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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天然災害統計[8,16,21]，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，所造成的三種複合式重 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 帶以及西太平洋颱風路徑上，四面環海、地形差異大，頻繁的地震、颱風、土石 流和水災…等天然災害，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使用。
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被洪水淹沒而結構未損，但沿著道路及 橋樑鋪設的電力與通訊線路，卻隨道路橋樑坍塌而損毀，造成行動通訊系統也隨 之癱瘓，電力與基地台 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衛星通 訊能力的強固基地台，但因成本高昂之故，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。
有效運作的通訊系統是災情傳遞、資源調度以及互助協調是否順利的關鍵
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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
Chi-Chi, Taiwan
Earthquake
09/21/1999 7.3 Richer Scale Dead：2,415 Injured：11,306Katrina Hurricane
08/23/2005 Category 3 Dead：1,836 at leastSiChuan, China
Earthquake
05/12/2008 7.9 Richer Scale Dead：69,227 Injured：374,176L'Aquila, Italy
Earthquake
04/06/2009 6.3 Richer Scale Dead：more than 150 Injured：1,50088 Flood, Taiwan
08/08/2009> 2500 mm Rainfall within 2 days triggered by Typhoon Morakot
Dead：more than 475
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Port-au-Prince,
Haiti Earthquake
01/13/2010 7.0 Richter Scale Dead：more than 230,000 Affected：3 millionsChile Earthquake
02/27/2010 8.8 Richer Scale Dead：more than 800QingHai, China
Earthquake
04/14/2010 7.1 Richer Scale Dead：more than 1,706 Injured：12,135Japan
03/11/2011 9.0 Richer Scale Dead：16,079 Missing：3,499Turkey
Earthquake
10/23/2011 7.3 Richer Scale Dead：more than 272 Injured：more than 1,300 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 [7,10,15,16]。
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」。
圖 1、獲救時間與存活率統計
0
100
0-24HR
25-48HR
49-72HR
S u rv iv a l( % )
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圖 1 為受困者之獲救時間與存活率關係之統計。災後 0~24 小時內獲救之存 活率約 90%；25~48 小時內約 50%；49~72 小時內約 20%。超過 72 小時獲 救而能倖存的機率就更低了。
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。
圖 2、固網與行動通訊系統癱瘓
專業救災人員嚴重不足
有組織有訓練的專業救災人員之數量遠遠不足，尤其是災變初期交通系統癱 瘓，災區外及國際的專業救難團隊需克服交通阻隔方能進入災區，因此災變 初期必須動員大量的在地志願人員投入救難救災。
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行政系統癱瘓
各級行政系統可能癱瘓，導致既有通聯組織亦隨之癱瘓，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，完全與外界失聯達數天之久。2010 年海地地震中，政府大樓癱 塌，所有部長全部失聯，僅有一個光桿的海地總統獨撐大局，所有行政系統 形同癱瘓。
物資不易協調分配，資源嚴重錯置
因通聯系統癱瘓，災情資訊收集不易，在災情資訊紊亂不全的情況下，難以 對救災物資作有效且適當的分配，即使分配得宜，如何送達又是另外一個問 題。救災物資的錯置，尤其是醫療用品，使得很多亟待救助的受難者無法即 時得到所需資源而喪生(例如：海地地震中，就發覺極度缺乏處理外傷必須 的抗生素)。
救災人員彼此溝通困難，不易協調
有組織有訓練的專業救災人員之數量遠遠不足，尤其是災變初期，必須動員 大量的在地志願人員投入救難救災。而這些志願人員幾乎沒有通訊聯絡工具 可協助彼此之間的協調連絡，使效率極低。更有甚者，救災工作因溝通不良 而彼此干擾，例如當一個救難團隊在使用高靈敏麥克風探測倒塌建物是否有 倖存者時，建物他側卻在乒乒乓乓的進行挖掘工作，而呼嘯而過的救護車聲 音也是驚天動地的。
由於通訊聯絡不良，資訊缺乏，資訊無法交流等諸多因素，導致救難工作缺 乏效率與救難資源之嚴重錯置，因而喪失了很多可以救人一命的機會，許多生靈 因資訊溝通不良而喪失即時獲救之機會，令人扼腕。
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1.1.2、 固網與行動通訊系統癱瘓原因
行動電話使用無線電通訊，在一般人之普遍認知中，它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 到後端機房仍然是利用固網線路連接。從莫拉克風災及 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[34]，
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 3、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 2 所示。而行動通訊 系統也常隨之中斷，如圖 3 所示，(a)是行動通訊系統的基本架構，基地台後端
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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)可以很清楚的看出即使基地 台本身完好無缺，但因後端連線斷掉，而被迫停止運轉。以莫拉克風災/八八水 災為例，基地台多建在高處可避免被洪水淹沒，但道路柔腸寸斷，二十餘座大型 橋樑遭洪水沖毀，而隨著道路及橋樑鋪設的通訊線路也隨之柔腸寸斷，造成行動 通訊系統也隨之癱瘓，電力與基地台 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連累，建造強固的基地台與交換 機房仍是無濟於事，無法大幅提升系統可用度。
在沒有行動通訊系統的支援下，救難工作只能靠原始的面對面方式進行溝通，
無奈因地形阻隔，交通不便，效率極差，甚至同在一棟倒塌大樓之各團隊都無法 面對面溝通。
1.1.3、 通訊設備修復困難
以 921 地震為例，中華電信耗費 15 天，才搶通災區電信網路。在八八水災 中，斷訊基地台總數達 3300 餘座，中華電信斷訊基地台達 1800 座，其中 550 座在兩天之後仍無法恢復運轉。換言之，在關鍵的黃金 72 小時內，大量的行動 電話將陷於癱瘓，無法及時修復。再觀察近年來各處天然災害的搶救效率，即使 如美國、日本這種先進國家也無法在黃金 72 小時內修復大部分的電力及通訊系 統。且不談卡翠納颱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斷水斷電數星期之久。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
以 921 地震為例，中華電信耗費 15 天，才搶通災區電信網路。在八八水災 中，斷訊基地台總數達 3300 餘座，中華電信斷訊基地台達 1800 座，其中 550 座在兩天之後仍無法恢復運轉。換言之，在關鍵的黃金 72 小時內，大量的行動 電話將陷於癱瘓，無法及時修復。再觀察近年來各處天然災害的搶救效率，即使 如美國、日本這種先進國家也無法在黃金 72 小時內修復大部分的電力及通訊系 統。且不談卡翠納颱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斷水斷電數星期之久。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