Dies ist der dritte Artikel in der Full-Stack-Entwicklungsschleife über die geheime Lebensdauer von Daten. Es ist der langen und schwierigen SMS-Route gewidmet: Wählen, Speichern, Senden, Empfangen und Anzeigen. Ich werde einen Verlauf und einen Kontext hinzufügen, um die Liste der Protokolle zu verwässern. Obwohl der Text ziemlich technisch ist, ist er ziemlich leicht zu verstehen.

Die ersten beiden Teile des Zyklus:

• Cetus über die Verbreitung von Fehlern in den Vorfahren der Tabellen des 17. Jahrhunderts
• "Down the Rabbit Hole" über die wahnsinnig komplexe Suche nach der Quelle eines Datensatzes

Also fangen wir an ...

Mein Bein zuckte unwillkürlich vor Vibration: Ist es ein Telefon oder schien es nur so? - und ein flüchtiger Blick fand ein blinkendes blaues Licht. "Ich liebe dich" von meiner Frau. Ich ging sofort nach unten, um ihr eine gute Nacht zu wünschen, weil ich den Unterschied zwischen einer Nachricht und einer Nachricht kenne. Das ist ein bisschen wie Verschlüsselung oder Steganographie: Jeder sieht den Text, aber nur ich kann die versteckten Daten entschlüsseln.

Meine Übersetzung ist nur ein Glied in einer überraschend langen Kette von Ereignissen, die erforderlich sind, um eine Nachricht in weniger als fünf Sekunden in einer Entfernung von etwa 10 Metern zu senden und zu entschlüsseln („Geh runter und sag gute Nacht“).

Anscheinend entstand die Nachricht irgendwo im Gehirn meiner Frau und verwandelte sich in Fingerbewegungen, aber diese Signalübertragung ist das Thema eines anderen Artikels. Unser Gespräch beginnt in dem Moment, in dem ihr Daumen den durchscheinenden Bildschirm berührte, und endet, wenn das Licht auf meine Netzhaut fiel.

Durch den Spiegel

Bei jeder Berührung vom Bildschirm fließt eine kleine elektrische Ladung in die Hand. Da der Strom leicht durch den menschlichen Körper fließt, zeichnen die Sensoren am Telefon die Spannungsänderung an der Stelle auf, an der der Finger den Bildschirm berührt hat. In diesem Fall treten im Rest des Bildschirms zufällige Spannungsschwankungen auf. Daher ermittelt der Algorithmus die maximalen Spannungsschwankungen und geht davon aus, dass die Person an dieser Stelle mit dem Finger drücken wollte.


Abb. 0. Kapazitiver Berührungssensor

Also klickt sie auf den Bildschirm und tippt jeweils einen Buchstaben ein.

I--love--you.

Sie wischt nicht (aber aus irgendeinem Grund druckt sie immer noch schneller als ich). Das Telefon registriert zuverlässig die Koordinaten (x, y) jedes Drucks und überprüft die Koordinaten jeder Taste auf dem Bildschirm. Es ist schwieriger als Sie denken; manchmal gleitet der Finger weg, aber irgendwie versteht das Telefon, dass dies keine Geste ist, sondern einfach ein verschwommenes Klicken.

Tief in den Metalldärmen des Geräts prüft der Algorithmus, ob eine Spannungsänderung jedes Mal mehr als eine bestimmte Anzahl von Pixeln abdeckt, was als Touch Slop bezeichnet wird . Wenn der Bereich klein ist, registriert das Telefon einen Tastendruck und keinen Wisch.


Abb. 1. Android-Code zum Erkennen von Touch Slop. Bitte beachten Sie, dass die Entwickler das Geschlecht meiner Frau kannten

Sie beendet die Nachricht, erbärmliche 10 von 160 erlaubten Zeichen.

160 Zeichen sind eine sorgfältig überprüfte Zahl. Der Legende nach setzte sich 1984 ein deutscher Telefoningenieur Friedhelm Hillebrand an eine Schreibmaschine und schrieb so viele zufällige Sätze, wie ihm einfiel. Dann untersuchte sein Team die Postkarten und Fernschreibnachrichten - und stellte fest, dass die meisten von ihnen 160 Zeichen nicht überstiegen. "Eureka!" - Anscheinend haben sie auf Deutsch geschrien, bevor sie die Zeichenbegrenzung in Textnachrichten für die nächsten über drei Jahrzehnte festgelegt haben.

Symbolbeschränkungen und Legenden

Legenden erzählen selten die ganze Geschichte, und SMS ist keine Ausnahme. Hillebrand und sein Team hofften, Nachrichten über einen zusätzlichen Kanal zu übertragen, über den die Telefone bereits Informationen mit der Basisstation ausgetauscht hatten.

Das SS7-Signalisierungssystem besteht aus einer Reihe von Protokollen, die von Mobiltelefonen verwendet werden, um in ständigem Kontakt mit einer Basisstation zu bleiben. Sie benötigen eine ständige Verbindung, um einen Anruf entgegenzunehmen und ihren Standort weiterzuleiten, Voicemail zu überprüfen usw. Bei der Entwicklung des Protokolls im Jahr 1980 wurde ein festes Limit von 279 Byte an Informationen eingeführt. Wenn Hillebrand Textnachrichten mit dem SS7-Protokoll empfangen wollte, hätte er in diese Einschränkung passen müssen.

Normalerweise entsprechen 279 Bytes 279 Zeichen. Ein Byte enthält 8 Bits, und bei allgemeinen Codierungen entspricht ein Zeichen einem Byte.

A.

0100 0001

B.

0100 0010

Mit

0100 0011

usw.

Um eine Nachricht mit dem SS7-Protokoll zu übertragen, können Sie leider nicht einfach 2232 Nullen und Einheiten (279 Byte mit 8 Bit) mit einem Funksignal von einem Telefon zum anderen senden. Diese Nachricht muss die Nummern des Absenders und des Empfängers sowie die Servicemeldung für die Basisstation enthalten. "Hey, diese Nachricht, kein Anruf, senden Sie kein Anrufsignal!"

Als es Hillebrand und Kollegen gelang, alle erforderlichen Kontextbits in ein 279-Byte-Signal zu packen, waren nur noch 140 Byte oder 1120 Bit übrig.

Aber was ist, wenn Sie ein Zeichen in nur 7 Bit codieren? Dann können Sie 160 (1120/7 = 160) Zeichen in jede Nachricht drücken, aber eine solche Reduzierung erfordert Opfer: weniger mögliche Zeichen.

Die 8-Bit-Codierung erlaubt 256 mögliche Zeichen: Eine Stelle ist Kleinbuchstabe 'a', eine ist Großbuchstabe 'A', ihre Stelle am Leerzeichen und das Symbol '@', Zeilenumbruch usw. bis zu 256. Um das Alphabet auf sieben Bits einzugrenzen, müssen Sie löschen Einige Symbole: Symbol 1/2 (½), Symbol für Grad (°), Symbol für pi (π) und so weiter. Unter der Annahme, dass diese Zeichen niemals im Text verwendet werden (eine schlechte Annahme natürlich), gelang es Gillebrand und seinen Kollegen, 160 Zeichen in 140 Bytes einzufügen. Dieses Volume passt wiederum genau in 279 Bytes des SS7-Signals: genau die Anzahl der Zeichen, die zuvor als ideale Nachrichtenlänge definiert wurden.


Abb. 2. GSM-7-Zeichensatz

Und dann gibt die Frau „Ich liebe dich“ ein und das Telefon wandelt die Buchstaben in ein 7-Bit-Codierungsschema namens GSM-7 um.

"I" (der Schnittpunkt der vierten Spalte und der neunten Zeile in der Tabelle):

49

Leerzeichen (der Schnittpunkt der zweiten Spalte und der Nullzeile):

20

"L" =

6C

"O" =

6F

und so weiter.

Im Allgemeinen wird ihre Nachricht in die folgende Reihenfolge umgewandelt:

49 20 6C 6F 76 65 20 79 6F 75

(10 Bytes insgesamt). Jeder zweistellige Code, der als Hexadezimalcode (Hex) bezeichnet wird, repräsentiert ein Acht-Bit-Fragment, und zusammen klingt es wie "Ich liebe dich".

Tatsächlich wird die Nachricht jedoch nicht so auf dem Telefon gespeichert. Es sollte 8-Bit-Text in 7-Bit-Code konvertieren. Infolge der Konvertierung ändert sich die Nachricht wie folgt:

49 10 FB 6D 2F 83 F2 EF 3A

(9 Bytes) in ihrem Telefon.

Wenn die Frau ihre Nachricht beendet hat (es dauert nur wenige Sekunden), klickt sie auf „Senden“ - und viele kleine Engel empfangen die verschlüsselte Nachricht, flattern mit ihren unsichtbaren Flügeln 10 Meter zu meinem Büro und übertragen sie vorsichtig auf mein Telefon. Der Vorgang ist nicht sehr einfach, weshalb mein Telefon bei Lieferung ein wenig vibriert.

Die sogenannten „Kommunikationsingenieure“ werden Ihnen eine andere Geschichte erzählen, und der Vollständigkeit halber werde ich sie nacherzählen, aber wenn ich Sie wäre, würde ich diesen Menschen nicht zu sehr vertrauen.

SIM zu senden

Der Techniker sagt, dass das Telefon, wenn es eine Spannungsänderung der Koordinaten auf dem Bildschirm erkennt, die mit den Koordinaten des grafischen Elements mit der Schaltfläche "Senden" übereinstimmt, eine codierte Nachricht an die SIM-Karte sendet und während der Übertragung verschiedene Kontextdaten hinzufügt. Wenn die Nachricht die SIM-Karte meiner Frau erreicht, sind bereits nicht 140, sondern 176 Bytes (Text + Kontext) vorhanden.

Weitere 36 Bytes werden verwendet, um andere Informationen zu codieren, wie unten gezeigt.


Abb. 3. Hier werden Bytes als Oktette (8 Bits) bezeichnet. Wenn Sie alle zählen, erhalten Sie 174 Oktette (10 + 1 + 1 + 12 + 1 + 1 + 7 + 1 + 140). Die restlichen zwei Bytes sind für die Abrechnung von SIM-Karten reserviert

Die ersten zehn Bytes sind für die Telefonnummer (SCA) des SMS-Centers (SMSC) reserviert, das für den Empfang, die Speicherung, die Weiterleitung und die Zustellung von Textnachrichten verantwortlich ist. Tatsächlich handelt es sich um einen Schalter: Das Telefon der Frau sendet ein Signal an den lokalen Mobilfunkmast, der eine Textnachricht an SMSC sendet. Das SMS-Center, das in unserem Fall von AT & T gesteuert wird, sendet den Text an die Basisstation, die meinem Telefon am nächsten liegt. Wenn ich von meiner Frau in drei Räumen sitze, wird die Nachricht an dieselbe Basisstation und dann an mein Telefon zurückgesendet.


Abb. 4. Mobilfunk-SMS-Netzwerk

Das nächste Byte (PDU-Typ) codiert grundlegende Informationen darüber, wie das Telefon die Nachricht interpretieren soll: ob sie erfolgreich gesendet wurde, ob eine Zustellnachricht benötigt wird und (wichtig) ob es sich um einen einzelnen Text oder einen Teil einer Kette verwandter Nachrichten handelt.

Das Byte nach dem PDU-Typ ist eine Nachrichtenreferenz (MR). Diese Nummer von 1 bis 255 wird tatsächlich als Kurzzeit-ID verwendet, damit das Telefon und der Bediener die Nachricht erkennen. Die Nachricht von der Frau wird auf die Nummer 0 gesetzt, da ihr Telefon unabhängig von dieser bestimmten Datei über ein eigenes Nachrichtenidentifikationssystem verfügt.

Die nächsten zwölf Bytes sind für die Telefonnummer des Empfängers reserviert, die als Zieladresse (DA) bezeichnet wird. Mit Ausnahme der 7-Bit-Textcodierung, mit der 160 Buchstaben in 140 Zeichen umgewandelt werden können, ist die Codierung der Telefonnummer die dümmste und verwirrendste Sache in dieser SMS. Es heißt Reverse Nibble Notation und konvertiert jede Ziffer in Nibble, d. H. Nibble, und tauscht sie aus (Verstehst du alles? Ein halbes Byte ist ein Nibble, hahahahaha, aber niemand lacht, es sind Ingenieure).

Meine Nummer 1-352-537-8376 im Telefon meiner Frau ist registriert als:

3125358773f6

1-3 wird zu

31

52 verwandelt sich in

25

53 verwandelt sich in

35

7-8 wird zu

87

37 verwandelt sich in

73

Und die letzten 6 werden zu ...

f6

Was zum Teufel haben diese sechs genommen? Nun, es bedeutet das Ende der Zahl, aber aus irgendeinem schrecklichen Grund (wieder umgekehrte Notation) ist es ein Zeichen vor der letzten Ziffer.

Dies ist wie "Schweinchen Latein", nur für Zahlen.

, . , .

Aber ich mache keine Witze.

[UPD: Sean Gies wies darauf hin, dass das Zurückschreiben von Knabbereien ein unvermeidliches Artefakt bei der Darstellung von 4-Bit-Zahlen vom kleinsten bis zum ältesten (Little-Endian) 8-Bit-Fragment ist. Dies negiert nicht die obige Beschreibung, sondern fügt einen Kontext für diejenigen hinzu, die die Entscheidung verstehen und vernünftiger machen.

Das PID-Byte (Protocol Identifier) ​​wird jetzt im Großen und Ganzen verschwendet. Es nimmt ungefähr 40 mögliche Werte an und teilt dem Anbieter mit, wie eine Nachricht gesendet werden soll. Wert

22

bedeutet, dass die Frau "Ich liebe dich" an das Fax und den Wert sendet

24

bedeutet, dass sie es irgendwie an die Sprachleitung sendet. Da diese Nachricht in Form einer SMS an das Telefon vorliegt, ist die PID auf eingestellt

0

(Wie jeder andere Text, der in der modernen Welt gesendet wird).


Abb. 5. Mögliche PID-Werte

Das nächste Byte ist ein Datencodierungsschema (DCS, siehe Dokumentation ), das dem Bediener und dem Telefon des Empfängers mitteilt, welches Zeichencodierungsschema verwendet wurde. Meine Frau hat den Text an GSM-7 gesendet, aber es ist leicht vorstellbar, dass der Text in Kyrillisch, Hieroglyphen oder komplexen mathematischen Gleichungen eingegeben werden kann (na ja, vielleicht ist es nicht leicht vorstellbar, aber jeder hat das Recht zu träumen, oder?).

Im Text der Frau wird das DCS-Byte auf gesetzt

0

Dies entspricht einem 7-Bit-Alphabet, der Wert kann jedoch in ein 8- oder 16-Bit-Alphabet geändert werden, obwohl dadurch viel weniger Platz für Zeichen bleibt. Das ist übrigens der Grund, warum Ihre Emojis die Anzahl der verfügbaren Zeichen reduzieren.

Es gibt immer noch ein kleines Flag im DCS-Byte, das dem Telefon mitteilt, ob die Nachricht nach dem Senden selbst zerstört werden soll, wie im Film Mission Impossible. Das ist also sehr cool.

Die Gültigkeitsdauer (VP) beträgt bis zu sieben Byte und gibt uns die Möglichkeit, einen weiteren Aspekt der tatsächlichen Funktionsweise des SMS-Weiterleitungssystems kennenzulernen. Schauen Sie sich Abbildung 4 oben noch einmal an. Es ist in Ordnung, ich werde warten.

Wenn die Frau schließlich auf die Schaltfläche „Senden“ klickt, wird der Text an das SMS-Center (SMSC) gesendet, das mir dann eine Nachricht sendet. Ich sitze im zweiten Stock und mein Telefon ist eingeschaltet, sodass ich in wenigen Sekunden eine Nachricht erhalte. Aber was ist, wenn das Telefon ausgeschaltet ist? Dann kann er die Nachricht natürlich nicht annehmen, daher muss der SMSC etwas mit dem Text tun.

Wenn SMSC mein Telefon nicht finden kann, springt die Nachricht von meiner Frau einfach in das System, bis mein Telefon eine Verbindung herstellt - und das SMS-Center sendet den Text sofort. Ich stelle mir gerne vor, wie SMSC ständig jedes Telefon im Netzwerk überprüft, um festzustellen, ob es mein Telefon ist oder nicht: Wie schnüffelt ein Welpe, der auf den Besitzer an der Tür wartet, an jedem Passanten: Riecht es nach meiner Person? Nein. Vielleicht ist das der Geruch meines Mannes? Nein. Ist es der Geruch meines Mannes? DADAPRIGUATUR !!!

Die Bytes für die Gültigkeitsdauer (VP) geben dem System an, wie lange der Welpe warten wird, bis er sich langweilt und ein neues Zuhause findet. Dies ist entweder ein Zeitstempel oder eine Lücke und lautet im Wesentlichen: "Wenn Sie das Telefon des Empfängers in den kommenden Tagen nicht gefunden haben, machen Sie sich keine Sorgen über das Senden einer Nachricht." Standardmäßig beträgt die Gültigkeitsdauer von SMS 10.080 Minuten. Wenn das Telefon also nicht innerhalb von sieben Tagen eine Verbindung zum Netzwerk herstellt, erhält es diese SMS nie.

Da SMS häufig viel leeren Speicherplatz hat, werden einige Bits verwendet, um sicherzustellen, dass das Telefon und der Bediener genau wissen, welche Bytes nicht verwendet werden. Die SIM-Karte der Frau wartet auf eine 176-Byte-SMS, sie hat jedoch eine sehr kurze Nachricht geschrieben. Wenn die SIM-Karte also nur 45 Byte empfängt, kann dies zu Verwirrung führen und auf einen Fehler hinweisen. UDL (User Data Length Byte) löst dieses Problem: Es gibt genau an, wie viele Bytes in der Textnachricht enthalten sind.

Im Fall von "Ich liebe dich" zeigt die UDL an, dass die Nachricht 9 Bytes enthält. Sie können erwarten, dass der Wert 10 Byte beträgt, ein Byte für jedes der zehn Zeichen:

I-spacebar-love-spacebar-you

Da jedoch jedes Zeichen aus sieben Bits besteht, nicht aus acht (Vollbyte), können Sie das zusätzliche Byte beim Übersetzen zurücksetzen: 7 Bits * 10 Zeichen = 70 Bits, dividiert durch 8 (Anzahl der Bits in einem Byte) = 8,75 Bytes, gerundet bis zu 9 Bytes.

Wir kommen zum letzten Teil von SMS: Dies ist die Nachricht selbst oder UD (Benutzerdaten). Eine Nachricht kann bis zu 140 Bytes dauern, obwohl "Love you", wie ich gerade erwähnte, eine miserable 9 benötigt. Es ist erstaunlich, wie viel in diese 9 Bytes gepackt ist: nicht nur eine Nachricht (die angebliche Liebe meiner Frau zu mir, die bereits ziemlich schwer auf Null zu komprimieren ist und Einheiten), aber auch die Bedeutung selbst (Sie müssen nach unten gehen und ihr eine gute Nacht wünschen). Diese Bytes sind:

49 10 FB 6D 2F 83 F2 EF 3A

Im Allgemeinen wird diese Nachricht auf der SIM-Karte meiner Frau gespeichert:

SCA [1-10] -PDU [1] -MR [1] -DA [1-12] -DCS [1] -VP [0, 1 oder 7] -UDL [1] -UD [0-140]

00 - 11 - 00 - 07 31 25 35 87 73 F6 - ?? 00 ?? - ?? - 09 - 49 10 FB 6D 2F 83 F2 EF 3A

(Hinweis: Um die vollständige Nachricht zu erhalten, müssen Sie etwas mehr graben. Leider ist hier nur ein Teil der Nachricht aufgrund nicht angezeigter Zeichen und Fragezeichen sichtbar.)

Wellen in der Luft

Jetzt sollte SMS irgendwie seine schwierige Reise von der SIM-Karte zur nächsten Basisstation beginnen. Dazu muss das Telefon der Frau die Zeichenfolge für das SS7-Signalisierungsprotokoll von 176 auf 279 Byte konvertieren, diese digitalen Bytes in ein analoges Funksignal konvertieren und die Signale dann mit einer Frequenz zwischen 800 und 2000 MHz in die Luft senden. Dies bedeutet, dass zwischen den Spitzen der Wellen der Abstand zwischen 15 und 37 cm liegt.


Abb. 6. Die Wellenlänge

Für ein effizientes Senden und Empfangen von Signalen muss die Antenne mindestens die Hälfte der Wellenlänge haben. Wenn die Wellen der zellularen Kommunikation zwischen 15 und 37 cm liegen, sollten die Antennen eine Größe von etwa 7 bis 19 cm haben. Halten Sie nun an und denken Sie über die durchschnittliche Höhe des Mobiltelefons nach und warum sie niemals abnimmt.

Durch eine bestimmte digitale Gymnastik, deren Erklärung zu lange dauern wird, schießt das Telefon meiner Frau plötzlich ein 279-Byte-Informationspaket mit dem Text „Ich liebe dich“ mit Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen, das schließlich nach etwa 50 Kilometern ausgeblendet wird und sich in Funkgeräusche auflöst.

Lange zuvor trifft das Signal auf die Basisstation AT & T HSPA ID199694204 LAC21767. Diese Basis-Transceiver-Station (BTS) befindet sich etwa fünf Blocks von meiner Lieblingsbäckerei La Gourmandine in Hazelwood entfernt. Obwohl ich ihre Koordinaten mithilfe der OpenSignal-Android-App gefunden habe, ist die Antenne vor neugierigen Blicken gut versteckt.

Das Überraschendste dabei ist, dass BTS dieses Signal im Allgemeinen empfängt, wenn man alles andere berücksichtigt. Meine Frau sendet nicht nur „Love You“ im tausendsten Teil des elektromagnetischen Spektrums, sondern Zehntausende anderer Menschen in einem Umkreis von 50 Kilometern telefonieren derzeit oder schreiben Nachrichten. Darüber hinaus argumentieren viele Radio- und Fernsehsignale für unsere Aufmerksamkeit in der Luft, zusammen mit sichtbarem Licht, das in verschiedene Richtungen reflektiert wird. Dies ist nur ein kleiner Teil der elektromagnetischen Wellen, die die BTS zu stören scheinen.

Wie Richard Feynman 1983 eloquent ausdrückte, ist ein Zellturm wie ein kleiner blinder Käfer, der am Rand des Pools im Wasser liegt: Nur durch die Höhe und Richtung der Wellen bestimmt er, wer und wo schwimmt.


Feynman diskutiert die Wellen

Teilweise aufgrund der komplexen Interferenz der Signale kann jede Basisstation des Transceivers normalerweise nicht mehr als 200 aktive Benutzer (Sprache oder Daten) gleichzeitig verarbeiten. Also pingt "Love You" die lokale Basisstation etwa eine halbe Meile von hier entfernt an und schreit dann in alle Richtungen in die Leere, bis sie im allgemeinen Lärm verschwindet.

Kommutierung

Unter allen Umständen hatte ich großes Glück. Wenn meine Frau und ich von verschiedenen Mobilfunkbetreibern bedient würden oder in verschiedenen Städten wären, würde der Kommunikationsweg viel länger werden.

Eine 277-Byte-SS7-Nachricht kommt bei der lokalen BTS neben der Bäckerei an. Von dort gelangt es in den Basisstationscontroller (BSC), der nicht nur unser Gehirn, sondern auch mehrere andere lokale Antennen ist. Die BSC überträgt den Text an das Pittsburgh AT & T Mobile Switching Center (MSC), das sich auf eine SMS-SCA stützt (merken Sie sich die in jede SMS eingebettete Service-Center-Adresse? Benötigen Sie diese), um die Nachricht im entsprechenden SMS-Center (SMSC) zu empfangen.

Dieser Kauderwelsch ist anhand des Diagramms in Abbildung 7 leichter zu verstehen. Ich habe gerade die Schritte 1 und 3 beschrieben. Wenn die Frau mit einem anderen Betreiber zusammen wäre, würden wir mit den Schritten 4 bis 7 fortfahren, da dort die Mobilfunkbetreiber miteinander sprechen. SMS müssen von SMSC zum globalen Switch kommen und dann möglicherweise um die Welt springen, bevor sie einen Weg zu meinem Telefon finden.


Abb. 7. GSM-Routing

Sie sitzt aber auch bei AT & T, und unsere Telefone sind mit derselben Zelle verbunden. Nach dem dritten Schritt wird das 279-Byte-Liebespaket einfach bereitgestellt und über dasselbe SMS-Center, über dieselbe Basisstation, aber jetzt stattdessen an mein Telefon zurückgegeben sie. In kürzester Zeit mehrere zehn Kilometer zurücklegen.

An Sim gesendet

Bzzzzz. Die Tasche vibrierte. Die Benachrichtigung macht deutlich, dass die SMS auf der Nano-SIM-Karte angekommen ist, einem winzigen Chip von der Größe eines kleinen Fingers. Wie Bilbo Beutlin oder jeder gute Abenteurer hat es sich auf dem Weg hin und zurück ein wenig verändert.


Abb. 8. Die empfangene Nachricht unterscheidet sich von der gesendeten (Abb. 3).

Abbildung 8 zeigt den Aufbau der empfangenen Nachricht „Ich liebe dich“. Beim Vergleich der Abbildungen 3 und 8 sehen wir verschiedene Unterschiede. SCA (SMS-Center-Nummer), PDU (einige mechanische Aufräumarbeiten), PID ("von Telefon zu Telefon", nicht "Telefon zu Fax"), DCS (Codierungsschema), UDL (Nachrichtenlänge) und UD (selbst) Nachricht) blieb unverändert, aber VP (Gültigkeitsdauer), MR (Nachrichtenidentifikationsnummer) und DA (meine Telefonnummer) fehlen.

Stattdessen wurden zwei neue Informationsblöcke auf dem Telefon angezeigt: OA (die ursprüngliche Telefonnummer der Frau) und SCTS (SMS-Zeitstempel. Das heißt, als die Frau die Nachricht gesendet hat).

Die Telefonnummer meiner Frau wird in derselben nervigen umgekehrten Notation gespeichert (wie Legasthenie, nur auf Computern), in der meine Nummer auf ihrem Telefon gespeichert wurde, und der Zeitstempel hat dasselbe Format wie das auf ihrem Telefon gespeicherte Ablaufdatum.

Diese beiden Ersetzungen sind völlig logisch. Ihr Telefon sollte mich zu einem bestimmten Zeitpunkt unter einer bestimmten Adresse kontaktieren, und jetzt muss ich wissen, wer die Nachricht wann gesendet hat. Ohne eine Absenderadresse würde ich nicht genau verstehen, wer diese Nachricht gesendet hat, daher könnte sich ihre Interpretation stark ändern.

Helles Bildschirmlicht

Da jeder Computer einen Bytestrom in eine Reihe von Koordinaten (x, y) für Pixel bestimmter Farben übersetzt, erhält das Telefon einen Befehl zum Anzeigen,

49 10 FB 6D 2F 83 F2 EF 3A

sodass ich den Text „Ich liebe dich“ in schwarz-weiß leuchtenden Punkten auf dem Bildschirm sehe. Dies ist ein interessanter Prozess, der jedoch für Smartphones nicht besonders einzigartig ist. Sie müssen also woanders suchen. Wir konzentrieren uns darauf, wie diese Anweisungen zu Lichtpunkten werden.

Freundliche Vermarkter bei Samsung nennen meinen Bildschirm Super AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) - eine aktive Matrix auf organischen LEDs, die irgendwie redundant und nicht besonders informativ ist. Ignorieren Sie daher die Abkürzungsdecodierung als weitere Ablenkung und tauchen Sie direkt in die Technologie ein.

Auf jedem der 83 Quadratzentimeter des Bildschirms passen ungefähr 50.000 winzige Pixel auf mein Telefon. Damit eine solche Menge passt, sollte jedes Pixel etwa 45 Mikrometer breit (Mikrometer) sein: dünner als menschliches Haar. Vier Millionen Lichtelemente auf einer palmengroßen Fläche.

Aber Sie wissen bereits, wie Bildschirme funktionieren. Sie wissen, dass jeder Punkt der Welt, wie der christliche Gott oder die Musketiere (minus d'Artagnan), immer „drei in einem“ ist. Rot, Grün und Blau bilden das weiße Licht eines Pixels. Wenn Sie die Helligkeit jedes Kanals ändern, können Sie eine beliebige RGB-Farbe erhalten. Und da 4 × 3 = 12 sind, sind dies 12 Millionen winzige Lichtquellen, die unschuldig hinter meinem schwarzen Spiegel dösen und darauf warten, dass ich den Netzschalter drücke, um eine Nachricht von meiner Frau zu lesen.


Abb. 9. Subpixel-Array des Samsung OLED-Displays

Wie aus der Abkürzung hervorgeht, ist jedes Pixel eine organische LED. Dies ist eine unverständliche Fachsprache für ein einfaches elektrisches Sandwich:


Abb. 10. Elektrisches Sandwich Es

ist nicht erforderlich, den Zweck jeder Schicht zu untersuchen. Es ist nur wichtig zu wissen, dass sich die Kathode (negativ geladene Platte) unter einer Schicht organischer Moleküle (nur einige Moleküle mit Kohlenstoff) befindet und oben mit einer Anode (positiv geladene Platte) bedeckt ist.

Wenn das Telefon den Bildschirm einschalten möchte, sendet es Elektronen von der Kathode zur Anode. Die Moleküle in der Mitte erhalten eine Ladung und beginnen sichtbares Licht zu emittieren - Photonen, durch die transparente Anode, den Bildschirm in meine offenen Augen.

Da jedes Pixel drei Lichtpunkte (rot, grün und blau) hat, gibt es tatsächlich drei Sandwiches pro Pixel. Mit Ausnahme des organischen Moleküls sind sie alle im Wesentlichen gleich: Poly-para-phenylen für blaues Licht, Polythiophen für rot und Poly-para-phenylen-vinylen für grün. Da jeder von ihnen etwas anders ist, leuchten sie beim Durchleiten von Strom in verschiedenen Farben.

(Unterhaltsame Tatsache: Blaue Subpixel brennen aufgrund eines Prozesses namens Exciton Polaron Annihilation viel schneller aus, was wirklich aufregend klingt, nicht wahr?)

Alle vier Millionen Pixel befinden sich in der Indexmatrix. Ein Index funktioniert auf einem Computer ähnlich wie ein Inhaltsverzeichnis in einem Buch: Wenn ein Telefon möchte, dass ein bestimmtes Pixel eine bestimmte Farbe ausgibt, sucht es im Index nach diesem Pixel und sendet dann ein Signal an die gefundene Adresse. Lass es Licht geben und Licht wird.

(Eine weitere lustige Tatsache: Jetzt wissen Sie, was „aktive Matrix auf organischen LEDs“ AMOLED bedeutet, obwohl Sie nicht gefragt haben).

Das Betriebssystem des Telefons interpretiert eine Textnachricht seiner Frau, bestimmt die Form jedes Buchstabens und vergleicht diese Zahlen mit einer Indexmatrix. Sie sendet die richtigen elektrischen Impulse an den Super AMOLED-Bildschirm, um diese drei kleinen Wörter anzuzeigen, die so weit gereist sind und alle Feinde auf ihrem Weg besiegt haben.

Es ist sehr seltsam, dass meine Augen im hellen Licht von LEDs niemals Buchstaben sehen: Der Text erscheint in Schwarzweiß. Das Telefon erzeugt die Illusion von Text durch einen negativen Bereich, füllt den Bildschirm mit Weiß, stellt alle roten, grünen und blauen Pixel auf maximale Helligkeit ein und schaltet dann diejenigen aus, bei denen die Buchstaben sein sollten. Seine Komplexität ist missbräuchlich banal.


Abb. 11. Negativer Raum Das Telefon beleuchtet

alles außer der SMS meiner Frau und lässt mich zwischen den Lichtern lesen. Es legt kurz die Lügen dar, die dem modernen Informationszeitalter zugrunde liegen: Diese Kommunikation ist einfach . Geschwindigkeit und scheinbare Einfachheit verbergen eine Reihe von Vermittlern.

Und das sind nicht nur technische Vermittler. Eine Nachricht von meiner Frau würde mich nicht erreichen, wenn ich meine Telefonrechnung nicht rechtzeitig bezahlt hätte, wenn es nicht die kleine Armee von Arbeitern gäbe, die hinter den Kulissen den Finanzsystemen dienen. Techniker halten Zelltürme in Betrieb, die sie über ein Straßennetz erreichen, das teilweise durch Bundessteuern subventioniert wird, die von Hunderten Millionen Amerikanern in 50 Bundesstaaten erhoben werden. Da viele Transaktionen immer noch per Post erfolgen, wird auch der Telefondienst beeinträchtigt, wenn das Mailsystem morgen abstürzt. Die Details unserer beiden Telefone wurden von erschöpften Arbeitern in Fabriken in Südamerika und Asien gesammelt, und die erschöpften Programmierer, die teure Räume im Silicon Valley mieten, haben einen Code geschrieben, der eine ständige Kommunikation für unsere Telefone garantiert.

All dies ist in 10 Buchstaben versteckt. Der Text, der ehrlich gesagt viel mehr bedeutet als das, was darin geschrieben steht. Mein Gehirn analysiert unbewusst die Jahre der Kommunikation mit meiner Frau, um die Nachricht am Telefon zu entschlüsseln, aber zwischen ihr und mir gibt es immer noch ein ganzes Dickicht soziotechnischer Vermittlung - eine Brühe von Menschen, Ereignissen und Details, die niemals enträtselt werden können.

Die Folgen

Und hier bin ich an einem späten Sonntagabend in meinem Büro. "Ich liebe dich", schrieb die Frau aus dem Schlafzimmer unten, und nach ein paar Sekunden kam eine Nachricht auf mein zehn Meter entferntes Telefon. Ich verstehe, was das bedeutet: Es ist Zeit, ihr eine gute Nacht zu wünschen und möglicherweise diesen Artikel zu vervollständigen. Ich schreibe die letzten Worte, jetzt etwas bewusster über die komplexe Schichtung von Kilometern, Signalen, jahrzehntelanger Geschichte und menschlichem Schweiß, die erforderlich waren, damit meine Frau nicht zu mir schrie, dass es verdammt Zeit war, sich auszuruhen.