無線區域網路在艦艇上之應用

海軍少校　鍾明吉

提　　要：
在電信自由化、個人通訊服務需求高漲、網際網路的使用便利與普遍性、無線通
訊技術進展快速等趨勢下，無線網路的應用層面已經越來越廣，尤其是無線區域
網路(WLAN)的發展，更是成為全球矚目的焦點。
國軍目前均已將現行的行政與管理作業改為電腦化作業，並藉由國軍各單位間網
路的相互連結，使各單位可以透過國軍網路彼此聯繫溝通以及資源分享。然而海
軍艦艇因屬金屬船殼(掃佈雷艦除外)，且金屬艙壁具有隔絕電磁波傳遞之特性，
所以如何有效規劃無線區域網路，使艦上人員可以隨時透過無線區域網路獲得所
需資訊，將是無線區域網路應用於艦艇上之重要技術。
關鍵詞：無線區域網路，通訊協定，網路電話，視訊，服務識別碼

壹、前言
在電信自由化、個人通訊服務需求高漲、網際網路的使用便利與普遍性、無線通
訊技術進展快速等趨勢下，無線網路的應用層面已經越來越廣，尤其是無線區域
網路(WLAN)的發展，更是成為全球矚目的焦點。
現今電腦科技的進步、發達與普及，國軍各單位目前均已將現行的行政作業、專
案管理、裝備及零附件的檔案建立與管制、技術圖書資料管理與查詢等相關作業
，改為電腦作業與管理，並藉由國軍各單位間網路的相互連結，使各單位可以透
過國軍網路彼此聯繫溝通、互通資訊、相互支援，以及資源分享等。
海軍艦艇由於性質較為特殊，再加上具備戍衛我國海疆安全，因工作任務需求，
所以在艦上的有限空間裡，需配置各式各樣之武器與火砲系統、雷達與電戰偵蒐
系統、射控管制系統、艦內外通訊系統、推進動力系統、電力系統、空調系統…
…等裝備，以及相關系統所需之艦存零附件與維修料件等，再加上各項彈藥與戰
備物資之儲存，所以在艙間內除了人員通道及裝備之操作與維修空間外，均已佈
滿了各式的裝備及其所需之管道與纜線，因此若想在艦艇上架設區域網路將使得
艙間內的線路佈設更趨複雜，若能將無線區域網路應用於艦艇上，則將使艙間內
之網路線大量的減少，但是由於艦艇內之金屬艙壁具有隔絕電磁波傳遞之特性，
所以如何有效規劃無線區域網路，讓艦上人員可以隨時透過無線區域網路獲得所
需資訊，將是無線區域網路應用於艦艇上之重要技術
。
貳、802.11無線區域網路技術
IEEE 802為「電機電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic 
Engineers，IEEE)」所推動的標準，此標準是定義區域網路中的第一層實體層(P
hysical Layer)及第二層資料連結層(Data-Link Layer)在網路上的存取控制。簡
單的說，IEEE 802所定義的標準，就是網路上資料存取的方法(Access Method)，
而IEEE 802.11則是針對無線區域網路部分所制定的通訊協定，也就是使用無線區
域網路的遊戲規則。
一、IEEE 802.11的種類
由國際電子電機學會(IEEE)歷經7年制定，於1997年完成並正式公告的IEEE 802.
11，是以IEEE 802.3乙太網路(Ethernet)之標準為基礎，規範Ad-hoc Network及
Infrastructure Network兩種架構，傳輸方式包含直接序列展頻DHSS、跳頻展頻
FHSS及紅外線等三種無線傳輸技術，傳輸速率為2 Mbps的無線區域網路技術規格
。
隨著通訊技術的進步與使用率的逐漸普及，IEEE 802.11在通訊速度上已不敷使用
，為了提高通訊速度以提供多媒體傳輸環境，IEEE於1999年公佈了2.4GHz頻帶、
通訊速度為11 Mbps的IEEE 802.11b與5GHz頻帶、通訊速度為54 Mbps的IEEE 802
.11a等二種規格的高速無線區域網路標準；由於2.4GHz的IEEE 802.11b使用較為
頻繁，而速度又僅有11 Mbps，所以IEEE又於2003年夏天為該頻帶制訂了速度高達
54 Mbps的IEEE 802.11g標準。
(一)IEEE 802.11a
本標準是使用正交分頻多工OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexi
ng)調變技術，理論上可達54 Mbps的高速傳輸；此外，它在UNII頻帶上通訊受到
其他裝置的干擾較小，可是由於它的成本較為高昂，通訊距離短，且與使用2.4G
Hz頻帶的IEEE 802.11b互不相容，所以在業界的利潤考量下，5GHz單頻的純IEEE
 802.11a產品大多均已銷聲匿跡。
(二)IEEE 802.11b
本標準是使用CKK(Complementary Code Keying)通訊調變技術達成5.5Mbps及11M
bps的通訊速度，並與早期的IEEE 802.11相容。由於IEEE 802.11b技術已相當成
熟，在相關製造業者的競爭下，價格已相當低廉，再加上CPU大廠Intel的推廣助
益下，本標準已成為當今使用最廣泛的無線區域網路標準。
(三)IEEE 802.11g
由於IEEE 802.11b已被廣泛的使用，但是其通訊速度實有更進一步提昇的需求，
因此就有了使用於2.4GHz頻帶，且融合了IEEE 802.11a特有的OFDM調變技術與IE
EE 802.11b向下相容性的高速通訊協定IEEE 802.11g在2003年被制定產生(如附表
)。
二、無線區域網路的架構
(一)Ad-Hoc
數個可攜帶式節點(例如：筆記型電腦)，同處於一個小區域，彼此以點對點(pee
r-to-peer)方式通訊，而不必透過有線或無線主幹的輔助(如圖一)。
(二)Infrastructured
包含有線或無線主幹，網路交通可分為兩種： uplink(station到backbone)及do
wnlink(backbone到station)，通往backbone的接點稱之為Access Point，Acces
s Point可以是有線主幹或無線橋接的base station(如圖二)。
三、環境的限制
由於無線網路主要是以電磁波做為傳遞資訊的媒介，而且不同的物理環境對電磁
波所造成的影響亦將呈現在無線區域網路的訊號傳遞與接收上，所以空曠或開闊
的區域比封閉或擁塞的區域提供更好的信號覆蓋範圍(如圖三)，電磁波的穿透力
受建築物中使用的建築材料影響也很大。例如，同樣條件下，在磚砌牆建築物中
(如圖四)的覆蓋範圍大於混凝土建築物中(如圖五)的覆蓋範圍，金屬或鋼鐵建築
物會阻礙電磁波的傳遞(如圖六)。
參、無線區域網路在艦艇上之應用
一、無線區域網路之規劃
海軍艦艇由於具有戍衛我國海疆之作戰任務，所以其設計與一般商船之要求不同
，所需考量之設計細節繁多，諸如破損穩度、水密隔堵、裝備安裝、武器配置、
艦體匿蹤等，而不同型式之艦艇因執行之任務不同，所要求的設計條件亦有所不
同。
由於一般艦體的材質均使用鋼材或鋁材，所以無形中無線網路傳輸的電磁波訊號
均被金屬材質的艙壁所阻隔，如此亦大大的限制無線AP(Access Point)的服務範
圍，所以在無線區域網路的規劃上，係以人員活動較為頻繁的艙間部位來進行設
計，期以合理之成本以達到全艦網路化之需求。
以新一代飛彈快艇為例，因考量成本效益，所以無線區域網路的規劃，係設置在
人員活動較為頻繁的部位或是有其需要之艙間，如：駕駛室、戰通室、前、後機
艙、餐廳、軍官住艙及士官兵住艙，而安裝於桅杆上則可供露天甲板部分使用(如
圖七)。由於新一代飛彈快艇屬於體積較小的三級艦，艙間規劃較少，所以設置較
為簡單，而相對於一、二級艦而言，因船身體積較大，艙間數量繁多，但是艙間
的功能大同小異，所以除了原規劃之部分，只需再加上各裝備間與辦公室部分設
置無線區域網路即可。
二、無線區域網路之應用
(一)技術資料之管理與查詢
海軍艦艇由於性質較為特殊，艦艇之設計要求繁雜、安裝裝備眾多，所以相關的
艦艇藍圖與技術圖書(如裝備說明書、操作手冊、維修手冊)數量亦相當龐大，為
了將所有的資料安放於艦上，往往需於艦上預留出部分艙間以規劃擺放相關資料
，對於艦艇上有限之空間，將使艦艇內部更顯擁擠。
隨著電腦科技的不斷進步，所有的資訊均朝著數位化、電子化的目標發展，所以
現行的各項法規、準則、規範、技術圖書與藍圖資料等均要求提供電子檔，俾利
建立電子資料庫與電子技令等。如果可以花費一些人力將所有的技術圖書與藍圖
資料均轉化為電子檔，然後再輔以技術圖書管理與查詢系統，那麼艦上就不需再
儲放大量紙本的藍圖資料與技術圖書，而利用電腦透過網路系統於資料庫查詢、
下載所需之資料，更可將艦上所需之資料備份於電腦中，並可透過網路執行資料
更新，而艦上人員亦可利用筆記型電腦或PDA透過無線區域網路使用技術圖書管理
與查詢系統進行資料搜尋。
(二)物料配件之管理與查詢
海軍艦艇由於性質較為特殊，所以在其艦上之有限空間裡，配置了各式各樣的系
統裝備、武器彈藥、糧秣被服、手工具、以及裝備系統所需之維修料件，因此若
要有效的管理所有的物料，最好的方式就是將所有的物料管理電腦化，利用現行
的倉儲與物流管理等觀念建立一套統一的物料管理系統，如此，無論是艦艇、機
關單位或是各廠庫均可經由網路的連接，利用系統的一致性，將各單位物料配件
的庫存量與需求數等相關資訊傳遞至管制單位管制統計，而各單位亦可透過網路
與物料管理系統，查詢各單位自己的物料現況與所需物料之相關資訊，俾利各單
位辦理申領、撥補作業，以及管制單位辦理採購與調配物料等情事。
(三)VoIP(Voice over IP)網路電話
VoIP網路電話是將語音訊號壓縮成數據資料封包後，在IP網路基礎上傳送的語音
服務，也就是直接經由網路傳送語音服務而不需透過傳統的公共電腦網路(PSTN)
。目前VoIP用戶端產品有逐漸家電化的趨勢，功能也趨於整合，例如VoIP Gatew
ay整合Wireless晶片，提供基地台功能；或者加上NAT與Firewall功能，就是一台
有防火牆功能的寬頻分享器。也有IP Phone推出Wireless、blue-tooth或USB介面
，只要搭配無線基地台或是接上電腦即可上網通訊。
隨著電腦系統軟體的推陳出新，一般的電腦上均有微軟的MSN(Microsoft MSN Me
ssenger)，可執行點對點的語音與多媒體通訊；而目前最熱門的VoIP語音通訊軟
體則是Skype，它不僅支援 Microsoft Windows、Linux、Apple等作業系統，亦可
被微軟Pocket PC系統的PDA使用。所以從某個角度看，搭載Skype軟體又內建IEE
E 802.11無線通訊模組的PDA，在設置有無線區域網路的艦艇上，將可展現電影「
星艦迷航記(Star Track)」中，艦上人員可隨時隨地與他人通訊的景象。
(四)視訊功能之應用
一般而言，我們在網路上最常提到的視訊功能是透過網路攝影機執行視訊通訊、
視訊會議、遠距教學或是保全監視系統等，而且上述之功能在目前市面上均有現
成之軟體可供使用，即便是MSN亦可執行視訊通訊與視訊會議等功能。
由於現行制度的改變，軍中人員大量精簡，所以在艦艇設計上特別強調系統之整
合與自動化，將原本由人員於各部位執行裝備系統之監控，改為由裝備監控系統
統一控制執行，所以裝備艙間無人於現場看管，因此在艙間內裝設監視器將可發
揮重要之功用，可使監控室內執勤之人員可隨時了解裝備艙間內之現況。
另外，由於任務之關係，可能發生艦上裝備故障，艦上人員無法自行修護，而造
船廠之技術人員又無法赴艦執行修護工程，此時就可利用無線網路，並透過視訊
功能將裝備之影像傳遞給造船廠之技術人員，再由技術人員指導艦方人員執行遠
距維修工程。
肆、無線區域網路的安全機制
根據IEEE 所制定的標準，一個無線網路必須提供的三項基本網路安全服務為：
一、使用者認證(Authentication)
IEEE 802.11制定了兩種認證方式：開放系統和共享密鑰認證；除此之外，尚有兩
種機制也常被採用，即為服務識別碼SSID(Service Set Identifier)和MAC 位址
認證：
(一)開放系統認證(Open System Authentication)
在開放系統認證下，認證的工作方式是無效的(Null)，並且是IEEE 802.11的預設
值，換句話說就是任何一個無線網路端點皆不需認證的情況便可和其他在同一個
設置點(set)的無線網路節點連結。
(二)共享密鑰認證(Shared Key Authentication)
共享密鑰認證如同其名，簡言之，相互連結的無線網路實體分享相同的密鑰做為
認證的依據，就像是從前古代人用信物做為相認的依據。在實際運作上是以Wire
d Equivalent Privacy(WEP)做為認證的基礎，其認證過程(如圖八)。
(三)服務識別碼SSID
SSID主要是用來劃分不同無線網路服務的區域，一般而言，客戶端需要設定適當
的服務識別碼才能存取到無線網路。不過，SSID 並不提供任何資料保密的功能，
也不完全提供客戶端連接到無線網路存取點的認證機制。
(四)MAC位址認證
MAC位址認證並不包含於802.11標準中，但是有很多無線網路設備供應商，包含C
isco 在內都支援此法，其運作邏輯為基地台可針對事先設定好的MAC位址名單，
或是透過認證伺服器來對客戶端進行認證；主要目的是加強開放式與共享金鑰式
的認證機制，進一步限制未經過授權的客戶端裝置對網路進行存取的動作。
二、資料保密(Confidentiality)
在無線網路環境中對於資料的傳輸能夠提供基本的安全防護，以防止第三者竊取
通訊內容。在這部分主要是以WEP(Wired Equivalent Privacy) 加密法來保護無
線網路基地台與客戶端網路介面間的資料安全。其加密方式為利用40位元或128位
元長度的金鑰，透過RC4演算法對資料進行加密。由於WEP的問題太多，因此目前
已有新的標準來取代WEP(802.11i or WPA)。
三、資料完整性確認(Integrity)
在802.11b網路中使用的完整性確認與其他802家族相同，使用CRC checksum來進
行封包內容的完整性確認。在啟動WEP的時候則可透過WEP的加密對傳送內容及CR
C進行更嚴格的保護。
伍、結語
隨著國軍推動的精實案、公文電子化、資訊數位化等一系列的政策與規範，便說
明了國軍正在朝向自動化、數位化、資訊化的方向發展，再加上近年來國防預算
的逐年刪減與三項軍備採購案的排擠效應，使得國軍各單位的經費顯的捉襟見肘
，相對的如何有效的利用國軍網路執行資料傳送、資源分享、減少公文量及紙張
的消耗與浪費，則有賴彼此的共識與規範。
由於海軍艦艇均屬金屬船殼(掃佈雷艦除外)，而金屬艙壁具有阻隔電磁波之特性
，所以在艦上佈設無線區域網路時，無法架設成全區域之無線區域網路，而須採
用Infrastructured架構，以有線網路為主幹，然後在固定艙間中佈設無線AP，以
使該艙間涵蓋在無線區域網路之使用範圍內，雖然此區域網路仍需有網路線搭配
架設，然而在艙間中亦已將所需之網路線減至最少，而人員可於該範圍內之任何
地方連接網路。
目前無線網路最為大家所擔憂的就是有關駭客的入侵與機密的洩露，雖然在現行
的安全機制中上存在部分的疏漏，然而，只要大家再針對無線網路特性所暴露出
的漏點部分去加強，如：修改預設的設定、修改出廠之預設密碼、設定SNMP協定
、設定SSID、關閉SSID廣播模式、預設的通訊頻道、使用DHCP伺服器、啟動WEP加
密機制、紀錄與過濾MAC位址、防火牆區隔網段、建置虛擬私有網路(VPN)通道等
，相信即使有心人士再有心，也要花好大一番工夫去試才行；因此只要網管人員
能夠注意相關細節，應可有效防範駭客入侵事件。
＜參考資料＞
一、小泉修(著)，羅美華(譯)，「你不可不知的網際網路」，世茂出版社，2003
年2月。
二、D-Link技術團隊，「無線區域網路技術白皮書」，文魁資訊股份有限公司。
2005年9月。
三、劉永泩，「艦艇指管系統導入無線網路即時傳訊之研究」，國防大學國防管
理學院國防資訊研究所，碩士論文。
四、林千央，「以無線區域網路為基礎發展遊艇行動資訊系統」，成功大學系統
及船舶機電研究所，碩士論文。
五、「電腦黑手」，「遠端視訊與網路電話DIY」，碁峰資訊股份有限公司，
2003年11月初版。
六、「無線網路」，國防資訊季刊，第10期。
七、梁正田，「無線網路安全報告書」，資訊軍官班，95年1期。
八、許巽堯，「艦內使用無線網路評估報告」，海軍後勤司令部，93年1月29日。
八、http://ccnet.ntu.edu.tw/TANet/info/91course/03.doc，無線區域網路簡
介，91年度網路技術推展研討會，91年7月3日。