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創辦人談衛星 6/台灣應有多元的網路韌性

低軌衛星示意圖。(美聯社)
低軌衛星示意圖。(美聯社)

本文共2295字

作者 李中旺

「網路韌性」是指網路在大規模失效時的應變能力。根據媒體的報導(註1),台灣已經有將近2,200萬網際網路的用戶,超過3,000萬支手機門號。台灣人的工作和生活已經完全依賴網路,因此在承平時期就應該不斷的強化網路韌性,才能在戰爭或天災來臨時,讓整個網路還能夠提供最基本的運作。

數位發展部規劃以低軌衛星強化網路韌性

這些年來,網路的各種冗餘(Redundancy)技術已經發展完備,網路不會因為機房或線路的單點故障而受到影響。網際網路已經成為相當堅固而可被信賴的通信管道。

然而,還是有零星出現的網路事故,例如2015年5月,杭州蕭山市光纖被挖斷,導致遠在北京和廣東等地的支付寶暫停使用。去(2023)年馬祖與台灣之間兩條海纜相繼斷裂,導致馬祖地區網路斷線、手機無法通訊。這些事故提醒我們,對於網路的應變能力還有進一步加強的必要,尤其是在大規模天然災害或戰爭的狀況下。

居安思危,去年數位發展部核定了「應變或戰時應用新興科技強化通訊網路數位韌性計畫」,計劃裡的「新興科技」指的就是以低軌衛星為主的非同步軌道衛星。政府在兩年內投入台幣5.5億,嘗試將衛星鏈路加入政府的指揮體系。

OneWeb是當前唯一的選擇

目前全球四大低軌道衛星系統包含SpaceX 的Starlink(星鏈)、英國的OneWeb、加拿大的Telesat與Amazon的Kuiper。數發部對四大系統的比較如下表。

取材自數發部公布的辦法
取材自數發部公布的辦法

由於Telesat和Kuiper都還缺乏可以正式營運的衛星,不能列入考慮。而政府對星鏈有營運法規的限制和政治上的顧慮,以至於現今的唯一的選擇就只有OneWeb。

OneWeb需要再提升容量

台灣對島外的聯繫通道(國內與國際間)以海纜為主,傳輸容量約為83 Tbps。和海纜相比,OneWeb每顆衛星6Gbps的總容量與165M的鏈路傳輸容量,實在是微不足道。

儘管OneWeb完成了全球的覆蓋(如下圖一所示),但是過去OneWeb的營運主力在歐洲和美洲,因此在亞洲沒有建立密集地面閘道器。離臺灣最近的閘道器在泰國的烏汶邦(Ubon Ratchathani)和日本。

圖一:OneWeb完成了全球的覆蓋

取材自Airbus Defense and Space網站
取材自Airbus Defense and Space網站

一顆One web衛星對地面覆蓋區域的直徑大約為1900公里,區域外的信號微弱,會影響通信的品質。不巧的是,台灣與日本或烏汶邦的距離都在都超過了1900公里,如下圖二和圖三所示。

圖二:台灣北部的衛星站距離泰國烏汶邦的閘道器距離超過1900公里

地圖取材自Google Map
地圖取材自Google Map

圖三:台灣北部的衛星站距離日本的閘道器距離超過1900公里

地圖取材自Google Map
地圖取材自Google Map

也就是說,儘管數位發展部規畫在島上建立700多個衛星用戶終端機,但這些用戶終端機和最近的閘道器都會處在衛星覆蓋範圍的邊緣。信號微弱會大大的影響通信的速度與品質,單一鏈路的傳輸容量可能無法到達預期165Mbps的水準。

在台灣島上增建的OneWeb閘道器,在戰時沒有實質幫助

媒體報導,由於在島上接收到OneWeb衛星的信號不強,中華電信也考慮在島上建立OneWeb的閘道器。這真是一個好消息,用戶終端機和閘道器的距離縮短,在承平時期,確實可以大大的改善OneWeb衛星通訊品質,如圖四所示。

圖四:用戶終端機和閘道器的距離縮短,可以大大的改善OneWeb衛星通訊品質。

地圖取材自Google Map
地圖取材自Google Map

然而,當本島周邊的海纜中斷的時候,台灣島上的閘道器沒有辦法透過海纜與Internet聯通。再加上OneWeb沒有「星際鏈路」,本島上的閘道器還是不能過其他OneWeb衛星找到出口,自然也無法增加網路的韌性,如圖五所示。

圖五:如果台灣本島對外的海纜都中斷了,島上的閘道器也就無法發揮備援的功能。

地圖取材自Google Map
地圖取材自Google Map

在離本島接近的周邊地區,如沖繩島、石垣島、與那國島、或呂宋島新建OneWeb閘道器,不但可以快速提升容量,也能讓OneWeb衛星在台灣海纜全數失效的時候,發揮救援功能。

不應該排除「星鏈」在天災時的救援功能

星鏈的優勢有:

1.在太空中的佈建密集(4千多顆衛星服役中),

2.信號延遲短(飛行高度低到550公里左右),

3.超大的單顆衛星容量 (Starlink V2 mini高達60Gbps),大多數的情況下,衛星到用戶終端機的速度都可以超過100Mbps。

4.85%的衛星配備有雷射星際鏈路(ISL,速度高達100Gbps) (註2)。

這些特點讓星鏈儼然成為能夠和地面網際網路抗衡的空中光纖網路。也就是說,在海纜中斷的時候,星鏈有資格成為海纜之外的「第二通道」,發揮救援網路功能。

戰爭時期也許不適合使用星鏈。然而台灣不缺颱風、地震等天然災害,救災網路沒有政治與軍事機密的考量,是不是不應該排除對星鏈的疑慮?先建好部份星鏈的用戶終端機來對付天災。

多元化的網路韌性

日本能登半島7.6級的強震,讓道路破碎、交通斷絕,大規模停電導致通訊中斷。各電信公司的緊急應變措施有:

1.KDDI緊急架設近千台的星鏈用戶終端機,提供Wi-Fi服務。

2.軟體銀行則是利用飛行高度約100公尺的無人機架設通訊基地台、每架無人機可以連續飛行100小時。

3.NTT DoCoMo和KDDI攜手,在輪島市2公里的外海利用海底電纜鋪設臨時通訊基地台,從海上提供訊號給居民恢復通訊。

這些措施在台灣都可以輕易實現。

台灣的通信產業不輸日本,我們可以在應變時期,建立一個極低軌(<100公尺)的「類」衛星網路:

a.在台電的高壓電塔上,設置「行動基地台」載台。

b.讓「無人機」承載「行動基地台」。

c.在緊急狀況下,「無人機」飛到災區的電塔,把行動基地台安置在載台上

d.電塔上的行動基地台對下方半徑2~3公里區域以5G或Wi-Fi覆蓋通信。

e.行動基地台之間,透過Ku頻道、點對點高速通信,形成無線骨幹網路。

換言之,讓無人機載運「行動基地台」到電塔上,「行動基地台」扮演災區上方衛星、下方覆蓋的通信角色,而無線骨幹網路扮演星際鏈路的角色。請對比下圖六、圖七。

圖六:傳統的衛星通信與透過星際鏈路形成的星座網路

圖七:把衛星通信的觀念搬到高壓鐵塔上,讓行動基地台提供另外一種機動、高速、穩定的網路韌性

結論:

低軌衛星的諸多特點當然是強化網路韌性的第一選擇。One web即使受到一些限制,但也有提升的方法。網路韌性對國家安全至關重要,參考日本搶救災區的做法,除了低軌衛星之外,期望政府和企業能夠有更多元的措施,讓國土與網路更為安全。

註[1] https://datareportal.com/reports/digital-2023-taiwan

註[2] https://interestingengineering.com/innovation/starlink-v2-satellites-space-lasers

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友訊科技共同創辦人、明泰科技創辦人,現任職於創威訊科技

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