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2.1狼烟与驿站的故事——漫谈中国古代的通信 [复制链接]

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懒

发表于 2012-11-28 22:38:08 |显示全部楼层
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第二篇为基础理论篇

举一反三,触类旁通。如何学习通信理论?不妨从曰常生活中寻找它们的影子,人生处处皆学问,只要你做个有心人。

通信的本质——通信系统概述

我们知道,盘古开天地之前,天地是一片混沌。然而这并不意味着1844年莫尔斯向巴尔的摩发出人类第一份电报之前,通信的世界也是一片混沌。

如果“诡辩”的话,人和人之间的对话也是无线通信。

我们把人之间的对话和现代无线通信系统进行比较,就会发现诸多相似之处。说话的人可以看作发射机,听对方说话的人可以看作接收机,人和人之间采用的语言(汉语、英语乃至法语)可以看作信源编码,承载的物理媒介都是空气……

不同的是,人和人之间传递信号是通过声波而非电磁波。声波就传递这么远,也不需要进行调制,即使你想进行调制,你的声带和喉咙也不会答应,因为它们可没这功能。

另外,人和人之间交流也很少需要信道编码,因为你一般都能听清楚对方的说话。 即使偶尔你的“解码”出现问题(你没听清楚对方说话),你的大脑也比那笨笨的接收机 要聪明得多,你根本不需要进行循环冗余校验(CRC,Cyclic Redundancy Check)就知道你接收的信息不完全、不充分、难以理解,然后你的大脑就丢弃这个信息包,并向发信方申请一个重传“俺没听清楚,麻烦您再说一遍”。呃,这可是收发信机在数据链路层上经典的检错和纠错机制。

如果说人和人之间的交流和现代无线通信系统存在诸多类似之处,那么我们接下来要讲的中国古代的通信系统则似乎与此不太搭界。然而既然都是通信领域的智慧,那么必有相通之处,不妨了解一二。

人和人之间的对话在日常生活和交流中显得已经足够完善了,然而人的发声系统能发出的声波的能量是非常有限的,以至于对于稍远一点的距离就显得很无能无力。 如果要进行稍微远一点的通信——比如说指挥军队战斗,那么光靠嗓子吆喝就不能解 决问题了。

《孙子兵法》在第五篇《势篇》里有一句话:“孙子曰:凡制众如制寡,分数是也; 斗众如斗寡,形名是也。”所谓分数,即是对部队进行整编,没有队列不成行伍。放到现代通信系统里来看,就是对一个系统里的各个单元进行编号,无论是手机终端还是收发信机,亦或中心交换机,都得编号,没有编号,一个指令下去就不知道具体找谁,也就 谈不上通信。所谓形名,指的就是旗语,用旗语指挥部队变阵和进行战斗。

将士卒整编成行伍队列,以旗语指挥队伍列阵和变阵,闻鼓则进,闻金则退,这就基本组成了一支军队指挥某次战斗的相对完善的通信系统。这个通信系统相比于人和人之间的对话,有了长足的进步,无论是鼓点声。敲击金镝的声音,还是旗语,其覆盖范围显然比人和人之间的对话要大得多。

但是这个系统的缺点也是很明显的,那就是能覆盖的范围依然太有限了,一个再优秀的将领,即使在开阔的地形下,其有效指挥半径也很难超过5里路。这就不难理解, 为什么古代大的战役几乎都发生在一个很小的区域,而不是像现代战争一样发生在一整条战线上。道理很简单,战线拉长了,指挥系统够不着啊。比如长平之战、巨鹿之战、昆阳之战,这些双方投入总兵力超过50万的著名战役都以某个地点命名,而到了现代,这个级别的战役往往以区域命名了,比如辽沈战役、淮海战役。

这是一定空间范围内的通信,我们可以通过鼓点和旌旗,放大声音的音量和视觉标的的大小,来延展我们的通信距离。可是对于更远的距离,比如长安和雁门,视觉和听觉都无能为力。我们在神话中构造出了“千里眼”和“顺风耳”,不过那仅仅是神话,仅仅只能代表人类的一种美好的意愿而已。

在长安和雁门这种超长距离的信息交换中,就当年而言,最要命和最要紧的信息肯定是北方游牧民族入侵的消息。为了及时传递这种信息,烽火台应运而生,通过一站一站地燃起狼烟来完成自边关向都城的信息传递,“烽火映甘泉”那是一幅怎样的景象啊。值得注意的是,烽火台和现代通信系统有一个共同的概念,那就是“中继”,光信号会随着距离而衰减,所以每隔一段距离就要建一个烽火台,重新燃起狼烟,相当 于把衰减的信号重新放大一次,只有这样,入侵的信号才能从遥远的雁门传到西汉王朝的心脏——长安。电磁信号在介质中传播,无论是五类双绞线还是电缆,亦或是空气,都会有衰减和能量损失,因此隔一定的距离也同样需要中继。为什么你的网线距离不能超过100m?因为超过100m,信号衰减所带来的误码会使通信质量下降得令人难以接受。

就通信系统的健壮性和安全性而言,烽火台并不是百分之百值得信赖的。因为一连串烽火台组成的是一条单链,如果其中一个点出现问题,那么整个系统的可靠性将 难以得到保障。《三国演义》里关羽正是因此而丢掉的荆州,关羽水淹七军之后,兵锋直指宛、洛,为了应对徐晃带来的援军,被迫将荆州的预备队调往前线。这时候吕蒙及其士兵化妆成白衣商人,以躲雨为由进入了荆州防线的一个烽火台,手起刀落解决了守卫,结果荆州整个的预警系统就此失灵,吕蒙趁机攻占江陵、糜竺投降,关羽被迫败走麦城。

然而,烽火台并不是古代主流的远距离通信系统,虽然这种系统传播速度很快(光速是挺快的,点火也费不了多少时间)。不能成为主流的原因之一是其成本高昂(一是建设烽火台是件成本高昂的事情;二是到处找狼粪也不容易),路径固定且单一(烽火台可不是应急通信车,说开走就开走)。最要命的原因还是烽火台能够传递的信息量实在是太少了,就那么几堆狼粪,横竖排列组合就那么几种。虽然狼烟的原理和旗语颇有几分相似,但是你没法控制狼烟的运动,没法把狼烟搞得像旗语一样千变万化,那你就注定传递不了更多信息。

中国古代最主流的远距离通信系统毫无疑问是以驿站为基础的“邮局”系统,我们经常在古装影视剧中看到的所谓“八百里加急”就是这玩意儿。这个系统就是骑着马疯 狂地赶路送信,遇着驿站就换马以保持行进的速度,看起来似乎没有什么可说的。值得注意的是,这么长的距离,你的信使是完全可能在半路上被劫杀的,这就引发了通信安全的问题。这个问题早在周朝就有解决方案,一为对发送信息进行加密,称为“阴符”; 另一种方法和GSM中的跳频加密颇为相似,即将信息分为几份,通过不同的人采用不同的路径发送出去,到目的地再合为一起,就算其中一份被截,也不会泄密。以下内容来自太公姜子牙所著《六韬》一书。

《阴符第二十四》

武王问太公曰:引兵深入诸侯之地,三军猝,有缓急,或利或害。吾将以近通远,从中应外,以给三军之用。为之奈何?

太公曰:主与将,有阴符,凡八等。有大胜克敌之符,长一尺。破军杀将 之符,长九寸。降城得邑之符,长八寸……

这一段就通信保密而言很经典,武王深入重地,想和大后方传递消息,就问太公咋 办。姜子牙说好办啊,咱们对信源重新搞一套编码就是了,比如你杀了对方大将,就不要写“破军杀将”四个字的小纸条传给俺了,直接让信使送俺一块九寸长的木板就行了,这个加密方式只有你和俺知道,不怕泄密。

我们很快就发现,阴符和烽火台一样,面临一个致命的弱点,就是能够传递的信息量太少,或者说编码太少。阴符只能传递8种消息,而且很不详细,对于纷繁复杂的战地情况而言显然是不够的。这个时候还没有发明计算机,没有二进制,没有ASCII编码, 也没有指数和对数,想对每个汉字进行加密简直是个不可能完成的任务。聪明的周武王很快发现了阴符的弱点,他接下来就问姜子牙,俺就是一话痨,要说的话多,8个符号不够,如之奈何?

《阴书第二十五》

武王问太公曰:引兵深入诸侯之地....其事繁多,符不能明;相去辽远,语言不通,为之奈何?

太公曰:当用书,不用符......书皆一合再离,三发而一知,此谓阴书。敌 虽圣智,莫之能识。

把一封书信分成3份,由3个不同的人通过不同的路线传递,内容分离,3个人互相不知道内情,最后传到一个将领手里,这就叫阴书。姜太公够狠的,不过没有GSM 狠,GSM的跳频技术是1秒跳217次。把1秒的内容切成217份,通过不同的频率发出 去,这个拦截难度就大了。

古代的通信方式还有“飞鸽传书”之类,采用并不普遍,本书也就不再详加叙述。

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