支配全球物流运输网的秘密信号

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清晨时分,在布莱顿海滩,我们面朝大海坐在鹅卵石斜坡上。我们带着一部笔记本电脑、几米电缆和一根比小孩子高一些的天线。我们一边向手持金属探测器的人和一些巨大的海鸥挥舞示意,一边眯眼看着电脑屏幕,寻找无线电频谱的特定峰值。我们正试图观察隐形的基础设施,它们无处不在,与我们的现代生活息息相关。

在 21 世纪,我们生活的每个环节几乎都离不开庞大的物流系统。服装、食品、医药和手机等物品都要通过供应链、集装箱船、飞机和火车构成的错综复杂的运输线路才能来到我们身边。约 85% 的国际货运都要经过海运实现,运量高达近 100 亿公吨。几乎每架商用飞机都会搭载某类空运货物,大多数都由波音 747 等大型“宽体”飞机承担运输。2013 年,仅英国机场就处理了约 240 万吨货物。在英国,火车每年运输货物约 65 亿公吨。

基础设施尽管很重要,但却要设计为隐形的,而且它们要能顺利、静悄悄地工作。只有功能异常或发生故障时——如包裹遗失或火车发生晚点,我们才会注意到它们。

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Image caption 飞机容易追踪,但飞机周围却常常有电磁干扰

我们建立了一个名为“Familiars”的项目,旨在发现这些系统中有多少允许人看到。我们针对附近的轮船、飞机和火车的移动情况和数据广播制作了实时地图。有大量应用和程序能够跟踪这些系统,但其中大多数目前只能管理和筛选数据,用户无法通过它们直接访问这些数据。

不过,有一种新型技术——软件定义无线电系统(SDR)已经开启了直接观察这些系统的可能性。SDR 往往采用小型 USB 软件狗(dongle)形式,可接收很大频谱范围的无线电信号。与传统的单一功能、有限频率的无线电硬件不同,SDR 装置能接收并解码很多无线电信号,从民用波段无线电到气象卫星信号都不例外。

结合专门的开源软件,SDR 接收器还能帮助我们跟踪处于物流系统核心的十分古老的无线电技术信号。每艘轮船、每辆火车和每架飞机都要向网络其他部分发送信息,说明自身的位置和工作状况。无线电是跟踪快速移动船只的理想技术,因为它能在移动中保持通信。

我们发现,飞机最容易被跟踪。在每架飞机的驾驶舱中,都有一个自动跟踪监视广播(ADS-B)收发机,负责发送和接收无线电信号。在全球定位卫星采集到有关信息后,飞机以 1090 MHz 的广播频率广播其位置、高度、速度和前进方向,供其他飞机和地面控制系统接收。 有了置于适当位置的 SDR 接收器和适当的软件,在英国的任何人都能合法采集和解码这些无线电信号。

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Image caption 设计师表示,船只发出的无线电信号可被人接收到,但人必须处于能与信号直线连接的地方

理论上,集装箱船只和油轮也应该便于跟踪。像飞机一样,它们也会公开发射其位置、速度和前往目的港等信息数据。这些数据通过船载自动识别系统(AIS)发出,发射频率为 161.975 MHz 和 162.025 MHz。

但是实际上,我们在布莱顿海滩发现,要想接收这些信号,人就要处在能与轮船直线连接的地方。在几天日益复杂的天线接收后,我们决定通过第三方获取这些数据。在“Familiars”项目中,我们利用 vtexplorer.com 所提供的在线接口。这样能使数据非常稳定,但意味着我们无法直接得知数据怎样采集和改变。

有些传输数据我们几乎完全无法访问。2014 年,英国铁路货物运量又创新高,达到 227 亿吨货物,但直接跟踪这些火车非常困难。在英国,火车司机主要通过全球铁路移动通信系统 (GSM-R)实现通信,这是一种用于火车的移动电话网络。

GSM-R 系统是一种闭环网络,这意味着,根据英国电信法,对其中传输的信号进行解码属于违法行为。但是,火车每发送一条编码信息,在附近的上行链路频段 876 MHz-880 MHz 上都能检测到峰值。因此,信息发出时,即使我们不知道信息内容或发送火车的详细信息,我们也能够知道有信息发出。

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Image caption 尽管火车数据受到保护,我们仍然能知道火车什么时候发出信息

在观察运输系统中各组成部分之间怎样进行通信时,我们还能了解到关于数据本身的一些情况。这种数据并非通过屏幕简单调制,它们本身不是纯粹的数字传输,而更像是分散在世界各地的一层混乱的材料。

获得这些无线电波会受到天气和电磁干扰的影响;具有讽刺意味的是,机场周围会有大量这种干扰。自然地理状况也会影响无线电的传输,如山脉丘陵和森林都会妨碍很多无线电波的传输。

数据经过时刻表和售票应用的筛选和调制后,有时就能得到火车发出的实时数据流,但要直接采集这些数据却格外困难。频段中,有些部分为公开的,有些部分则为编码。尽管飞机发出的无线电信号是公开的,但是在英国,偷听飞行员和空中交通管理员的对话属于违法行为。要直接了解被刻意设计为不可见的物流基础设施,我们就要违反一系列控制其可见性的监管规则,这也使我们认识到数据采集本身的政治性质。

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(责编:友义)

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