Chi-Chi, Taiwan
Earthquake 09/21/1999 7.3 Richer Scale Dead：2,415 Injured：11,306 Katrina Hurricane 08/23/2005 Category 3 Dead：1,836 at least SiChuan, China
Earthquake 05/12/2008 7.9 Richer Scale Dead：69,227 Injured：374,176 L'Aquila, Italy
Earthquake 04/06/2009 6.3 Richer Scale Dead：more than 150 Injured：1,500
88 Flood, Taiwan 08/08/2009
> 2500 mm Rainfall within 2 days triggered by Typhoon Morakot
Dead：more than 475
Port-au-Prince,
Haiti Earthquake 01/13/2010 7.0 Richter Scale Dead：more than 230,000 Affected：3 millions Chile Earthquake 02/27/2010 8.8 Richer Scale Dead：more than 800 QingHai, China 04/14/2010 7.1 Richer Scale Dead：more than 1,706
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Earthquake Injured：12,135
Christchurch, New Zealand
Earthquake
02/22/2011 6.3 Richer Scale
Dead：145
more than 100 injured and missing
Japan 03/11/2011 9.0 Richer Scale Dead：16,079 Missing：3,499 Turkey
Earthquake 10/23/2011 7.3 Richer Scale Dead：more than 272 Injured：more than 1,300 U.S Hurricane
Sandy 10/29/2012 Category 1-2 Dead：124
50 billion U.S dollars loss Sistan and
Baluchestan, Iran Earthquake
4/16/2013 7.8 Richter Scale Dead：35 Injured：117 Lushan, China
Earthquake 4/20/2013 7.0 Richter Scale Dead：213 Injured：11,460
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後組織救援也是通訊服務的另一個重點，災區內電力、瓦斯、食物、飲水、禦寒 衣物、醫藥等維生系統癱瘓下，倖存人員的維生也是救災的重要任務。因此盡速 恢復通訊以輔助救災、求援為刻不容緩的事情，越早恢復通訊就能救援越多災 民，因此在災害來臨通訊中斷時，快速的建構一個應急通訊系統供給災區內的災 民與救災人員使用，成為一個關鍵性的問題。
本篇論文所探討的應急通訊系統是利用原有行動通訊系統中倖存的連通基 地台和斷訊卻沒有損毀的基地台建構一個暫時性的網路，稱為應急蜂巢式行動通 訊網路（Contingency Cellular Network，CCN），此種應急通訊系統的主體為兩 種基地台：完好維持正常功能可對外連線的稱為連網台，功能完整但無法對外進 行正常連線的稱孤立台。CCN 網路建構完成後，孤立台與連網台之間藉由無線 電彼此互連，而孤立台即可藉由輾轉的互連透過連網台與後端核心網路互連。
在 CCN 網路架構下與後端行動核心網連接的通道，須應付大量的災情通報 與慰問關懷的電話，在連外頻寬有限的情況下無法滿足所有群組間頻繁的通訊需 求。而在 CCN 頻寬分配之下，各基地台所能分配到的實際連外頻道數遠低於其 裝備所能支援的頻道數量，因此，將有大量的剩餘閒置頻道，造成頻寬資源的浪 費。本篇論文主要在探討當群組間有通訊需求時，如何利用 CCN 內部頻寬資源，
透過群組呼叫方式找到通訊對象以建立起雙方通話連線。
1.1、 研究背景
在災害發生時普遍大眾最需要的服務之一是「通訊」（包括災情傳遞、受 困人員之求救、救災人員聯繫協調…等），但在大型天然災害下通訊系統卻非常 脆弱，現有很多應急通訊系統尚有很大的改進空間。本節試從 921 地震與歷年來 的大型天災中歸納出一些救災行動面臨的挑戰經驗，以供應急通訊系統設計之參 考[6,13,15,25,18,19,23,30]。
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1.1.1、 大型天然災害發生時救災行動面臨的挑戰
建築物倒塌，人員受困，亟待救援
看似高大且堅固的建築物在地震襲擊時應聲倒下，有許多民眾因來不及逃生 而被困在瓦礫堆下，等待救援。而受困於災難現場的人員，必須在 72 小時 內搶救出來，否則生還機會極為微弱。因此災難發生之初，最重要之救難工 作乃在集中所有救難資源搶救受困人員，這段時間稱為「黃金 72 小時」。
通訊網路幾乎全面癱瘓
包括固網、行動電話在內的通訊聯絡網路幾乎全面癱瘓。倖存的通訊網路也 因塞滿大量的關懷電話，無法供救災使用。
災區的交通全面癱瘓，外援進入緩不濟急
道路橋樑柔腸寸斷，甚至被大量志願救災車輛塞爆道路。在莫拉克颱風後，
受惡劣天候影響，直昇機亦難以接近災區。而 2010 年海地地震中，太子港 機場雖逃過一劫，但因機場無法提供返航油料因而飛機無法降落。總而言 之，災變初期，尤其是黃金 72 小時之內，主要依賴在地的人力物力投入救 援，無法太過依賴外界支援。
專業救災人員嚴重不足
圖 1-1、通訊線路與設備於災害中受損
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1.1.2、 固網與行動通訊系統癱瘓原因
行動電話藉由無線電互相通訊，在一般人之普遍認知中，它不受天災的影 響，在災害來臨時可作為緊急通訊之用。但事實上卻非如此，商用行動通訊系統 其實必須仰賴固定通訊網路，其基地台之後端多利用固網幹線連上核心網路，無 線的鏈結只存在於終端使用者（手機）與基地台之間，而從基地台到後端機房仍 然是利用固網線路連接。從莫拉克風災（八八水災）及 921 集集大地震的經驗中，
我們歸納出影響行動電話可用度的主要因素如下：
各種機房或因電力中斷且備用發電機因油料告罄，或因冷卻系統遭強震摧 毀，而停止運轉。
基地台遭強震摧毀或因電力中斷而癱瘓（備用電源僅能支持四至五小時 [48]，而八八水災中 3300 座斷訊的基地台中，約 70%是因為電力中斷而中 斷服務）。
基地台連接基地台控制器（Base Station Controller）或行動交換機（Mobile Switching Center）的後端固定網路線路（Backhaul）損毀。
(a) （b） （c）
圖 1-2、行動通訊網路受損主要原因
（a）行動通訊網路架構（b）固網隨橋斷而斷（c）行動通訊因後端連線中斷而癱瘓
大部分的電力線路與固網線路為了架設與維修方便，經常是沿著道路橋樑鋪 設。而道路橋樑的損毀必將導致電力與通訊線路中斷，如圖 1-1 所示。而行動通 訊系統也常隨之中斷，如圖 1-2 所示，（a）是行動通訊系統的基本架構，基地台
‧
後端必須有固網連線（Backhaul）連到控制器或交換機，（b）是 921 地震中受損 的一座橋，我們可以看到很多固網幹線隨著橋斷而斷掉，從（c）可以很清楚的 風摧毀新奧爾良讓美國的緊急救災機關 FEMA（Federal Emergency Management Agency）備受責難，就連 2011 年一個輕度熱帶氣旋橫掃美東就讓數百萬戶居民
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斷水斷電達數星期之久。2011 年的日本地震更讓世人大吃一驚，因地震頻仍而 對地震之準備號稱世界之最的日本，竟然不堪一擊。世人在面對大型天然災害 時，其實仍然是脆弱不堪的，通訊設備因為受制於橋樑道路的脆弱，不但容易受 損，也不容易快速修復。
1.1.4、 大型災害的救災時效
「黃金 72 小時搶救時間（Golden 72 Hours）」，指的是在災難發生後，搶救倖存 生命的關鍵救難時機。災後受困的人員會因外傷、失溫及缺乏食物飲水等因素，
使得存活機率隨著時間流逝而急速下降。根據統計，在災後 24 小時內獲救的存 活率可高達 90%；在災後 25~36 小時間獲救，存活率銳減為 50%~60%；在災後 36~72 小時間獲救，存活率僅剩 20%~30%；在超過 72 小時後獲救，存活率則剩 下 5%~10%，受困人員能倖存的機率就極低了，如圖 1-3 所示。圖 1-4 顯示在救 援時期內有通訊系統支持下的輕重傷者存活率要比無通訊系統的高出很多，由此 可見通訊系統對於救災工作的重要。
圖 1-3、獲救時間與存活率之關係
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圖 1-4、通訊系統與存活率之關係 1.1.5、 應急通訊網路建置需求
由於時間與資源之限制，災區應急通訊網的建置面對了許多挑戰與特殊需 求：
表 1-2、應急通訊網建置需求
根據我們的親身經歷和觀察，在災區的應急通訊系統應該要能夠迅速被建 立和提供緊急的通訊服務。在嚴格的時間限制和極端的環境條件之下，建置應急
‧
(1) 普及性（Popularity）：由於缺少終端設備，許多常見的應急通訊系統，
例如衛星通訊系統，群集無線電系統和業餘無線電系統只能用在特殊的
(2) 可用性（Usability）：由於在災區的極端條件之下，應急通訊系統必須 妥善處理所有使用者的各種通訊需求，為了滿足可用性，應急通訊系統 應該提供任務導向的通訊服務，並且可以支援移動性的通訊服務和擁有 良好的通訊品質。此外，使用應急通訊系統的終端設備應該要具有長時 間的待機時間。
任務導向的通訊服務（Task Oriented Communication Services）：
包含了普通訊模式（POTS），對講機模式（walkie-talkie）和群組
‧
適當的通訊品質服務（Adequate Quality of Service）：救災工作常 陷於兵荒馬亂，吵雜無比的環境中，良好的通訊品質可減少通訊連 絡的失誤，降低救災任務忙中有錯的機會，以提升救災的效率。反 之亦然。
長效的終端設備（Long Standing Time of Terminals）：災區中的 電力供應常常中斷，縱使有應急的發電設備，也是小規模居多。而
(3) 實際可行性（Practicability）：實際可行性是應急通訊系統中的最基本 也最首要的需求。首先要考慮的是建置與操作應急通訊網路的可行性。
以下有幾項要求需要加以討論，例如低開發成本，易於存取網路設備，
建構速度快速。
低開發成本（Low Development Cost）：比起正常的通訊系統應急
‧
易於獲取網路設備（Easy Acquisition of Equipment）：由於災區 之交通可能癱瘓，地形可能複雜，使外部援助難以運送進入災區。
直升機或空投成為最終運輸工具。因此，設備的大小和重量應盡量 縮小。相較於完全由災區外部運入的應急通訊系統，我們設計的應 急蜂巢式通訊網路，利用既有的網路設備所建構，其優越性是顯而 易見的。
建構速度快速（Construct Rapidly and Easily）：受困者的存活率 取決於搶救時間。受困者越早獲救，存活率越高。存活率在 24 小
(4) 負載能力（Capacity）：災區內的通訊需求量與實際承載能力可能存有 極大差異，必須有適當的控制機制，以汶川地震為例，災區內部通話量
‧
(5) 持續性（Sustainability）：既有的通訊網路之搶修通常需時數天至數星 期之久，以 921 地震為例，中華電信耗費 15 天，才全面恢復電信網路，
因此應急通訊網路在一般的公眾網路恢復之前應穩定的運轉一段時間。
以下是兩個主要性能因素：
可靠性（Reliability）：在資源許可之下，盡可能提高系統的可靠 性，避免頻繁的中斷。
快速恢復（Fast Recovery）：應急通訊網路未必有超高的可靠度，
在服務中斷後，應能輕易及快速的修復完成並且持續提供服務。
(6) 可調性（Adaptability）：災區中受災情況往往變化莫測，應急通訊系 統應具備可調整的能力，在有限的資源下，盡力提供災區通訊服務，避
(6) 可調性（Adaptability）：災區中受災情況往往變化莫測，應急通訊系 統應具備可調整的能力，在有限的資源下，盡力提供災區通訊服務，避