毋須仰賴核心網路　D2D通訊提升災情資訊傳遞效率

鄰近服務概念逐步成形

對於第一線緊急救災人員(First Responders)而言，如何正確、即時、迅速的蒐集災情資料與傳遞緊急呼救訊息，是救災行動的關鍵。

所謂「遠水救不了近火」，無論提供相關資訊或進行求援，災區周遭的對象均是最佳選擇，因此能夠提供快速探索(Discovery)、即時定位(Location)資訊的鄰近服務(Proximity-based Services, ProSe)概念，逐漸成為公共安全議題中舉足輕重的角色。此外，災區之通訊機房、基地台、電力線設施等基礎建設可能毀損，使得災情與求救資訊無法順利回報，災害應變中心無法因應災情做出決策、有效投入救災資源。為解決此問題，毋須仰賴核心網路的直接通訊(Direct Communication)技術便受到重視。

另外，3GPP組織於標準規範Release 12中探討鄰近服務的焦點工作項目(ProSe Work Focus)時也提到，在有關公共安全的範疇中，基地台覆蓋範圍內(In Coverage)與覆蓋範圍外(Out of Coverage)的通訊，皆屬於優先權最高的工作項目。因此進行防救災行動時，透過非直接與直接通訊技術的協同運作，將能補足通訊死角，建置完善的救難系統。

D2D技術應用於公共安全領域

災害發生時，災難現場常會聚集消防、警政、民政等單位的救難人員，甚至包括當地居民、義工或其他國家的支援隊伍，這些來自各地的救難隊伍，若各自為政便無法發揮最大效益，應與鄰近人員就地組成群組(Group)合作進行救災任務。而群組的基本組成通常為各種終端裝置，換言之，在救災現場最基本的通訊行為即裝置與裝置間(Device-to-Device, D2D)的群組通訊(Group Communication)。因此，群組通訊於3GPP組織討論公共安全領域焦點工作時，被明列為必須具備(Must Have)的項目，亦是鄰近服務的核心概念之一。

以下將分別簡介鄰近服務中的通訊模式、直接通訊探索技術架構、與應用於公共安全領域的群組通訊技術：

鄰近服務中的通訊模式

2011年9月，3GPP組織成立鄰近服務工作小組，研究其使用情境與相關需求，並允許終端裝置能夠探索周遭的其他裝置，以及裝置彼此間可進行點對點直接通訊。因此鄰近服務中新增兩種通訊模式，即直接模式(Direct Mode)與區域路由模式(Locally Routed Mode)，如圖1所示。

圖1　D2D鄰近服務的兩種傳輸模式架構

有別於資料交換必須透過基地台送至核心網路再回傳至終端裝置的傳統做法，直接模式使終端裝置毋須依賴任何網路基礎建設，兩個或兩個以上的終端裝置便可直接進行資料交換等通訊行為。區域路由模式則讓終端裝置可透過同一個基地台或不同基地台進行區域通訊，不須要再將資料傳遞至核心網路後回傳。

上述兩種通訊模式應用於公共安全領域時，可有效達到資料分流(Offload)，紓解災難發生時同時湧入大量通訊需求的核心網路負荷，或彌補基礎建設毀損時的通訊缺口。

直接通訊探索技術運作流程

圖2　D2D鄰近服務的直接探索示意圖

當公共安全用戶欲進行直接通訊，須先取得執行直接探索(Direct Discovery)的權限，而負責處理直接通訊服務的相關功能可實作於每個PLMN(Public Land Mobile Network)內。用戶可從通過執行直接探索認證的PLMN中，透過安全的連線獲取用來進行直接通訊的相關配置資訊，例如有支援直接探索功能的PLMN清單；若用戶原先是由Home PLMN進行直接通訊的授權，當用戶移動到其他PLMN服務範圍內時，可由先前接收的清單確認該PLMN是否支援直接探索功能，若是，用戶可向該PLMN發出直接探索授權請求。

接著，該地區的PLMN可逕向此用戶的Home PLMN調取用戶執行直接通訊的授權資訊，用戶無須額外向該地區的PLMN進行註冊，亦不須同時與多個PLMN中負責處理直接通訊功能的區塊保持連線。該地區的PLMN取得用戶的直接通訊授權資訊後，可能會因應自身政策(Policy)調整相關資訊，再將適用於該PLMN的授權資訊提供給用戶，用戶便可開始與周遭用戶直接進行探索。

圖3　跨群組聯合廣播功能運作方式

獲得授權的用戶執行直接探索時，可分為宣布者(Announcing UE)與監聽者(Monitoring UE)兩種角色。前者可在一段配置時間間隔中重複廣播用於探索周遭用戶的特定資訊，後者則監測並接收有興趣探索的用戶特定資訊。

鄰近服務的直接探索還可細分為開放(Open)與受限(Restricted)兩種類型，開放型的探索不需要明確的許可權限(Permission)，受限型的探索則需要明確的許可才允許用戶被探索。 此外，一旦用戶使用鄰近服務的授權被取消，無論是用戶的Home PLMN或所在地區的PLMN皆可隨時將用戶的相關授權資訊廢除(Revoked)。用戶申請授權以執行直接通訊探索之示意圖如圖2所示。

公共安全群組通訊技術

應用於公共安全領域的D2D鄰近服務技術，最為重要的便是群組間或群組中的各式通訊行為，交互運作以在災難發生時發揮最大效益。以下將簡介三個在公共安全領域必要發展的群組通訊技術：

‧	跨群組聯合廣播
	公共安全領域中，廣播服務為最重要的必備功能。當災難發生時，察覺災難的用戶應能立即將相關訊息透過跨群組聯合廣播(ProSe Broadcast)通知通訊所及範圍內的所有成員，無論是否屬於自身所在群組的成員，應須能夠收到緊急通知。為避免無意或惡意的誤報，能夠廣播緊急資訊的最好為通過公共安全授權認證的行動裝置(Authorized Public Safety UE)。跨群組聯合廣播功能運作方式如圖3所示。
‧	中繼功能
	圖4　中繼功能運作方式 在基礎建設毀損導致核心網路通訊中斷、或因殘垣斷壁使受災人員無法離開，以及救難隊伍不得其門而入的現場，藉由通過公共安全授權認證的行動裝置做為中繼站，將求救訊息或災區現況等資訊透過中繼站轉送出去，將緊急資訊一層一層地由災區向外傳遞。此外，當行動裝置做為公共安全中繼站轉送資料時，應避免用戶察覺可能的服務品質下降。中繼功能(ProSe Relay)的基本運作方式如圖4所示。
‧	混合式通訊與範圍延伸功能
	圖5　混合型通訊與範圍延伸功能運作方式 當災難發生時，相關緊急資訊必須被盡力傳達出去，因而提供公共安全鄰近服務的行動裝置應具備同時與核心網路及無網路(Off Network)直接通訊的能力。用戶可將緊急資訊一邊透過核心網路傳遞給基地台通訊範圍中的成員(即Infrastructure Link)，另一邊可將資訊傳遞給自身通訊範圍內的成員(即D2D Link)，如此便可延伸緊急資訊可傳達的範圍，增加重要疏散通知或求援訊息被接收的機會。混合型通訊與範圍延伸(ProSe Hybrid and Range Extension)運作方式如圖5所示。

D2D鄰近服務應用挑戰仍大

在災難現場，具備不須仰賴核心網路便可快速執行探索與定位、即時交換資訊、同時支援通訊範圍內與範圍外通訊等特性的D2D鄰近服務，其相關技術之發展被視為解決公共安全困境的最佳方案。

此外，由於現場救災人員通常來自四面八方，可能隸屬不同單位或國家，這些臨時組成的救難隊伍，可能使用完全不同的通訊設備，例如警消與他國救難隊使用不同系統的無線電、義工及當地居民使用自己的智慧型手機，不同裝置間的互通性(Interoperability)、異質通訊網路(如TETRA、P25、LTE、WiFi Direct等)間的整合、進行群組通訊資料交換時如何兼顧隱私(Privacy)與安全性(Group Security)、各式行動裝置的設計是否支援切換至公共安全頻譜(Public Safety Spectrum)使用等，皆是D2D鄰近服務應用於公共安全領域待解決的挑戰。

(本文作者任職於資策會智通所）