鹿林山天文台之微波網路系統
相關領域：視訊通訊、無線與衛星通訊、網路規劃與建置
陳文屏1、陳炳志1,2、張明新1、張光祥1、張永欣1、
龔孝容1、孫維新1、章展誥1,2
1國立中央大學天文研究所
2國立成功大學物理系
聯絡人：陳文屏 中壢市32054中央大學天文研究所
電話
03-422-3424，傳真
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email: wchen@astro.ncu.edu.tw
摘要
天文觀測常需要高速而可靠的網路傳輸，一方面提供遠方觀測者遙控儀器以及下載資料所需，另一方面對於有時效性之天象，可藉由網路與國際其他天文台保持聯繫。然而天文台總位於偏遠山區，因此維持通暢的高速網路是很大的技術挑戰。本文介紹鹿林山天文台如何利用微波中繼接上台灣學術網路，討論所遭遇的困難，以及下一步的擴充計畫。
關鍵詞：無線通訊、遠距遙控、網路設置、網路管理
本計畫經費來自教育部與國科會「學術追求卓越發展」計畫，編號:89-N-FA01-1-4-5
1. 鹿林山天文台
鹿林山天文台位於鹿林前山，地處東經+120.8736度，北緯+23.4686度，緊鄰玉山國家公園，目前由中央大學天文所使用、管理 [1]。當地海拔高2862公尺，位於大氣逆溫層之上，白日雲層籠罩，但傍晚後隨著氣溫下降，雲層逐漸下降，如此不但露出晴朗夜空，並且遮擋山下光害，適合天文觀測。早期天文台仰賴發電機供電，並以太陽能提供CB無線電傳輸氣象監測資料至中壢中央大學，但午後雲氣籠罩以致日照量不足，影響太陽能供電效率。鹿林山天文台在交通方面尚稱適中，車輛可通行至鹿林山莊，然後徒步約廿分鐘可達，方便人員、設備器材運補。
天文台目前設有中大0.76公尺口徑反射式望遠鏡，另有我國與美國等國家合作之「中、美掩星計畫」0.5公尺口徑超廣角望遠鏡構成的監測網 [2,3]。未來於2002年春季將有一公尺望遠鏡上線，另外成功大學與太空計畫室主持之「紅色精靈」大氣向上放電之研究，以及清華大學之「日震與地輝」觀測計畫也都將於近期置放儀器於鹿林山天文台。
台電於2000年夏天開工佈設管線，供電至海拔2600公尺之山腰責任界點，中央大學經教育部與國科會「學術追求卓越發展計畫」補助「國內天文研究大環境軟硬體系統之建立」子計畫，加上校方配合款，除了延伸自山腰往天文台之電力工程以外，並進行「步道改善」、「建構第一期微波通訊」、「規劃第二期微波通訊」，以及「控制中心設計、建造」等各項工程。其中供電部分已於2000年12月順利完成，其他工程也正進行中。穩定的電源對觀測以及通訊有非常大的助益，此處針對鹿林山第一期微波通訊連接TANet的架構提出報告。
2. 微波通訊系統
我們對通訊系統的要求，首先是可靠的傳輸，以能收發電子郵件、查閱網路資料為基本功能；其次則必須具備足夠頻寬，以傳輸天文觀測的影像資料。由於鹿林山天文台地處偏遠，無法直接連上網路，因此我們決定以微波轉接方式連上附近國中、國小，而後透過縣網與學術網路連結。我們於1999年7月赴塔山測試微波系統，當地原為軍事基地，已有電力與通訊線路，可在短期內復線，惟交通不便，日後儀器維修將非常困難。1999年9月塔山微波測試成功，於此同時我們完成天文台本身內部網路佈放。
為尋找更適合地點，2000年1月另勘查對高岳車站，該地在相距數十公尺處能同時目視鹿林山以及香林國中兩地，故分別架設各一套微波收發器，之間則以有線方式連線。該地交通方便，電力供應無虞，日後維護容易，故以GPS精確測量三地相對位置後，於2000年7月確定成為微波通訊中繼站地點，開始申請土地、電力使用，以及相關機關合作協商等工作。微波通訊系統採SkyLan 11M 無線收發器，24db魚骨天線（圖1），操作頻率為2.4GHz，由宏宜科技公司得標，於2000年11月完成安裝並測試成功。圖2示出相關各站地理位置，其中對高岳距離鹿林山天文台7.6公里，而距離香林國中1.2公里。圖3所示為通訊系統流程，微波收發系統包括鹿林山天文台一套、對高岳2套、香林國中1套。微波到達香林國中後連接T1線路，經嘉義縣網各機房，而後透過國立中正大學連結台灣學術網路TANet。
圖1 ─ 鹿林山天文台與對高岳車站之微波天線系統。
圖2 ─ 鹿林山天文台微波網路點地理位置圖。
圖3 ─ 鹿林山天文台通訊網路流程。
微波網路完成後，實測結果顯示鹿林山天文台與中大之間有效頻寬約20∼40 KByte/s（圖4），主要瓶頸在香林國中與嘉義縣網之間。這樣的頻寬雖尚無法滿足大量資料下載，或遠距即時操控儀器之需求，但已能提供上網查詢電子郵件、閱覽網路資料、遠端程式除錯之基本功能。
圖4 ─ 網路通訊流量監測結果。
鹿林山天文台的微波系統建構完成後，最大的困擾是高山閃電頻繁，天文台周遭雖有完善防雷擊措施，但電腦、偵測器等儀器，以及一般電器用品，甚至供電設備本身常因感應瞬間衝擊電流而遭損毀。網路設備受害尤深，這是因為原來微波天線附掛於氣象局轉播桿上，距離天文台建築超過100公尺，網路線路過長，不僅有信號衰減問題，且容易造成感電。2001年7月經將天線改裝在天文台本身簷壁後，且同時期香林國中對外網路T1改為ADSL，目前網路連線已經穩定得多。
目前我們使用單機webcam實施視訊通訊，現正安裝多部監視CCD相機，除了提供防盜、防火等保全防護，也在遙控儀器時，達到監控的目的。未來天文台將安裝 Voice over IP，使山上網路成為中大校園網路之延伸，電話可以當成校內分機使用。視訊傳輸未來也將提供鹿林山天文台與墾丁天文台 [4] 及國際上其他天文台進行教學網之用。
3. 下階段通訊規劃
第一期通訊的目標在迅速建立鹿林山天文台的對外網路聯絡，目前順利達成預定目標，但是仍存有一些問題，需要改善。首先是維修人力。目前的通訊流程包括三個維修點（鹿林山天文台、對高岳中繼站、香林國中）共四座微波設備。一旦發生斷線，技術人員必須逐站排除故障可能。且對高岳中繼站沒有IP網路設備，因此故障時無法檢測中斷點發生在香林、對高岳段，還是對高岳、鹿林段。我們將於近期在對高岳加裝webcam server，一方面提供IP支援，作為偵錯點；另方面可與國家公園或林務單位配合，進行環境監測工作。另外一項困難在於香林國中缺乏網路維護人員，因此無法協助故障排除，有時即使只是接線鬆脫等問題，也必須天文台技術人員親往檢視。
為爭取更穩定、更快速的網路，我們正評估下一階段的替代方案，以達到T3頻寬作為規劃目標。我們的構想是無線通訊部分應直接點對點連接，減少轉接站，以降低維修人力，同時另一端需連接固網寬頻網路。經初步勘查與測量，發現和社（同富）與信義鄉可能有適合地點，但技術是否確實可行仍有待評估，可能遭遇的問題包括功率大小（連接點超過30、40公里）、頻率使用許可、傳輸受天氣影響等。在這過程中，我們也發現一些單位也有無線通訊網路需求，例如林務局的森林火災監測系統，這些都是我們未來可以合作的對象。此外，除了無線部分以外，在離開山區後的有線網路方面，我們也評估諸如行動電話等固網與TANet配合連接之可能。除了速度、可靠性、維修等因素外，日後連接使用的費用也是評估的重要事項。
我們感謝中央大學電算中心對本計畫的大力支持，也謝謝嘉義縣、中正大學、TANet等網路管理單位，香林國中，以及香林國小的協助。鹿林山基礎建設，包括通訊系統建立，經費來自「追求卓越發展計畫：國內天文研究大環境軟硬體系統之建立」。
參考文獻
[1] W.S.
Tsay, B. C. Chen, K.H. Chang, et al, 2001, “The NCU Lu-Lin Observatory”, in
Proceedings of the IAU Colloquium 183 “Small-Telescope on Global Scales”, eds.
W.P. Chen, C. Lemme, B. Paczynski, ASP.
[2] W.P. Chen, 1999, “Census of Kuiper Comets --- The
Taiwan-America Occultation Survey (TAOS) Project”, Publications of the Yunnan
Observatory, Proceedings of Fourth East-Asian Meeting on Astronomy, Kunming,
Yunnan, China, p. 181
[3] W.P.
Chen, 2000, “Census of the Kuiper-Belt Objects ---
The Taiwan-America Occultation Survey (TAOS)”, Proceedings of Joint Discussion
“Transneptunian Population”, IAU General Assembly, Manchester, UK
[4] W.H. Sun and S.T. Tseng, 2001, “Optical Identification of
Gamma-Ray Bursts at Kenting Observatory”, in Proceedings of the IAU Colloquium 183
“Small-Telescope on Global Scales”, eds. W.P. Chen, C. Lemme, B. Paczynski,
ASP.