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第一章、簡介
近年來，全球天災頻傳，極端氣候、大型地震…等，造成大範圍災害，其規模一 次比一次嚴重，如表 1 就是近幾年較著名的自然災害統計，以最近 2011 年 3 月 11 日發生的日本東北地震為例，在經歷芮氏 9.0 規模地震之後，緊接著 23 公尺 高的海嘯和令全世界恐慌的核災，所照成的三種複合式的重大災害，令多次參與 災區救援的救災人員也為之驚訝，而台灣處於環太平洋地震帶以及西太平颱風路 徑上，四面環海、地形差異大，頻繁的地震、颱風、土石流和水災…等自然災害，
更對台灣造成嚴重的損害。所有這些損害當中對人們影響最大的即是基礎設施的 毀損，尤其是通訊系統的癱瘓影響救災效率甚鉅。本論文旨在提出一個簡單有效 的應急通訊系統提供緊急通訊用。
目前無線通訊已完全融入一般大眾的生活與工作之中，無線通訊系統的成熟 為使用者帶來極大的便利性，但當大規模的地震或強烈颱風等重大天然災害發生 時，通訊系統卻常常因架構原因隨著電力與交通系統的損毀而癱瘓。以莫拉克風 災/八八水災為例，許多基地台因建在高處免於洪水淹沒，結構未損，但隨著道 路及橋樑鋪設的電力與通訊線路隨道路橋樑坍塌而損毀，造成行動通訊系統也隨 之癱瘓，電力與 backhaul 線路成為行動通訊網路的弱點。由歷年大型災變中，
多數災區內之行動通訊系統全面中斷，即可印證行動通訊系統其實是極為脆弱。
由於受到諸多外在因素的牽連，建造強固的基地台與交換機房仍是無濟於事，無 法保證通訊系統可用度。國家通訊傳播委員會雖然在各地建置具有行動衛星通訊 能力的強固基地台，但因成本之故，數量遠遠不足，僅能作為官方救災指揮之用，
對於廣大地區的受災與救災人員而言，只是杯水車薪。
而有效運作的通訊系統卻是災情傳遞、資源調度以及互助協調是否順利的關 鍵因素，災民的存活率會隨著時間的推移慢慢下降，這也是所謂的救援黃金 72
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小時，受困的災民在此段時間內會有較高的存活率，除去災難發生當下的求援，
災後組織救援也是通訊的另一個重點，災區內食物、飲水、衣物、醫藥、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人出來，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受困人員與救災人員使用成 為一個關鍵性的問題。應急通訊系統有很多種方法可以建構，本篇論文所探討的 應急通訊系統是利用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。由於災區的交通系統可能癱 瘓，且各個地方受災情況不盡相同，因此 CCN 的建構順序必頇辨明輕重緩急並 視運輸能力依序建構，網路拓樸的規劃是本研究團隊的另一研究主題，而本文旨 在探討如何在網路拓樸已知情況下進行孤立台建構排程以達到最大的救災效 益。
表 1、大型天然災害傷亡損失記錄[8,18,23]
Event Date Dead
Chi-Chi, Taiwan Earthquake 09/21/1999 2,415 Katrina Hurricane 08/23/2005 1,836 SiChuan, China Earthquake 05/12/2008 69,227 Port-au-Prince, Haiti Earthquake 01/13/2010 230,000 Chile Earthquake 02/27/2010 800 QingHai, China Earthquake 04/14/2010 1706 North-East Japan Earthquake 03/11/2011 13,013 Turkey Earthquake 23/10/2011 601
1.1、災區應急通訊系統需求分析
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
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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。本節詴從 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[7,11, 17,18]。
1.1.1、救災作業時效性
「黃金 72 小時」是很多災害發生後的黃金救援期，這是救援(學)界的共識。救 援界認為，災難發生之後存在一個「黃金 72 小時」，在此時間段內，受困災民的 存活率極高。任何救援幫助都可能給予傷者存活的機會，72 小時期間，災民的 存活率隨時間的消逝呈遞減趨勢。在第一天(即 24 小時內)，被救出的人員存活 率在 90%左右；第二天，存活率在 50%-60%；第三天，存活率在 20%-30%。72 小時之後，存活率僅存 5%-10%，如表 2。基於這些因素，救災工作必頇與時間 賽跑，CCN 由於交通系統的癱瘓而受限於有限的空中運輸能量只能逐步建置，
而建構的先後順序應依災區受損程度與受困民眾多寡等因素妥善安排以提高救 災效率，因此 CCN 建置排程成為一個關鍵問題。
表 2、生還機率<資料來源: http://baike.baidu.com/>
0 20 40 60 80 100
0-24HR 24-48HR 48-72HR 72-96HR 120-144HR
Sur viv al R at e (%)
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1.1.2、大型自然災害發生時救災行動面臨的挑戰
◦ 交通癱瘓：大部分災區聯外道路因而中斷；剩下可用的，亦被大量志願救災 車輛阻塞，造成災區交通全面癱瘓。
◦ 外援進入緩慢：因交通全面中斷的緣故，造成外界支援難以於第一時間進入 災區。莫拉克颱風中，因氣候關係，直昇機難以接近災區。而海地地震中，
太子港機場雖逃過一劫，但因機場無法提供返航油料以致飛機無法降落，因 此災變初期，主要依賴在地的人力物力投入救援，無法依賴外界支援。
◦ 通訊網路癱瘓：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。
◦ 行政指揮系統無法運作：各級行政指揮系統可能癱瘓，導致既有通聯組織癱 瘓。例如八八水災中，小林村長就不幸罹難；2004 年七二水災中，台中縣 和平鄉松鶴派出所為土石流淹沒，完全外界失聯達數天之久。海地地震中，
政府大樓癱塌，政府首長全部失聯，僅剩海地總統獨撐大局，所有行政系統 形同癱瘓，難以負起救災規劃和指揮的大責。
◦ 專業救災人員不足：專業救災人員之數量遠遠不足，尤其是災變初期。必頇 動員大量的在地志願人員投入救災，但此些在地志願救難人員卻沒有很適當 的無線緊急通訊系統可供使用組織救援。
1.1.3、應急通訊系統需求
建置需求：
◦ 設備取得容易：所需設備頇可就地取材或運送容易，災區內的道路系統可能 已經癱瘓，物資大多只能倚賴空中運輸，大型設備如行動基地台，不便利用
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空中運輸送至災區。
◦ 佈建容易：災區現場很難保有夠多的專業人員來建置應急通訊系統。因此，
建置的難度越低越好。系統元件取得容易和建置難度低主要目的是希望可以 提高建置應急通訊系統的成功率。建置成功率越高，越能廣泛使用於災區。
◦ 建置速度快：為把握救災的時效性，應急通訊系統建置速度越快越好，隨著 時間拉長，死亡率快速增加，而且行動通訊營運商也逐漸修復其通訊網路，
應急通訊系統會隨著時間而逐漸被取代，若建置時間緩慢則無建置之必要。
運轉需求：
◦ 使用端設備數量多、成本低：若需有特定的話機才可使用，因成本及分配之 故很難在短時間讓大量志願救災人員人手一機，這會讓應急通訊系統的服務 容量大打折扣。
◦ 易於使用，不需特別訓練：在緊急狀態下無法從容的提供使用訓練，因此最 好是未經訓練就可使用。
◦ 具備允入控制機制，可抵擋瞬增的話務量：災區話務量常會有瞬增的特性。
應急通訊系統因為是臨時搭建，系統能容納的通話數遠不如一般的公眾網路，
更容易因這些瞬增的話務量導致整個系統癱瘓。因此，應急通訊網需具備允 入控制，當系統負載過高時，需能拒絕新的通話請求。
◦ 具救災緊急通話先行之功能：應急通訊網需有緊急通話先行的功能，急迫性 高的通話可優先使用。如此，可以避免整個應急通訊網被急迫性較低的互道 平安通話佔滿，使得急迫性較高的急難救助通話卻無法通話。
◦ 具行動能力：救災人員執行救災任務需要來回走動，應急通訊系統最好能提 供行動能力，讓救災人員可在行動中使用。
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分析以上緊急通訊系統需求我們可以歸納出八項評斷指標：
◦ 使用成本：廣泛使用此緊急通訊系統的成本
◦ 建構難易度：將此緊急通訊系統建構起來的困難度
◦ 進入災區難易度：將緊急通訊系統運送進災區的難易度
◦ 終端設備普及率：災區人員具有此緊急通訊系統通訊設備的程度
◦ 終端設備操作難易度：災區人員操作此通訊設備的難易度
◦ 終端設備可移動性：災區人員攜帶通訊設備移動的能力
◦ 通訊品質：利用此緊急通訊系統的通訊品質
◦ 系統運轉難易度：緊急通訊系統架構起來後維持運轉的難易度
1.2、無線通訊系統損毀原因
因為行動電話使用無線通訊，在一般人普遍認知中它的抗災應付緊急情況的能力 應該是相當高，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 動通訊系統其實必頇仰賴固定通訊網路，其基地台之後端多利用固網幹線連上核 心網路，無線的部分只存在於終端使用者(手機)到基地台那一段，從基地台到機 房仍然是利用固網線路，從 921 地震以來各次大型災害的經驗中我們歸納出無線 通訊系統主要失效原因成三部分：1.電力中斷、2.線路中斷、3.基地台與機房毀 損，而無線通訊系統中斷的原因也發現並不全都是因為基地台本身的損毀，其原 因是由很多外在因素交織在一起導致的結果，而整體無線通訊系統架構的脆弱並
因為行動電話使用無線通訊，在一般人普遍認知中它的抗災應付緊急情況的能力 應該是相當高，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 動通訊系統其實必頇仰賴固定通訊網路，其基地台之後端多利用固網幹線連上核 心網路，無線的部分只存在於終端使用者(手機)到基地台那一段，從基地台到機 房仍然是利用固網線路，從 921 地震以來各次大型災害的經驗中我們歸納出無線 通訊系統主要失效原因成三部分：1.電力中斷、2.線路中斷、3.基地台與機房毀 損，而無線通訊系統中斷的原因也發現並不全都是因為基地台本身的損毀，其原 因是由很多外在因素交織在一起導致的結果，而整體無線通訊系統架構的脆弱並