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Sistema de identificación automática

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Este artículo trata sobre el seguimiento de embarcaciones. Para la identificación de la transmisión por vías navegables interiores, consulte Sistema de identificación automática de transmisores (marino). Un especialista en operaciones de la Guardia Costera de EE. UU. Que utiliza AIS y radar para gestionar el tráfico de embarcaciones. Un sistema equipado con AIS a bordo de un barco presenta el rumbo y la distancia de los barcos cercanos en un formato de pantalla similar a un radar. Una pantalla gráfica de datos AIS a bordo de un barco.

El sistema de identificación automática ( AIS) es un sistema de seguimiento automático que utiliza transceptores en los barcos y es utilizado por los servicios de tráfico de barcos (VTS). Cuando se utilizan satélites para detectar firmas AIS, se utiliza el término Satellite-AIS (S-AIS). La información AIS complementa el radar marino, que sigue siendo el método principal para evitar colisiones en el transporte por agua. Aunque técnica y operacionalmente distinto, el sistema ADS-B es análogo al AIS y realiza una función similar para las aeronaves.

La información proporcionada por el equipo AIS, como la identificación única, la posición, el rumbo y la velocidad, se puede mostrar en una pantalla o en un sistema de información y visualización de cartas electrónicas (ECDIS). El AIS está destinado a ayudar a los oficiales de guardia de una embarcación y permitir que las autoridades marítimas rastreen y controlen los movimientos de las embarcaciones. AIS integra un transceptor VHF estandarizado con un sistema de posicionamiento como un receptor del Sistema de Posicionamiento Global, con otros sensores de navegación electrónicos, como una brújula giroscópica o un indicador de velocidad de giro. Los barcos equipados con transceptores AIS pueden ser rastreados por estaciones base AIS ubicadas a lo largo de las líneas costeras o, cuando están fuera del alcance de las redes terrestres, a través de un número creciente de satélites que están equipados con receptores AIS especiales que son capaces de desconfiar un gran número de firmas.

La Organización Marítima Internacional 's Convención Internacional para la Seguridad de la Vida en el Mar requiere AIS a equipar los buques en viaje internacional con 300 o más  tonelaje bruto  (GT), y todos los buques de pasaje, independientemente de su tamaño. Por diversas razones, los barcos pueden apagar sus transceptores AIS.

Contenido
  • 1 Visualización y uso de datos AIS
  • 2 Historial de implementación
    • 2.1 Transceptores AIS basados ​​en embarcaciones
    • 2.2 AIS basado en satélites (S-AIS)
      • 2.2.1 Correlación de fuentes de datos
  • 3 aplicaciones
  • 4 Mecanismo
    • 4.1 Descripción básica
    • 4.2 Prueba de tipo y aprobación
    • 4.3 Tipos de mensajes
    • 4.4 Descripción detallada: unidades de clase A
      • 4.4.1 Información de transmisión
    • 4.5 Descripción detallada: unidades de clase B
    • 4.6 Descripción detallada: receptores AIS
  • 5 Especificaciones técnicas
    • 5.1 Características de RF
    • 5.2 Organización de mensajes
    • 5.3 Formato de mensaje
  • 6 mensajes
    • 6.1 Mensajes enviados y recibidos por aire
    • 6.2 Mensajes enviados a otros equipos del barco
  • 7 Seguridad
    • 7.1 Suplantación de identidad
  • 8 Investigación
  • 9 Véase también
  • 10 referencias
  • 11 Enlaces externos

Ver y usar datos AIS

El AIS está destinado, principalmente, a permitir a los barcos ver el tráfico marítimo en su área y ser vistos por ese tráfico. Esto requiere un transceptor VHF AIS dedicado que permita ver el tráfico local en un plotter o monitor de computadora habilitado para AIS mientras transmite información sobre el barco a otros receptores AIS. Las autoridades portuarias u otras instalaciones en tierra pueden estar equipadas con receptores únicamente, de modo que puedan ver el tráfico local sin la necesidad de transmitir su propia ubicación. Todo el tráfico equipado con transceptores AIS se puede ver de esta manera de manera muy confiable, pero está limitado al rango de VHF, alrededor de 10 a 20 millas náuticas.

Si no se dispone de un plotter adecuado, las señales del transceptor AIS de área local se pueden ver a través de una computadora utilizando una de varias aplicaciones informáticas como ShipPlotter y Gnuais. Estos demodulan la señal de un radioteléfono VHF marino modificado sintonizado con las frecuencias AIS y la convierten en un formato digital que la computadora puede leer y mostrar en un monitor; estos datos pueden luego compartirse a través de una red de área local o amplia a través de protocolos TCP o UDP, pero aún estarán limitados al rango colectivo de los receptores de radio utilizados en la red. Debido a que las aplicaciones de monitoreo AIS por computadora y los transceptores de radio VHF normales no poseen transceptores AIS, pueden ser utilizados por instalaciones en tierra que no tienen necesidad de transmitir o como una alternativa económica a un dispositivo AIS dedicado para que las embarcaciones más pequeñas puedan ver el tráfico local, pero, por supuesto, el usuario no será visto por el resto del tráfico en la red.

Un uso secundario, no planificado y emergente de los datos AIS es hacerlos visibles públicamente, en Internet, sin la necesidad de un receptor AIS. Los datos globales del transceptor AIS recopilados de las estaciones costeras conectadas a Internet y por satélite se agregan y se ponen a disposición en Internet a través de varios proveedores de servicios. Los datos agregados de esta manera se pueden ver en cualquier dispositivo con capacidad para Internet para proporcionar datos de posición casi globales en tiempo real desde cualquier parte del mundo. Los datos típicos incluyen el nombre de la embarcación, los detalles, la ubicación, la velocidad y el rumbo en un mapa, se pueden buscar, tienen un alcance global potencialmente ilimitado y el historial se archiva. La mayoría de estos datos son gratuitos, pero los datos satelitales y los servicios especiales, como la búsqueda de archivos, suelen suministrarse con un coste. Los datos son una vista de solo lectura y los usuarios no se verán en la propia red AIS. Los receptores AIS en tierra que contribuyen a Internet están en su mayoría gestionados por un gran número de voluntarios. Las aplicaciones móviles AIS también están disponibles para su uso con dispositivos Android, Windows e iOS. Consulte los enlaces externos a continuación para obtener una lista de proveedores de servicios AIS basados ​​en Internet. Los propietarios de barcos y los despachadores de carga utilizan estos servicios para encontrar y rastrear embarcaciones y sus cargas, mientras que los entusiastas de la marina pueden agregar a sus colecciones de fotografías.

Historial de implementación

Transceptores AIS basados ​​en embarcaciones

El Acuerdo SOLAS de la OMI de 2002 incluía un mandato que requería que la mayoría de los buques de más de 300 GT en viajes internacionales se instalaran en un transceptor AIS de clase A. Este fue el primer mandato para el uso de equipos AIS y afectó a aproximadamente 100.000 embarcaciones.

En 2006, el comité de estándares AIS publicó la especificación del transceptor AIS tipo Clase B, diseñada para permitir un dispositivo AIS más simple y de menor costo. Los transceptores de clase B de bajo costo estuvieron disponibles en el mismo año, lo que provocó la adopción de mandatos por parte de numerosos países y permitió que la instalación a gran escala de dispositivos AIS en embarcaciones de todos los tamaños fuera comercialmente viable.

Desde 2006, los comités de estándares técnicos AIS han seguido evolucionando el estándar AIS y los tipos de productos para cubrir una amplia gama de aplicaciones, desde el buque más grande hasta los pequeños barcos pesqueros y botes salvavidas. Paralelamente, los gobiernos y las autoridades han impulsado proyectos para equipar distintas clases de embarcaciones con un dispositivo AIS para mejorar la seguridad y la protección. La mayoría de los mandatos se centran en embarcaciones comerciales, y las embarcaciones de recreo eligen encajar de forma selectiva. En 2010, la mayoría de los buques comerciales que operan en las vías navegables interiores europeas debían ajustarse a una clase A certificada para vías navegables interiores, todos los barcos pesqueros de la UE de más de 15 m deberán tener una clase A para mayo de 2014, y EE. UU. Tiene una extensión pendiente desde hace mucho tiempo. Las normas de ajuste de AIS existentes que se espera que entren en vigor durante 2013. Se estima que en 2012, unas 250.000 embarcaciones han instalado un transceptor AIS de algún tipo, y se requiere 1 millón más para hacerlo en un futuro próximo e incluso más. proyectos en consideración.1

AIS basado en satélites (S-AIS)

El AIS se desarrolló en la década de 1990 como una red de identificación y seguimiento de corto alcance y alta intensidad y, en ese momento, no se preveía que fuera detectable desde el espacio. Sin embargo, desde 2005, varias entidades han estado experimentando con la detección de transmisiones AIS utilizando receptores basados ​​en satélites y, desde 2008, empresas como exactEarth, ORBCOMM, Spacequest, Spire y también programas gubernamentales han desplegado receptores AIS en satélites. El esquema de acceso por radio de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) utilizado por el sistema AIS crea problemas técnicos importantes para la recepción confiable de mensajes AIS de todo tipo de transceptores: Clase A, Clase B, Identificador, AtoN y SART. Sin embargo, la industria está tratando de abordar estos problemas mediante el desarrollo de nuevas tecnologías y, en los próximos años, es probable que la restricción actual de los sistemas AIS por satélite a los mensajes de Clase A mejore drásticamente con la adición de mensajes de Clase B e identificadores.

El desafío fundamental para los operadores de satélites AIS es la capacidad de recibir una gran cantidad de mensajes AIS simultáneamente desde la gran huella de recepción de un satélite. Existe un problema inherente dentro del estándar AIS; El esquema de acceso de radio TDMA definido en el estándar AIS crea 4.500 intervalos de tiempo disponibles en cada minuto, pero esto puede verse fácilmente abrumado por las grandes huellas de recepción de satélite y el número creciente de transceptores AIS, lo que da como resultado colisiones de mensajes, que el receptor de satélite no puede procesar.. Empresas como exactEarth están desarrollando nuevas tecnologías como ABSEA, que se integrarán en transceptores terrestres y satelitales, que ayudarán a la detección confiable de mensajes de Clase B desde el espacio sin afectar el rendimiento del AIS terrestre.

La adición de mensajes de Clase A y B basados ​​en satélites podría permitir una cobertura AIS verdaderamente global pero, debido a que las limitaciones de TDMA basadas en satélites nunca igualarán el rendimiento de recepción de la red terrestre, los satélites aumentarán en lugar de reemplazar el sistema terrestre.

Los transceptores AIS de a bordo tienen un rango horizontal que es muy variable, pero por lo general solo hasta unos 74 kilómetros (46 millas). Llegan mucho más lejos verticalmente, hasta la órbita de 400 km de la Estación Espacial Internacional (ISS).

Archivo: Beneficios de la ISS para la humanidad encontrados en el mar HD.webm Reproducir medios Video de la NASA que demuestra las ventajas del programa de satélites AIS noruego, ilustrado por el transceptor AIS a bordo de la Estación Espacial Internacional.

En noviembre de 2009, la misión del transbordador espacial STS-129 conectó dos antenas, una antena AIS VHF y una antena de radioaficionado, al módulo Columbus de la ISS. Ambas antenas se construyeron en cooperación entre la ESA y el equipo ARISS (Radioafición en la ISS). A partir de mayo de 2010, la Agencia Espacial Europea está probando un receptor AIS de Kongsberg Seatex (Noruega) en un consorcio liderado por el Establecimiento de Investigación de Defensa de Noruega en el marco de la demostración de tecnología para el monitoreo de naves espaciales. Este es un primer paso hacia un servicio de monitoreo AIS basado en satélites.

En 2009, ORBCOMM lanzó satélites habilitados para AIS junto con un contrato de la Guardia Costera de los EE. UU. Para demostrar la capacidad de recopilar mensajes AIS desde el espacio. En 2009, Luxspace, una empresa con sede en Luxemburgo, lanzó el satélite RUBIN-9.1 (AIS Pathfinder 2). El satélite se opera en cooperación con SES y REDU Space Services. A finales de 2011 y principios de 2012, ORBCOMM y Luxspace lanzaron los microsatélites Vesselsat AIS, uno en una órbita ecuatorial y el otro en una órbita polar ( VesselSat-2 y VesselSat-1 ).

En 2007, EE. UU. Probó el seguimiento AIS basado en el espacio con el satélite TacSat-2. Sin embargo, las señales recibidas se corrompieron debido a la recepción simultánea de muchas señales de la huella del satélite.

En julio de 2009, SpaceQuest lanzó AprizeSat -3 y AprizeSat-4 con receptores AIS. Estos receptores pudieron recibir con éxito las balizas de prueba SART de la Guardia Costera de los EE. UU. Frente a Hawai en 2010. En julio de 2010, SpaceQuest y exactEarth of Canada anunciaron un acuerdo por el cual los datos de AprizeSat-3 y AprizeSat-4 se incorporarían al sistema exactEarth y disponible en todo el mundo como parte de su servicio exactAIS (TM).

El 12 de julio de 2010, el satélite noruego AISSat-1 se lanzó con éxito a la órbita polar. El objetivo del satélite es mejorar la vigilancia de las actividades marítimas en el Alto Norte. AISSat-1 es un nano-satélite, que mide solo 20 × 20 × 20 cm, con un receptor AIS fabricado por Kongsberg Seatex. Pesa 6 kilogramos y tiene forma de cubo.

El 20 de abril de 2011, la Organización de Investigación Espacial de la India lanzó Resourcesat-2 que contiene una carga útil S-AIS para monitorear el tráfico marítimo en la zona de Búsqueda y Rescate (SAR) del Océano Índico. Los datos AIS se procesan en el Centro Nacional de Teledetección y se archivan en el Centro de Datos de Ciencias Espaciales de la India.

El 25 de febrero de 2013, después de un año de retraso en el lanzamiento, la Universidad de Aalborg lanzó AAUSAT3. Es un cubosat de 1U, pesa 800 gramos, desarrollado únicamente por estudiantes del Departamento de Sistemas Electrónicos. Lleva dos receptores AIS: un receptor tradicional y otro basado en SDR. El proyecto fue propuesto y patrocinado por la Administración de Seguridad Marítima de Dinamarca. Ha sido un gran éxito y en los primeros 100 días ha descargado más de 800.000 mensajes AIS y varias muestras sin procesar de señales de radio de 1 MHz. Recibe ambos canales AIS simultáneamente y ha recibido mensajes de clase A y de clase B. El costo, incluido el lanzamiento, fue inferior a 200.000 €.

La red de satélites AIS de exactEarth, con sede en Canadá, proporciona cobertura global utilizando 8 satélites. Entre enero de 2017 y enero de 2019, esta red se expandió significativamente a través de una asociación con L3Harris Corporation con 58 cargas útiles alojadas en la constelación Iridium NEXT. Además, exactEarth está involucrado en el desarrollo de la tecnología ABSEA que permitirá que su red detecte de manera confiable una alta proporción de mensajes de tipo Clase B, así como de Clase A.

ORBCOMM opera una red satelital global que incluye 18 satélites habilitados para AIS. Los satélites OG2 ( ORBCOMM Generation 2 ) de ORBCOMM están equipados con una carga útil del Sistema de identificación automática (AIS) para recibir e informar transmisiones de embarcaciones equipadas con AIS para el seguimiento de embarcaciones y otros esfuerzos de navegación marítima y seguridad, y descargar en las dieciséis estaciones terrestres existentes de ORBCOMM alrededor del globo.

En julio de 2014, ORBCOMM lanzó los primeros 6 satélites OG2 a bordo de un cohete SpaceX Falcon 9 desde Cabo Cañaveral, Florida. Cada satélite OG2 lleva una carga útil de receptor AIS. Los 6 satélites OG2 se implementaron con éxito en órbita y comenzaron a enviar telemetría a ORBCOMM poco después del lanzamiento. En diciembre de 2015, la compañía lanzó 11 satélites OG2 adicionales habilitados para AIS a bordo del cohete SpaceX Falcon 9. Este lanzamiento dedicado marcó la segunda y última misión OG2 de ORBCOMM para completar su constelación de satélites de próxima generación. En comparación con sus satélites OG1 actuales, los satélites OG2 de ORBCOMM están diseñados para una entrega de mensajes más rápida, mensajes de mayor tamaño y mejor cobertura en latitudes más altas, al tiempo que aumentan la capacidad de la red.

En agosto de 2017, Spire Global Inc. lanzó una API que ofrece datos S-AIS mejorados con aprendizaje automático (Vessels y Predict) respaldado por su constelación de más de 40 nano-satélites.

Correlación de fuentes de datos

La correlación de imágenes ópticas y de radar con firmas S-AIS permite al usuario final identificar rápidamente todos los tipos de embarcaciones. Una gran fortaleza de S-AIS es la facilidad con la que se puede correlacionar con información adicional de otras fuentes como radar, óptica, ESM y otras herramientas relacionadas con SAR como GMDSS SARSAT y AMVER. El radar basado en satélites y otras fuentes pueden contribuir a la vigilancia marítima al detectar todos los barcos en áreas marítimas específicas de interés, un atributo particularmente útil cuando se trata de coordinar un esfuerzo de rescate de largo alcance o cuando se tratan problemas de VTS.

Aplicaciones

Pantalla AIS de solo texto de una embarcación, que enumera el alcance, las demoras y los nombres de las embarcaciones cercanas

El propósito original de AIS era únicamente evitar colisiones, pero desde entonces se han desarrollado y continúan desarrollándose muchas otras aplicaciones. Actualmente, AIS se utiliza para:

Evitación de colisiones
El AIS fue desarrollado por los comités técnicos de la OMI como una tecnología para evitar colisiones entre grandes embarcaciones en el mar que no están dentro del alcance de los sistemas en tierra. La tecnología identifica cada embarcación individualmente, junto con su posición y movimientos específicos, lo que permite crear una imagen virtual en tiempo real. Los estándares AIS incluyen una variedad de cálculos automáticos basados ​​en estos informes de posición, como el punto más cercano de aproximación (CPA) y las alarmas de colisión. Dado que el AIS no es utilizado por todas las embarcaciones, el AIS se suele utilizar junto con el radar. Cuando un barco navega en el mar, la información sobre el movimiento y la identidad de otros barcos en las cercanías es fundamental para que los navegantes tomen decisiones para evitar colisiones con otros barcos y peligros ( bajíos o rocas). La observación visual (p. Ej., Sin ayuda, binoculares y visión nocturna ), los intercambios de audio (p. Ej., Silbidos, bocinas y radio VHF) y el radar o la ayuda de trazado de radar automático se han utilizado históricamente para este propósito. Estos mecanismos preventivos a veces fallan debido a demoras, limitaciones del radar, errores de cálculo y fallas en la pantalla, y pueden resultar en una colisión. Si bien los requisitos de AIS son mostrar solo información de texto muy básica, los datos obtenidos se pueden integrar con una carta electrónica gráfica o una pantalla de radar, proporcionando información de navegación consolidada en una sola pantalla.
Seguimiento y control de la flota pesquera
AIS es ampliamente utilizado por las autoridades nacionales para rastrear y monitorear las actividades de sus flotas pesqueras nacionales. El AIS permite a las autoridades monitorear de manera confiable y rentable las actividades de los barcos pesqueros a lo largo de su línea costera, generalmente en un rango de 100 km (60 millas), dependiendo de la ubicación y la calidad de los receptores / estaciones base costeras con datos suplementarios de redes basadas en satélites.
Seguridad Maritima
AIS permite a las autoridades identificar embarcaciones específicas y su actividad dentro o cerca de la Zona Económica Exclusiva de una nación. Cuando los datos AIS se fusionan con los sistemas de radar existentes, las autoridades pueden diferenciar entre embarcaciones más fácilmente. Los datos AIS se pueden procesar automáticamente para crear patrones de actividad normalizados para embarcaciones individuales, que cuando se violan, crean una alerta, destacando así las amenazas potenciales para un uso más eficiente de los activos de seguridad. AIS mejora la conciencia del dominio marítimo y permite una mayor seguridad y control. Además, AIS se puede aplicar a sistemas fluviales y lagos de agua dulce.
Ayudas a la navegación
El estándar de productos AIS de ayudas a la navegación (AtoN) se desarrolló con la capacidad de transmitir las posiciones y los nombres de objetos distintos de los barcos, como ayuda a la navegación y posiciones de los marcadores y datos dinámicos que reflejan el entorno del marcador (por ejemplo, corrientes y condiciones climáticas). Estas ayudas pueden ubicarse en la costa, como en un faro, o en el agua, plataformas o boyas. La Guardia Costera de EE . UU . Ha sugerido que AIS podría reemplazar a los racon (balizas de radar) que se utilizan actualmente para las ayudas electrónicas a la navegación. Las AtoN permiten a las autoridades monitorear de forma remota el estado de una boya, como el estado de la linterna, así como transmitir datos en vivo desde sensores (como el clima y el estado del mar) ubicados en la boya a los barcos equipados con transceptores AIS o autoridades locales.. Una AtoN transmitirá su posición e identidad junto con toda la demás información. El estándar AtoN también permite la transmisión de posiciones de 'AtoN virtual' mediante las cuales un solo dispositivo puede transmitir mensajes con una posición 'falsa' de modo que aparezca un marcador AtoN en las cartas electrónicas, aunque es posible que no haya una AtoN física en esa ubicación.
Búsqueda y rescate
Para coordinar los recursos en el lugar del siniestro de una operación de búsqueda y salvamento marítimo (SAR), es imperativo tener datos sobre la posición y el estado de navegación de otros barcos en las proximidades. En tales casos, AIS puede proporcionar información adicional y mejorar el conocimiento de los recursos disponibles, incluso si el alcance del AIS se limita al alcance de la radio VHF. El estándar AIS también preveía el posible uso en aeronaves SAR e incluía un mensaje (Mensaje AIS 9) para que las aeronaves informaran su posición. Para ayudar a las embarcaciones y aeronaves SAR a localizar personas en peligro, el grupo de trabajo AIS TC80 de IEC desarrolló la especificación (IEC 61097-14 Ed 1.0) para un transmisor SAR basado en AIS (AIS-SART). AIS-SART se agregó a las regulaciones del Sistema de seguridad de socorro marítimo global a partir del 1 de enero de 2010. Los AIS-SART han estado disponibles en el mercado desde al menos 2009. Las regulaciones recientes han ordenado la instalación de sistemas AIS en todos los sistemas de seguridad de la vida en el mar (SOLAS) buques y embarcaciones de más de 300 toneladas.
Investigacion del accidente
La información AIS recibida por VTS es importante para la investigación de accidentes, ya que proporciona datos históricos precisos sobre el tiempo, la identidad, la posición basada en GPS, el rumbo de la brújula, el rumbo sobre el suelo, la velocidad (por registro / SOG) y las velocidades de giro, en lugar de menos información precisa proporcionada por radar. Los datos de Voyage Data Recorder (VDR) podrían obtener una imagen más completa de los eventos si están disponibles y se mantienen a bordo para obtener detalles del movimiento del barco, comunicaciones de voz e imágenes de radar durante los accidentes. Sin embargo, los datos de VDR no se mantienen debido al almacenamiento limitado de doce horas por requisito de la OMI.
Estimaciones de corrientes oceánicas
Las estimaciones de las corrientes de la superficie del océano basadas en el análisis de los datos AIS están disponibles en la empresa francesa e-Odyn desde diciembre de 2015.
Protección de la infraestructura
Los propietarios de la infraestructura de los fondos marinos, como cables o tuberías, pueden utilizar la información AIS para monitorear las actividades de los buques cercanos a sus activos casi en tiempo real. Esta información se puede utilizar para activar alertas para informar al propietario y evitar potencialmente un incidente en el que pueda ocurrir un daño al activo.
Seguimiento de flota y carga
Los administradores de flotas o barcos pueden utilizar el AIS difundido por Internet para realizar un seguimiento de la ubicación global de sus barcos. Los despachadores de carga o los propietarios de mercancías en tránsito pueden rastrear el progreso de la carga y anticipar los tiempos de llegada al puerto.
Estadística y economía
la División de Estadística de las Naciones Unidas organizó la Semana de Datos AIS para experimentar con el análisis de datos AIS y proporcionar estadísticas a la Plataforma Global de las Naciones Unidas. Cubrió una serie de estudios de casos de uso realizados por varias oficinas de estadística, y el Manual AIS se desarrolló para capturar la experiencia de esta experimentación:
  • Indicadores económicos más rápidos: tiempo en puerto y tráfico portuario
  • Indicadores marítimos
  • Estadísticas marítimas oficiales: visitas a puertos
  • Completar estadísticas sobre vías navegables interiores
  • Mapeo de las actividades pesqueras
  • Naves en apuros
  • Emisiones de gases de efecto invernadero de los buques (cálculo de NOx, SOx y CO2)
  • Proyección inmediata de los flujos comerciales en tiempo real
  • Estadísticas experimentales del número diario de buques
  • Datos en tiempo real sobre productos a granel secos transportados por mar

Mecanismo

Descripción general del sistema de la Guardia Costera de EE. UU.

Descripción básica

Los transceptores AIS transmiten automáticamente información, como su posición, velocidad y estado de navegación, a intervalos regulares a través de un transmisor VHF integrado en el transceptor. La información se origina en los sensores de navegación del barco, por lo general su receptor del sistema global de navegación por satélite (GNSS) y la brújula giratoria. Otra información, como el nombre del barco y el distintivo de llamada VHF, se programa al instalar el equipo y también se transmite con regularidad. Las señales son recibidas por transceptores AIS instalados en otros barcos o en sistemas terrestres, como los sistemas VTS. La información recibida se puede mostrar en una pantalla o en un trazador de cartas, mostrando las posiciones de las otras embarcaciones de la misma manera que una pantalla de radar. Los datos se transmiten a través de un sistema de seguimiento que hace uso de un enlace de datos de acceso múltiple por división de tiempo (SOTDMA) autoorganizado diseñado por el inventor sueco Håkan Lans.

El estándar AIS comprende varios subestándares denominados "tipos" que especifican tipos de productos individuales. La especificación para cada tipo de producto proporciona una especificación técnica detallada que garantiza la integridad general del sistema AIS global dentro del cual deben operar todos los tipos de productos. Los principales tipos de productos descritos en los estándares del sistema AIS son:

Clase A
Transceptor AIS montado en embarcación que funciona con SOTDMA. Dirigido a grandes embarcaciones comerciales, SOTDMA requiere un transceptor para mantener un mapa de ranuras constantemente actualizado en su memoria, de modo que tenga conocimiento previo de las ranuras que están disponibles para transmitir. Los transceptores SOTDMA pre-anunciarán su transmisión, reservando efectivamente su ranura de transmisión. Por lo tanto, las transmisiones SOTDMA se priorizan dentro del sistema AIS. Esto se logra a través de 2 receptores en funcionamiento continuo. Los de Clase A deben tener una pantalla integrada, transmitir a 12,5 W, capacidad de interfaz con múltiples sistemas de barco y ofrecer una sofisticada selección de características y funciones. La velocidad de transmisión predeterminada es cada pocos segundos. Los dispositivos que cumplen con el tipo AIS Clase A reciben todo tipo de mensajes AIS.
Clase B

Ahora hay dos especificaciones IMO separadas para transceptores de Clase B (destinados a mercados comerciales y de ocio más ligeros): un sistema de acceso múltiple por división de tiempo con detección de portadora (CSTDMA) y un sistema que utiliza SOTDMA (como en Clase A).

En el sistema original basado en CSTDMA, definido en ITU M.1371-0 y ahora llamado Clase B "CS" (o extraoficialmente como Clase B / CS), los transceptores escuchan el mapa de ranuras inmediatamente antes de transmitir y buscan una ranura donde el El 'ruido' en la ranura es el mismo (o similar) al ruido de fondo, lo que indica que la ranura no está siendo utilizada por otro dispositivo AIS. La clase B "CS" transmite a 2 W y no es necesario que tenga una pantalla integrada: las unidades Clase B "CS" se pueden conectar a la mayoría de los sistemas de visualización donde los mensajes recibidos se mostrarán en listas o superpuestos en gráficos. La velocidad de transmisión predeterminada es normalmente cada treinta segundos, pero se puede variar según la velocidad de la embarcación o las instrucciones de las estaciones base. El estándar Clase B "CS" requiere GPS integrado y ciertos indicadores LED. Los equipos de clase B "CS" reciben todo tipo de mensajes AIS.

El nuevo sistema SOTDMA Clase B "SO", a veces denominado Clase B / SO o Clase B +, aprovecha el mismo algoritmo de búsqueda de intervalos de tiempo que la Clase A, y tiene la misma prioridad de transmisión que los transmisores de Clase A, lo que ayuda a garantizar que funcionará. siempre ser capaz de transmitir. La tecnología Clase B "SO" también cambiará su tasa de transmisión dependiendo de la velocidad a la que vaya el barco, hasta cada cinco segundos sobre 23 nudos, en lugar de la tasa constante de cada treinta segundos en Clase B "CS". Finalmente, la Clase B "SO" también transmitirá a una potencia de 5  W en lugar de los 2  W anteriores de la Clase B "CS".

Estación base
Transceptor AIS en tierra (transmisión y recepción) que funciona mediante SOTDMA. Las estaciones base tienen un conjunto complejo de características y funciones que en el estándar AIS pueden controlar el sistema AIS y todos los dispositivos que operan en él. Capacidad para interrogar a transceptores individuales para informes de estado o cambios de frecuencia de transmisión.
Ayudas a la navegación (AtoN)
Transceptor de tierra o boya (transmisión y recepción) que opera utilizando acceso múltiple por división de tiempo de acceso fijo (FATDMA). Diseñado para recopilar y transmitir datos relacionados con el mar y las condiciones meteorológicas, así como retransmitir mensajes AIS para ampliar la cobertura de la red.
Transceptor de búsqueda y rescate (SART)
Dispositivo AIS especializado creado como una baliza de socorro de emergencia que funciona utilizando acceso múltiple por división de tiempo previo al anuncio (PATDMA), o algunas veces llamado "SOTDMA modificado". El dispositivo selecciona aleatoriamente una ranura para transmitir y transmitirá una ráfaga de ocho mensajes por minuto para maximizar la probabilidad de transmisión exitosa. Se requiere un SART para transmitir hasta un máximo de cinco millas y transmite un formato de mensaje especial reconocido por otros dispositivos AIS. El dispositivo está diseñado para uso periódico y solo en emergencias debido a su funcionamiento tipo PATDMA que pone énfasis en el mapa de ranuras.
Transceptores AIS especializados
A pesar de que existen especificaciones AIS publicadas por la OMI / IEC, varias autoridades han permitido y alentado el desarrollo de dispositivos AIS híbridos. Estos dispositivos buscan mantener la integridad de la estructura y el diseño de la transmisión AIS central para garantizar la confiabilidad operativa, pero agregan una gama de características y funciones adicionales para satisfacer sus requisitos específicos. El transceptor AIS "Identificador" es uno de esos productos en los que la tecnología principal CSTDMA de Clase B está diseñada para garantizar que el dispositivo transmita en total conformidad con las especificaciones de la OMI, pero se han realizado una serie de cambios para permitir que funcione con batería, bajo costo y más fácil de instalar e implementar en grandes cantidades. Dichos dispositivos no tendrán certificación internacional según una especificación de la OMI, ya que cumplirán con una parte de la especificación pertinente. Normalmente, las autoridades realizarán su propia evaluación técnica detallada y realizarán pruebas para garantizar que el funcionamiento básico del dispositivo no dañe el sistema AIS internacional.

Los receptores AIS no se especifican en los estándares AIS porque no transmiten. La principal amenaza para la integridad de cualquier sistema AIS son las transmisiones AIS no compatibles, por lo tanto, especificaciones cuidadosas de todos los dispositivos AIS transmisores. Sin embargo, es bueno tener en cuenta que todos los transceptores AIS transmiten en múltiples canales como lo requieren los estándares AIS. Como tales, los receptores de un solo canal o multiplexados no recibirán todos los mensajes AIS. Solo los receptores de dos canales recibirán todos los mensajes AIS.

Ensayos y homologaciones de tipo

AIS es una tecnología que ha sido desarrollada bajo los auspicios de la OMI por sus comités técnicos. Los comités técnicos han desarrollado y publicado una serie de especificaciones de productos AIS. Cada especificación define un producto AIS específico que ha sido cuidadosamente creado para funcionar de manera precisa con todos los demás dispositivos AIS definidos, asegurando así la interoperabilidad del sistema AIS en todo el mundo. El mantenimiento de la integridad de la especificación se considera fundamental para el rendimiento del sistema AIS y la seguridad de los buques y las autoridades que utilizan la tecnología. Como tal, la mayoría de los países requieren que los productos AIS sean probados y certificados de forma independiente para cumplir con una especificación publicada específica. Los productos que no han sido probados y certificados por una autoridad competente, pueden no cumplir con las especificaciones publicadas de AIS requeridas y, por lo tanto, es posible que no funcionen como se espera en el campo. Las certificaciones más ampliamente reconocidas y aceptadas son la Directiva R amp; TTE, la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. Y la Industria de Canadá, todas las cuales requieren verificación independiente por parte de una agencia de pruebas calificada e independiente.

Tipos de mensajes

Hay 27 tipos diferentes de mensajes de nivel superior definidos en ITU M.1371-5 (de una posibilidad de 64) que pueden ser enviados por transceptores AIS.

Los mensajes AIS 6, 8, 25 y 26 proporcionan "Mensajes específicos de la aplicación" (ASM), que permiten a las "autoridades competentes" definir subtipos de mensajes AIS adicionales. Hay variantes del mensaje tanto "direccionadas" (ABM) como "difundidas" (BBM). Los mensajes con dirección, aunque contienen un MMSI de destino, no son privados y pueden ser decodificados por cualquier receptor.

Uno de los primeros usos de los ASM fue el uso de Saint Lawrence Seaway de mensajes binarios AIS (tipo de mensaje 8) para proporcionar información sobre niveles de agua, órdenes de bloqueo y clima. El Canal de Panamá utiliza mensajes AIS tipo 8 para proporcionar información sobre la lluvia a lo largo del canal y el viento en las esclusas. En 2010, la Organización Marítima Internacional emitió la Circular 289 que define la próxima iteración de ASM para mensajes de tipo 6 y 8. Alexander, Schwehr y Zetterberg propusieron que la comunidad de autoridades competentes trabaje en conjunto para mantener un registro regional de estos mensajes y sus ubicaciones de uso. La Asociación Internacional de Ayudas Marinas a la Navegación y Autoridades de Faros (IALA-AISM) estableció ahora un proceso para la recopilación de mensajes regionales específicos de aplicaciones.

Descripción detallada: Unidades de clase A

Cada transceptor AIS consta de un transmisor VHF, dos receptores TDMA VHF, un receptor de llamada selectiva digital (DSC) VHF y enlaces a sistemas de visualización y sensores a bordo a través de comunicaciones electrónicas marinas estándar (como NMEA 0183, también conocida como IEC 61162). La sincronización es vital para la sincronización adecuada y el mapeo de ranuras (programación de transmisión) para una unidad de Clase A. Por lo tanto, se requiere que cada unidad tenga una base de tiempo interna, sincronizada con un receptor de sistema de navegación por satélite global (por ejemplo, GPS ). Este receptor interno también se puede utilizar para información de posición. Sin embargo, la posición la proporciona típicamente un receptor externo como GPS, LORAN-C o un sistema de navegación inercial y el receptor interno solo se utiliza como respaldo para la información de posición. Otra información transmitida por el AIS, si está disponible, se obtiene electrónicamente del equipo de a bordo a través de conexiones de datos marinas estándar. Todos los barcos equipados con AIS suelen proporcionar información sobre rumbo, posición (latitud y longitud), "velocidad sobre el suelo" y velocidad de giro. También se puede proporcionar otra información, como el destino y la hora estimada de llegada.

Un transceptor AIS normalmente funciona en modo autónomo y continuo, independientemente de si está operando en mar abierto o en áreas costeras o del interior. Los transceptores AIS usan dos frecuencias diferentes, canales marítimos VHF 87B (161.975 MHz) y 88B (162.025 MHz), y usan modulación de modulación por desplazamiento mínimo gaussiano (GMSK) de 9.6 kbit / s en canales de 25 kHz usando el control de enlace de datos de alto nivel (HDLC) protocolo de paquetes. Aunque solo es necesario un canal de radio, cada estación transmite y recibe sobre dos canales de radio para evitar problemas de interferencia y permitir que los canales se cambien sin pérdida de comunicaciones de otros barcos. El sistema proporciona una resolución automática de disputas entre él y otras estaciones, y la integridad de las comunicaciones se mantiene incluso en situaciones de sobrecarga.

Para garantizar que las transmisiones VHF de diferentes transceptores no se produzcan al mismo tiempo, las señales se multiplexan en el tiempo utilizando una tecnología llamada acceso múltiple por división de tiempo autoorganizado (SOTDMA). El diseño de esta tecnología está patentado, y si esta patente ha sido eximida para su uso por buques SOLAS es un tema de debate entre los fabricantes de sistemas AIS y el titular de la patente, Håkan Lans. Además, la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos (USPTO) canceló todas las reclamaciones de la patente original el 30 de marzo de 2010.

Para hacer el uso más eficiente del ancho de banda disponible, los barcos que están anclados o se mueven lentamente transmiten con menos frecuencia que los que se mueven más rápido o están maniobrando. La frecuencia de actualización varía de 3 minutos para embarcaciones fondeadas o amarradas, a 2 segundos para embarcaciones de movimiento rápido o maniobras, siendo esta última similar a la de los radares marinos convencionales.

Cada estación AIS determina su propio horario de transmisión (intervalo), basado en el historial de tráfico del enlace de datos y un conocimiento de las posibles acciones futuras de otras estaciones. Un informe de posición de una estación encaja en uno de los 2250 intervalos de tiempo establecidos cada 60 segundos en cada frecuencia. Las estaciones AIS se sincronizan continuamente entre sí para evitar la superposición de transmisiones de intervalos. La selección de ranuras por parte de una estación AIS se aleatoriza dentro de un intervalo definido y se marca con un tiempo de espera aleatorio de entre 4 y 8 minutos. Cuando una estación cambia su asignación de espacio, anuncia tanto la nueva ubicación como el tiempo de espera para esa ubicación. De esta manera, esas embarcaciones siempre recibirán nuevas estaciones, incluidas aquellas que de repente se encuentren dentro del alcance de radio cerca de otras embarcaciones.

La capacidad de notificación de buques requerida de acuerdo con el estándar de rendimiento de la OMI es un mínimo de 2.000 intervalos de tiempo por minuto, aunque el sistema proporciona 4.500 intervalos de tiempo por minuto. El modo de transmisión SOTDMA permite que el sistema se sobrecargue entre un 400 y un 500% mediante el intercambio de ranuras, y aún proporciona un rendimiento de casi el 100% para los barcos a menos de 8 a 10 nmi entre sí en un modo de barco a barco. En caso de sobrecarga del sistema, solo los objetivos más alejados estarán sujetos a la eliminación, para dar preferencia a los objetivos más cercanos, que son de mayor preocupación para los operadores de barcos. En la práctica, la capacidad del sistema es casi ilimitada, lo que permite alojar un gran número de barcos al mismo tiempo.

El rango de cobertura del sistema es similar al de otras aplicaciones de VHF. El alcance de cualquier radio VHF está determinado por múltiples factores, los factores principales son: la altura y calidad de la antena transmisora ​​y la altura y calidad de la antena receptora. Su propagación es mejor que la del radar, debido a la longitud de onda más larga, por lo que es posible alcanzar curvas y detrás de islas si las masas de tierra no son demasiado altas. La distancia de observación en el mar es nominalmente de 20 millas náuticas (37 km). Con la ayuda de las estaciones repetidoras, la cobertura de las estaciones de barco y VTS se puede mejorar considerablemente.

El sistema es compatible con los sistemas digitales de llamada selectiva, lo que permite que los sistemas SMSSM en tierra establezcan canales operativos AIS de forma económica e identifiquen y rastreen embarcaciones equipadas con AIS, y está destinado a reemplazar completamente los sistemas transceptores basados ​​en DSC existentes.

En la actualidad, se están construyendo sistemas de red AIS en tierra en todo el mundo. Uno de los sistemas en tiempo real más grandes y totalmente operativos con capacidad de enrutamiento total se encuentra en China. Este sistema fue construido entre 2003 y 2007 y fue entregado por Saab TranspondereTech. Toda la costa china está cubierta con aproximadamente 250 estaciones base en configuraciones de espera activa, incluidos setenta servidores informáticos en tres regiones principales. Cientos de usuarios en tierra, incluidos unos 25 centros de servicios de tráfico de embarcaciones (VTS), están conectados a la red y pueden ver la imagen marítima, y ​​también pueden comunicarse con cada barco mediante SRM (mensajes relacionados con la seguridad). Todos los datos están en tiempo real. El sistema fue diseñado para mejorar la seguridad y protección de los barcos y las instalaciones portuarias. También está diseñado de acuerdo con una arquitectura SOA con conexión basada en socket y utilizando el protocolo estandarizado IEC AIS hasta los usuarios de VTS. Las estaciones base tienen unidades de reserva en caliente (IEC 62320-1) y la red es la solución de red de tercera generación.

A principios de 2007, se aprobó un nuevo estándar mundial para estaciones base AIS, el estándar IEC 62320-1. La antigua recomendación de la IALA y la nueva norma IEC 62320-1 son incompatibles en algunas funciones y, por lo tanto, las soluciones de red adjuntas deben actualizarse. Esto no afectará a los usuarios, pero los desarrolladores de sistemas deben actualizar el software para adaptarse al nuevo estándar. Hace mucho tiempo que se esperaba un estándar para las estaciones base AIS. Actualmente existen redes ad-hoc con móviles de clase A. Las estaciones base pueden controlar el tráfico de mensajes AIS en una región, lo que con suerte reducirá el número de colisiones de paquetes.

Información de transmisión

Un transceptor AIS envía los siguientes datos cada 2 a 10 segundos, dependiendo de la velocidad de la embarcación mientras navega, y cada 3 minutos mientras la embarcación está anclada:

  • Buque marítimo de identidad del servicio móvil (MMSI): un número único de identificación de nueve dígitos.
  • Estado de navegación: p. Ej., "Fondeado", "en curso con motor (es)", "no bajo mando", etc.
  • Velocidad de giro: derecha o izquierda, de 0 a 720 grados por minuto
  • Velocidad sobre el suelo: resolución de 0,1 nudos (0,19 km / h) de 0 a 102 nudos (189 km / h)
  • Resolución posicional:
    • Longitud: hasta 0.000 1 minutos de arco
    • Latitud: hasta 0.000 1 minutos de arco
  • Rumbo sobre el suelo: relativo al norte verdadero a 0,1 °
  • Rumbo verdadero: 0 a 359 ° (por ejemplo, desde una brújula giroscópica )
  • Rumbo real en su propia posición: 0 a 359 °
  • Segundos UTC: el campo de segundos de la hora UTC cuando se generaron estos datos. No hay una marca de tiempo completa.

Además, los siguientes datos se transmiten cada 6 minutos:

  • Número de identificación del barco de la OMI : un número de siete dígitos que permanece sin cambios tras la transferencia del registro del barco a otro país.
  • Distintivo de llamada de radio : distintivo de llamada de radio internacional, hasta 7 caracteres, asignado al barco por su país de matrícula
  • Nombre: 20 caracteres para representar el nombre del barco.
  • Tipo de barco / carga
  • Dimensiones del barco, al metro más cercano
  • Ubicación de la antena del sistema de posicionamiento (por ejemplo, GPS) a bordo del barco: en metros a popa de la proa y metros a babor o estribor
  • Tipo de sistema de posicionamiento: como GPS, DGPS o LORAN-C.
  • Calado del barco: 0,1 a 25,5 metros
  • Destino: máx. 20 caracteres
  • ETA (hora estimada de llegada) al destino: UTC mes / fecha hora: minuto
  • Opcional: solicitud de hora de alta precisión, una embarcación puede solicitar a otras embarcaciones que proporcionen una fecha y hora UTC de alta precisión

Descripción detallada: Unidades de clase B

Los transceptores de clase B son más pequeños, más simples y de menor costo que los transceptores de clase A. Cada uno consta de un transmisor de VHF, dos receptores de acceso múltiple por división de tiempo de detección de portadora de VHF (CSTDMA), ambos alternativos como receptor de llamada selectiva digital (DSC) de VHF, y una antena GPS activa. Aunque el formato de salida de datos admite información de rumbo, en general las unidades no están interconectadas con una brújula, por lo que estos datos rara vez se transmiten. La salida es el flujo de datos AIS estándar a 38.400 kbit / s, en formatos RS232 y / o NMEA. Para evitar la sobrecarga del ancho de banda disponible, la potencia de transmisión está restringida a 2 W, lo que da un rango de aproximadamente 5 a 10 millas.

Se definen cuatro mensajes para las unidades de clase B:

Mensaje 14
Mensaje relacionado con la seguridad: este mensaje se transmite a petición del usuario; algunos transceptores tienen un botón que permite enviarlo o se puede enviar a través de la interfaz del software. Envía un mensaje de seguridad predefinido.
Mensaje 18
Informe de posición CS de clase B estándar: este mensaje se envía cada 3 minutos cuando la velocidad sobre el suelo (SOG) es inferior a 2 nudos, o cada 30 segundos para velocidades mayores. MMSI, hora, SOG, COG, longitud, latitud, rumbo verdadero
Mensaje 19
Informe de posición de equipo de clase B ampliado: este mensaje se diseñó para el protocolo SOTDMA y es demasiado largo para transmitirse como CSTDMA. Sin embargo, una estación costera puede sondear el transceptor para enviar este mensaje. MMSI, hora, SOG, COG, longitud, latitud, rumbo verdadero, tipo de barco, dimensiones.
Mensaje 24
Informe de datos estáticos CS de clase B: este mensaje se envía cada 6 minutos, el mismo intervalo de tiempo que para los transpondedores de clase A. Debido a su extensión, este mensaje se divide en dos partes, enviadas con un minuto de diferencia entre sí. Este mensaje se definió después de las especificaciones AIS originales, por lo que algunas unidades de Clase A pueden necesitar una actualización de firmware para poder decodificar este mensaje. MMSI, nombre del barco, tipo de barco, distintivo de llamada, dimensiones e identificación del proveedor del equipo.

Descripción detallada: receptores AIS

Varios fabricantes ofrecen receptores AIS, diseñados para monitorear el tráfico AIS. Estos pueden tener dos receptores, para monitorear ambas frecuencias simultáneamente, o pueden cambiar entre frecuencias (por lo tanto, faltan mensajes en el otro canal, pero a un precio reducido). En general, generarán datos RS232, NMEA, USB o UDP para mostrarlos en trazadores gráficos electrónicos o en computadoras. Además de las radios dedicadas, se pueden configurar radios definidas por software para recibir la señal.

Especificación técnica

Características de RF

AIS utiliza los canales 87 y 88 de banda marina asignados a nivel mundial.

AIS utiliza el lado alto del dúplex de dos "canales" de radio VHF (87B) y (88B)

  • Canal A 161,975 MHz (87B)
  • Canal B 162.025 MHz (88B)

Los canales símplex 87A y 88A usan una frecuencia más baja, por lo que no se ven afectados por esta asignación y aún pueden usarse según lo designado para el plan de frecuencia móvil marítimo.

La mayoría de las transmisiones AIS se componen de ráfagas de varios mensajes. En estos casos, entre mensajes, el transmisor AIS debe cambiar de canal.

Antes de transmitirse, los mensajes AIS deben estar codificados en NRZI.

Los mensajes AIS se transmiten mediante modulación GMSK. El producto BT del modulador GMSK utilizado para la transmisión de datos debe ser de 0,4 como máximo (valor nominal más alto).

Los datos codificados GMSK deben modular la frecuencia del transmisor VHF. El índice de modulación debe ser 0,5.

La tasa de transmisión de bits es de 9600  bit / s.

Los receptores de VHF ordinarios pueden recibir AIS con el filtrado desactivado (el filtrado destruye los datos GMSK). Sin embargo, la salida de audio de la radio deberá decodificarse. Hay varias aplicaciones para PC que pueden hacer esto.

La señal puede llevar un máximo de 75 kilómetros.

Organización de mensajes

Como hay multitud de equipos automáticos que transmiten mensajes AIS, para evitar conflictos, el espacio de RF se organiza en tramas. Cada cuadro dura exactamente 1 minuto y comienza en cada límite de minutos. Cada cuadro está dividido en 2250 ranuras. Como la transmisión puede ocurrir en 2 canales, hay 4500 ranuras disponibles por minuto. Dependiendo del tipo y estado del equipo y del estado del mapa de ranuras AIS, cada transmisor AIS enviará mensajes usando uno de los siguientes esquemas:

  1. Acceso múltiple por división de tiempo incremental (ITDMA)
  2. Acceso múltiple por división de tiempo de acceso aleatorio (RATDMA)
  3. Acceso múltiple por división de tiempo de acceso fijo (FATDMA)
  4. Acceso múltiple autoorganizado por división de tiempo (SOTDMA)

El esquema de acceso ITDMA permite que un dispositivo preanuncie ranuras de transmisión de carácter no repetible, las ranuras ITDMA deben marcarse de modo que estén reservadas para una trama adicional. Esto permite que un dispositivo anuncie previamente sus asignaciones para un funcionamiento autónomo y continuo.

ITDMA se utiliza en tres ocasiones:

  • entrada de red de enlace de datos;
  • cambios y transiciones temporales en los intervalos de informes periódicos;
  • anuncio previo de mensajes relacionados con la seguridad.

RATDMA se utiliza cuando un dispositivo necesita asignar una ranura, que no se ha anunciado previamente. Esto se hace generalmente para el primer intervalo de transmisión o para mensajes de carácter no repetible.

FATDMA solo lo utilizan las estaciones base. Los slots asignados por FATDMA se utilizan para mensajes repetitivos.

SOTDMA es utilizado por dispositivos móviles que operan en modo autónomo y continuo. El propósito del esquema de acceso es ofrecer un algoritmo de acceso que resuelve rápidamente los conflictos sin la intervención de las estaciones de control.

Formato de mensaje

Una ranura AIS tiene una longitud de 26,66 ms. La modulación de datos es de 9600 bit / s, por lo que cada ranura tiene una capacidad máxima de 256 bits. El encuadre se deriva del estándar HDLC, descrito en ISO / IEC 13239: 2002.

Cada espacio está estructurado como tal: lt;8 bit ramp upgt;lt;24 bit preamblegt;lt;8 bit start flaggt;lt;168 bit payloadgt;lt;16 bit CRCgt;lt;8 bit stop flaggt;lt;24 bit buffergt;

  • Preámbulo de 24 bits: esta es una secuencia de 0101...
  • Bandera de inicio: 0x7e
  • Carga útil de 168 bits, este es el cuerpo de un mensaje AIS. Para los mensajes que requieren más datos, se deben usar varios espacios (máximo de 5).
  • 16 bit CRC-CCITT-16 : polinomio de 16 bits para calcular la suma de comprobación.
  • Bandera de parada: 0x7e
  • Búfer de 24 bits utilizado para relleno de bits, fluctuación de sincronización y retardo de distancia.
La modulación del mensaje AIS se muestra como gráfico de tiempo Ejemplo de señal de modulación GMSK de mensaje AIS

Tenga en cuenta que la señal en la portadora VHF está codificada en NRZI y utiliza relleno de bits para evitar indicadores de parada involuntarios que de otro modo podrían ocurrir en los datos. Como tal, primero se deben decodificar los bits sin procesar y eliminar los bits de relleno para llegar al formato de mensaje utilizable real descrito anteriormente.

Mensajes

Mensajes enviados y recibidos por aire

Todos los mensajes AIS transmiten 3 elementos básicos de información:

  1. El número MMSI del barco o equipo que contiene el transmisor (estación base, boya, etc.)
  2. La identificación del mensaje que se transmite (consulte la tabla siguiente)
  3. Un indicador de repetición que fue diseñado para ser utilizado para repetir mensajes sobre obstáculos mediante dispositivos de retransmisión.

La siguiente tabla ofrece un resumen de todos los mensajes AIS utilizados actualmente.

Mensaje AIS Uso Comentarios
Mensaje 1, 2, 3: Informe de posición Clase A Reporta información de navegación Este mensaje transmite información relativa a la navegación de un barco: longitud y latitud, hora, rumbo, velocidad, estado de navegación del barco (en potencia, fondeado...)
Mensaje 4: Informe de la estación base Utilizado por las estaciones base para indicar su presencia El mensaje informa de una posición y hora precisas. Sirve como referencia estática para otros barcos.
Mensaje 5: Datos estáticos y relacionados con la travesía Da información sobre un barco y su viaje. Uno de los pocos mensajes cuyos datos se ingresan a mano. Esta información incluye datos estáticos como la eslora, el ancho y el calado de un barco, así como el destino previsto del barco.
Mensaje 6: Mensaje con dirección binaria Un mensaje direccionado punto a punto con carga útil binaria no especificada.
Mensaje 7: Mensaje de reconocimiento binario Enviado para acusar recibo de un mensaje 6
Mensaje 8: Mensaje de difusión binaria Un mensaje de difusión con carga útil binaria no especificada.
Mensaje 9: Informe estándar de posición de aeronaves de búsqueda y salvamento Utilizado por una aeronave (helicóptero o avión) que participa en operaciones de búsqueda y salvamento en el mar (es decir, búsqueda y recuperación de supervivientes de un accidente en el mar). Envía información de ubicación (incluida la altitud) y la hora
Mensaje 10: UTC / Consulta de fecha Obtenga la hora y la fecha de una estación base Solicitud de información UTC / Fecha de una estación base AIS. Se usa cuando un dispositivo no tiene fecha y hora localmente, generalmente de GPS
Mensaje 11: Respuesta universal coordinada de hora / fecha Respuesta del mensaje 10 Idéntico al mensaje 4.
Mensaje 12: Mensaje relacionado con la seguridad dirigido Se usa para enviar mensajes de texto a un barco específico El mensaje de texto puede estar en inglés simple, en códigos comerciales o incluso encriptado.
Mensaje 13: Reconocimiento relacionado con la seguridad Respuesta del mensaje 12
Mensaje 14: Mensaje de difusión relacionado con la seguridad Idéntico al mensaje 12, pero difundido
Mensaje 15: Interrogación Utilizado por una estación base para obtener el estado de hasta otros 2 dispositivos AIS
Mensaje 16: comando de modo asignado Utilizado por una estación base para administrar las ranuras AIS
Mensaje 17: Mensaje binario de difusión del sistema mundial de navegación por satélite Utilizado por una estación base para transmitir correcciones diferenciales para GPS
Mensaje 18: Informe de posición del equipo de clase B estándar Un informe menos detallado que los tipos 1-3 para embarcaciones que utilizan transmisores de clase B No incluye estado de navegación ni velocidad de giro
Mensaje 19: Informe de posición de equipo de clase B ampliado Para equipos heredados de clase B Es reemplazado por el mensaje 18
Mensaje 20: mensaje de gestión de enlace de datos Utilizado por una estación base para administrar las ranuras AIS Este mensaje se utiliza para preasignar ranuras TDMA dentro de una red de estaciones base AIS.
Mensaje 21: Informe de ayudas a la navegación Utilizado por una ayuda (AtN) al dispositivo de navegación (boyas, faro...) Transmite la hora y la ubicación precisas, así como las características del AtN
Mensaje 22: Gestión de canales Utilizado por una estación base para administrar el enlace VHF
Mensaje 23: comando de asignación de grupo Utilizado por una estación base para administrar otras estaciones AIS
Mensaje 24: Informe de datos estáticos Equivalente a un mensaje de tipo 5 para barcos que utilizan equipo de clase B
Mensaje 25: mensaje binario de ranura única Se utiliza para transmitir datos binarios de un dispositivo a otro.
Mensaje 26: Mensaje binario de múltiples ranuras con estado de comunicaciones Se utiliza para transmitir datos binarios de un dispositivo a otro.
Mensaje 27: mensaje de difusión del sistema de identificación automática de largo alcance Este mensaje se utiliza para la detección de largo alcance de embarcaciones AIS Clase A y Clase B (normalmente por satélite). Igual que los mensajes 1, 2 y 3

Mensajes enviados a otros equipos del barco.

Los equipos AIS intercambian información con otros equipos mediante sentencias NMEA 0183.

El estándar NMEA 0183 utiliza dos frases principales para datos AIS

  • ! AIVDM (datos recibidos de otros barcos)
  • ! AIVDO (información del barco propio)

Típica NMEA 0183 mensaje estándar AIS:!AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sdlt;L9i:a;WFgt;062D,0*7D

En orden:

!AIVDM:  The NMEA message type, other NMEA device messages are restricted 1    Number of sentences (some messages need more than one, maximum generally is 9) 1    Sentence number (1 unless it is a multi-sentence message) The blank is the sequential message ID (for multi-sentence messages) A    The AIS channel (A or B), for dual channel transponders it must match the channel used 14eG;...  The encoded AIS data, using AIS-ASCII6 0*    End of data, number of unused bits at end of encoded data (0-5) 7D    NMEA checksum (NMEA 0183 Standard CRC16)

Seguridad

AIS fue diseñado como un estándar intencionalmente abierto y debido a la naturaleza no autenticada y no cifrada de AIS, recientemente Balduzzi, Pasta, Wilhoit et al. mostró que AIS es vulnerable a diferentes amenazas como la suplantación de identidad, el secuestro y la interrupción de la disponibilidad. Estas amenazas afectan tanto a la implementación en los proveedores en línea como a la especificación del protocolo, lo que hace que los problemas sean relevantes para todas las instalaciones de transpondedores (estimadas en más de 300,000).

Los sitios web de monitoreo de barcos disponibles al público se basan en gran medida en fuentes de datos no autenticadas de la red de receptores AIS operados por voluntarios, cuyos mensajes pueden falsificarse con relativa facilidad mediante la inyección de paquetes AIS en el flujo de datos sin procesar, o en el aire utilizando equipos un poco más complejos como SDR. Sin embargo, las comunicaciones de barco a barco se envían mediante transpondedores de Clase B que están certificados para proporcionar solo la posición GPS desde el receptor integrado, por lo que eludir estos mensajes requeriría la suplantación de SDR o GPS.

Spoofing

El 18 de junio de 2021, los receptores AIS en Chornomorsk, Ucrania, informaron que el HMS Defender y el HNLMS Evertsen supuestamente navegaban hacia la base militar rusa de Sebastopol en la anexada Crimea mientras los barcos estaban amarrados de forma segura en Odessa, según numerosos testigos y feeds de cámaras web del puerto en vivo, lo que implicaba que se falsificó Los datos AIS fueron inyectados en el sistema por una parte desconocida. Unos días más tarde, del 22 al 23 de junio, los barcos salieron de Odessa y de hecho navegaron por la costa de Crimea, con Rusia acusando a la flota de violar su territorio mientras el mando del Reino Unido insistía en que los barcos navegaban en aguas internacionales.

En marzo de 2021, las fuerzas armadas suecas registraron un incidente similar cuyos barcos fueron presentados incorrectamente por AIS como si navegaran en aguas rusas cerca de Kaliningrado.

En julio de 2021, el investigador Bjorn Bergman encontró casi 100 conjuntos de datos AIS falsos entre septiembre de 2020 y agosto de 2021, y casi todos eran buques de guerra falsos de la OTAN y europeos. Dijo que los datos aparecían en el sistema como si hubieran sido recibidos por receptores terrestres (no satelitales), lo que lo llevó a creer que los datos no se introducen mediante transmisiones de radio falsas, sino que se inyectan en los flujos de datos utilizados por AIS. sitios web. Todd Humphreys, director del Laboratorio de Radionavegación de la Universidad de Texas en Austin, declaró que "si bien no puedo decir con certeza quién está haciendo esto, los datos se ajustan a un patrón de desinformación en el que nuestros amigos rusos suelen participar".

Investigar

Existe un creciente cuerpo de literatura sobre métodos de explotación de datos AIS para la seguridad y optimización de la navegación, a saber, análisis de tráfico, detección de anomalías, extracción y predicción de rutas, detección de colisiones, planificación de rutas, rutas meteorológicas, estimación de la refractividad atmosférica y muchos más.

Ver también

Referencias

enlaces externos

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