戶狀況（例如當前的 位置、是否開機等）。行動業者所有客戶的 Service profile 都儲存於 HLR，
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直到客戶退租為止。
MSC（Mobile Switching Center）：行動電話交換機，負責所管轄服務區內行 動客戶的移動管理及呼叫處理。
VLR（Visitor Location Register）：訪客位置記錄器，通常每個 MSC 都有自 己專屬的 VLR，以記錄當時正漫遊在其服務區內的行動客戶相關資料，如 客戶目前所在位置區、Service profile…等。
GMSC（Gateway MSC）：閘口行動電話交換機，提供 CS domain 連接到外 界 PSTN（Public Switched Telephone Network）或其他 PLMN（Public Land Mobile Network）的交換機。
SGSN （ Serving GPRS Support Node ）： 負 責 數 據 封 包 的 Mobility management、路由轉發、會話管理、邏輯鏈結管理、加密和輸出等功能。
GGSN（Gateway GPRS Support Node）：提供 PS domain 連接到外界網路的 交換機。
2.1.3、 3G 網路通訊協定
Before 3GPP release 5：在 3GPP Release 5 [35]之前的 3G 架構下，用戶手機
本身會具備自己的 IP 位置，透過 Node B 連線到 RNC 後，RNC 會用自己的 IP 將用戶的封包封裝起來，並且與 SGSN 透過 Iu-PS 連線，然後 SGSN 會再用 Gn/Gp 介面與 GGSN 連線，中間其實就是 Tunnel，一直到 GGSN 以後，才會將原本用 戶手機的封包解除封裝送到 Internet，如圖 2-2。
圖 2-2、3GPP Release 5 架構
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3GPP R5 to R7：新的 3GPP R5 到 R7 版本[35]，精簡了網路的架構，首先是
HSDPA 移除了 Drift RNC 元件，並且將 Drift RNC 的功能移到 Node B，再來是 修改 SGSN，讓 RNC 可以直接與 GGSN 使用 Tunnel 連線，如圖 2-3，在 HSPA+
的版本，又將 RNC 的部分功能移到 Node B 上面。
圖 2-3、3GPP Release 7 架構
2.2、 應急通訊系統種類與比較
我們以所歸納之需求，檢視分析現有應急通訊系統的適用性。
2.2.1、 專用高抗災通信平臺
高抗災通信平臺[47,49]為國家通訊傳播委員會於莫拉克風災後，協調地方政 府與電信業者共同出資，就偏鄉通訊設施進行改善，於高雄那瑪夏、茂林、桃源、
六龜、杉林、鳳山等 6 處，以「消防救災體系與行動通信系統結合」、「整合光纖、
微波、衛星鏈路形成多重中繼傳輸備援路由」及「加強電力備援系統」等設計理 念完成之應急通訊平臺。其佈建的方法為在災前預先佈建強固機房並於特定基地 台佈建衛星、微波等無線通訊設備，以確保政府救災體系緊急通訊順暢。
優點
災前即已佈建完成，災難發生時，馬上就可以使用
系統可靠性高
結合行動通信系統與消防救災體系
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限制
由於成本過高，佈建數量極為有限，無法全面佈建，僅能佈建於少數具 高潛在危險的特定區域
2.2.2、 無線對講機（Walkie-Talkie）
無線對講機（俗稱 Walkie-Talkie）是一種手持的雙向無線電收發器，使用免 執照的 ISM 頻道，同時間只有一位使用者可以廣播語音訊息（半雙工） [18]。
無線對講機不需佈建通訊網路，只要雙方擁有無線對講機即可進行通話。
優點
不需佈建通訊網路即可使用
體積小、重量輕，可隨身攜帶
電池充電後可長時間使用
電波所及範圍內即使不知道對方身份、地點也可通訊
限制
在世界很多地方普及率低（例如：台灣在八八水災中，政府花了 7/14 天從廠商借得 240/1052 支無線對講機，太少也太慢）
需要簡單學習才能使用（緊急時無經驗之使用者必須在短時間內讀懂說 明書，自行學習使用），尤其是普及率低的地方
沒有優先分級能力
2.2.3、 業餘無線電（Amateur radio）
業餘無線電[7,10]，俗稱火腿（Ham radio），與無線對講機相似，但通訊的距 離較遠。其原理為通過無線電進行訊號傳輸，早期使用長波段，因為長波段能量 損失小且能繞過障礙物，但由於長波的天線設備龐大、昂貴、通訊量小，後期使 用能藉電離層反射的短波，使得無線電設備價錢大幅降低，一般使用者也有能力
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2.2.4、 行動衛星通訊（Satellite Mobile Phone）
1990 年代數個使用非同步衛星的行動衛星通訊系統被提出，例如 GSM 的衛 星版—Motorola 的銥計劃（Iridium）、IS-95 的衛星版—Qualcomm 的全球通
（Globalstar），主要提供語音以及低速率資料傳輸服務[37]。
為了降低延遲時間，避免通話受到干擾，行動衛星通訊大多使用軌道高度 10,000~20,000km 的中軌道衛星搭配 750~2,000km 的低軌道衛星通訊系統。衛星 就像不斷移動的基地台，一般而言，中軌道衛星繞行地球一周約為 6 個小時，而
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提供語音、傳真、資料和 GPS（Global Positioning System）服務，採用分頻多工 結合分時多工技術及 QPSK 調變技術。
全球通（Globalstar）：全球通開始營運於 2000 年春天，為一包含 6 個衛星 軌道平面，48 顆衛星的行動衛星通訊系統。全球通每顆衛星重 450 公斤，衛星
2.2.5、 專業用集群通訊系統（Trunking radio）
由早期的專用無線電調度系統逐漸發展形成的，系統中每一個無線設備都會
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規的 TETRA[1]應急通訊系統。由於需專業人員架設，一般未經訓練的民眾不會 使用。因此，主要使用者為軍、警或專業救難團隊。
Project 25 ： APCO （ Association of Public-safety Communications
Officials-international）於 1989 年推動的計劃（簡稱 P25），制定了相關標準來 提供服務以及各廠商互連相容能力（Multi-vendor interoperability），以求找到符 合 公 共 安 全 與 關 鍵 性 任 務 需 求 之 解 決 方 案 ， P25 具 備 支 援 類 比 / 數 位
（analog/digital）之中繼集群模式，在小於 200 個使用者時或小規模地方政府受 限於預算時才採用類比模式，否則通常採用數位中繼集群模式。
TETRA（Terrestrial Trunking Radio ）：又稱 Trans-European Trunking
Radio，為專業移動無線電（Professional Mobile Radio，PMR）和雙向收發器
（Walkie-Talkie）規範，類似於 P25 為專門設計用於公共安全與關鍵性任務需求 之無線電通訊規範，除了以公共安全（Public safety）與關鍵性任務需求之解決 方案為考量設計外，也提供給鐵路運輸列車服務和捷運系統無線電通訊服務等大 眾交通系統。與 P25 不一樣地方為 TETRA 只提供數位式中繼集群模式。
優點
通訊網路架設快
涵蓋範圍廣
可靠性高
限制
話機數量有限
需經專業訓練才會使用
適用於特定使用者，主要為軍、警或專業救難團隊
因體積、重量過大無法空投，如果交通系統癱瘓，不易運送至災區
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2.2.6、 移動基地台（Cell on wheel）
移動基地台實際上就是一個可移動的通訊系統，透過開到現場的車載平台，
搭建通訊網路，實際處理現場傳輸來的語音、影像、圖片等數據，實現現場各種 不同規格、不同頻段通訊網路的交換，構成統一的應急指揮平台。
由於移動式基地台具有架設速度快、運用靈活、調度方便、自帶電源設備等 特點，因此，在大多數天然災害、突發事件和重大事件發生的情況下，應急通訊 車通常是現場應急通訊的首選方式之一，但專業設備需專人操作，且成本高昂無 法大量佈署，導致接通手機數量有限，並且需要完好交通系統才能進入災區，在 大型天然災害中所能負擔的通訊比例不大，並且因為交通可能斷絕，這些設備無 法在第一時間送進災區，延誤救災效率，目前中華電信在台灣北部有 18 台、中 部有 11 台、南部有 8 台移動式基地台，相較於數千座癱瘓的基地台，數量遠不 敷所需。
優點
佈建速度快
擁有行動電話之一般民眾皆可使用
限制
造價高昂數量不足，無法大量部署
因體積、重量過大無法空投，如果交通系統癱瘓，不易運送至災區
2.2.7、 行動隨意式網路（MANET）
Ad hoc 網路是一種沒有有線基礎設施支持的移動網路，由具有無線區域網路 能力的筆電或平板電腦構成，每個節點皆可移動，並由這些節點構成一個網路，
在 Ad hoc 網路中，當兩個移動設備在彼此的連線覆蓋範圍內時，它們可以直接 通訊，但是由於移動設備的通訊覆蓋範圍有限，如兩個相距較遠的設備要進行通
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可以在沒有連接 Internet、沒有伺服器的情況下支援緊急的通訊與資訊運用[18]。
可以在沒有連接 Internet、沒有伺服器的情況下支援緊急的通訊與資訊運用[18]。