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 marítimo (VTS). Cuando se utilizan satélites para recibir firmas AIS, se utiliza el término AIS por satélite (S-AIS). La información AIS complementa al radar marino , que sigue siendo el método principal para evitar colisiones en el transporte marítimo. [ cita requerida ] Aunque técnica y operativamente es distinto, el sistema ADS-B es análogo al AIS y realiza una función similar para las aeronaves.
La información proporcionada por los equipos AIS, como la identificación única, la posición , el rumbo y la velocidad, se puede mostrar en una pantalla o en un sistema electrónico de visualización e información de cartas náuticas (ECDIS). El AIS está destinado a ayudar a los oficiales de guardia de un buque y permitir a las autoridades marítimas rastrear y monitorear los movimientos del buque. El AIS integra un transceptor VHF estandarizado con un sistema de posicionamiento como un receptor del Sistema de Posicionamiento Global , con otros sensores electrónicos de navegación, como un girocompás o un indicador de velocidad de giro . Los buques equipados con transceptores AIS pueden ser rastreados por estaciones base AIS ubicadas a lo largo de las costas o, cuando están fuera del alcance de las redes terrestres, a través de un número cada vez mayor de satélites que están equipados con receptores AIS especiales que son capaces de descifrar conflictos de una gran cantidad de firmas.
El Convenio internacional para la seguridad de la vida humana en el mar de la Organización Marítima Internacional exige que se instalen AIS a bordo de buques que realizan viajes internacionales con un tonelaje bruto (GT) de 300 o más, y en todos los buques de pasajeros independientemente de su tamaño. [1] Por diversas razones, los buques pueden apagar sus transceptores AIS. [2]
El AIS está pensado, principalmente, para permitir a los barcos ver el tráfico marítimo en su zona y ser vistos por ese tráfico. Esto requiere un transceptor AIS VHF dedicado que permita ver el tráfico local en un plotter o monitor de computadora habilitado con AIS mientras transmite información sobre el propio barco a otros receptores AIS. Las autoridades portuarias u otras instalaciones en tierra pueden estar equipadas solo con receptores, de modo que puedan ver el tráfico local sin la necesidad de transmitir su propia ubicación. Todos los transceptores AIS equipados con tráfico se pueden ver de esta manera de manera muy confiable, pero está limitado al rango VHF , aproximadamente de 10 a 20 millas náuticas.
Si no se dispone de un trazador de cartas 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, GNU AIS u OpenCPN . Estas demodulan la señal de un radioteléfono marino VHF modificado sintonizado a las frecuencias AIS y la convierten a 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 , pero seguirán estando limitados al alcance colectivo de los receptores de radio utilizados en la red. [3] 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 necesitan transmitir o como una alternativa económica a un dispositivo AIS dedicado para embarcaciones más pequeñas para ver el tráfico local pero, por supuesto, el usuario permanecerá oculto para 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 de transceptores AIS recopilados tanto de estaciones terrestres conectadas a Internet como 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 de Internet para proporcionar datos de posición casi globales en tiempo real desde cualquier parte del mundo. Los datos típicos incluyen el nombre del barco, detalles, ubicación, velocidad y 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 en los archivos, generalmente se proporcionan a un costo. Los datos son una vista de solo lectura y los usuarios no serán vistos en la propia red AIS. Los receptores AIS basados en tierra que contribuyen a Internet son en su mayoría administrados por un gran número de voluntarios. [4] 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 buques y sus cargas, mientras que los entusiastas marinos pueden agregar fotografías a sus colecciones. [5]
En el nivel más simple, el AIS funciona entre pares de transceptores de radio, uno de los cuales siempre está en un buque. El otro puede estar en un buque, en tierra (terrestre) o en un satélite. Respectivamente, estos representan la operación de barco a barco, de barco a tierra y de barco a satélite y siguen ese orden.
El Acuerdo SOLAS de la OMI de 2002 incluía un mandato que exigía que la mayoría de los buques de más de 300 GT en viajes internacionales estuvieran equipados con un transceptor AIS de tipo Clase A. Este fue el primer mandato para el uso de equipos AIS y afectó a aproximadamente 100.000 buques.
En 2006, el comité de normas AIS publicó la especificación del transceptor AIS de 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 desencadenó la adopción de mandatos por parte de numerosos países y hizo que la instalación a gran escala de dispositivos AIS en buques de todos los tamaños fuera comercialmente viable. [ cita requerida ]
Desde 2006, los comités de normas técnicas del AIS han seguido desarrollando la norma y los tipos de productos del AIS para cubrir una amplia gama de aplicaciones, desde los buques más grandes hasta los pequeños buques pesqueros y los botes salvavidas. Paralelamente, los gobiernos y las autoridades han promovido proyectos para equipar distintas clases de buques con un dispositivo AIS para mejorar la seguridad. La mayoría de los mandatos se centran en los buques comerciales, y los buques de recreo optan por instalarlo de forma selectiva. En 2010, la mayoría de los buques comerciales que operaban en las vías navegables interiores europeas debían equipar un dispositivo de clase A certificado para vías navegables interiores; todos los barcos pesqueros de la UE de más de 15 m deben tener un dispositivo de clase A antes de mayo de 2014 [6] , y los EE. UU. tienen pendiente desde hace tiempo una ampliación de sus normas de instalación del AIS existentes, que se espera que entre en vigor durante 2013. Se estima que, en 2012, unos 250.000 buques han equipado un transceptor AIS de algún tipo, y se necesita que un millón más lo haga en un futuro próximo e incluso se están considerando proyectos más grandes. [ cita requerida ] 1
El AIS se desarrolló en la década de 1990 como una red de identificación y seguimiento de corto alcance y alta intensidad. Los transceptores AIS a bordo de barcos y en tierra tienen un alcance horizontal que es muy variable, pero por lo general solo hasta unos 74 kilómetros (46 millas). Las limitaciones de propagación de la línea de visión aproximada significan que el AIS terrestre (T-AIS) se pierde más allá de las aguas costeras. [7] Además de los transceptores operados por las autoridades portuarias y marítimas, también existe una gran red de transceptores de propiedad privada.
En la década de 1990 no se esperaba que el AIS 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 L3Harris , exactEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire y también programas gubernamentales han implementado 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 significativos para la recepción confiable de mensajes AIS desde todos los tipos 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 Identificador.
El desafío fundamental para los operadores de satélites AIS es la capacidad de recibir cantidades muy grandes de mensajes AIS simultáneamente desde la amplia zona de recepción de un satélite. Existe un problema inherente dentro del estándar AIS: el esquema de acceso por radio TDMA definido en el estándar AIS crea 4.500 franjas de tiempo disponibles en cada minuto, pero esto puede verse fácilmente superado por las grandes zonas de recepción de los satélites y el creciente número de transceptores AIS, lo que da como resultado colisiones de mensajes que el receptor del satélite no puede procesar. Empresas como exactEarth están desarrollando nuevas tecnologías como ABSEA, que se integrarán en transceptores terrestres y basados en satélite, lo que ayudará 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 satélite podría permitir una cobertura AIS verdaderamente global pero, debido a que las limitaciones del TDMA basado en satélite nunca igualarán el rendimiento de recepción de la red terrestre, los satélites aumentarán en lugar de reemplazar el sistema terrestre.
El AIS tiene una transmisión vertical (mucho más larga que la horizontal): hasta la órbita de 400 km de la Estación Espacial Internacional (ISS).
En noviembre de 2009, la misión del transbordador espacial STS-129 instaló dos antenas (una antena AIS VHF y una antena de radioaficionado) en el módulo Columbus de la ISS. Ambas antenas se construyeron en cooperación entre la ESA y el equipo ARISS (Radioaficionado en la ISS). Desde mayo de 2010, la Agencia Espacial Europea está probando un receptor AIS de Kongsberg Seatex (Noruega) en un consorcio liderado por el Norwegian Defence Research Establishment en el marco de la demostración de tecnología para la monitorización de buques desde el espacio. Se trata de un primer paso hacia un servicio de monitorización AIS basado en satélites. [8]
En 2009, ORBCOMM lanzó satélites habilitados para AIS en conjunto 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 es operado en cooperación con SES y REDU Space Services. [9] A fines de 2011 y principios de 2012, ORBCOMM y Luxspace lanzaron los microsatélites AIS Vesselsat, uno en una órbita ecuatorial y el otro en una órbita polar ( VesselSat-2 y VesselSat-1 ).
En 2007, Estados Unidos probó el seguimiento AIS desde el espacio con el satélite TacSat-2 . Sin embargo, las señales recibidas estaban alteradas debido a la recepción simultánea de muchas señales de la huella del satélite. [10]
En julio de 2009, SpaceQuest lanzó AprizeSat -3 y AprizeSat-4 con receptores AIS. [11] Estos receptores pudieron recibir con éxito las balizas de prueba SART de la Guardia Costera de los EE. UU. en las costas de Hawái en 2010. [12] En julio de 2010, SpaceQuest y exactEarth de Canadá anunciaron un acuerdo por el cual los datos de AprizeSat-3 y AprizeSat-4 se incorporarían al sistema exactEarth y se pondrían a disposición en todo el mundo como parte de su servicio exactAIS(TM).
El 12 de julio de 2010 se lanzó con éxito a la órbita polar el satélite noruego AISSat-1 , cuyo objetivo es mejorar la vigilancia de las actividades marítimas en el Alto Norte . El AISSat-1 es un nanosatélite de tan solo 20×20×20 cm, con un receptor AIS fabricado por Kongsberg Seatex, pesa 6 kilogramos y tiene forma de cubo. [13] [14]
El 20 de abril de 2011, la Organización de Investigación Espacial de la India lanzó el 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 Científicos Espaciales de la India .
El 25 de febrero de 2013, tras un año de retraso en el lanzamiento, la Universidad de Aalborg lanzó el AAUSAT3 . Se trata de un cubesat de 1U, que pesa 800 gramos, desarrollado exclusivamente por estudiantes del Departamento de Sistemas Electrónicos. Lleva dos receptores AIS: uno 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 1 MHz de señales de radio. Recibe ambos canales AIS simultáneamente y ha recibido mensajes de clase A y de clase B. El coste, incluido el lanzamiento, fue inferior a 200.000 €.
La red de satélites AIS de exactEarth, con sede en Canadá, proporciona cobertura global mediante 8 satélites. Entre enero de 2017 y enero de 2019, esta red se amplió significativamente mediante una asociación con L3Harris Corporation con 58 cargas útiles alojadas en la constelación Iridium NEXT . [15] Además, exactEarth está involucrado en el desarrollo de la tecnología ABSEA que permitirá a su red detectar 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 con AIS habilitado. Los satélites OG2 de ORBCOMM ( ORBCOMM Generación 2 ) están equipados con una carga útil de Sistema de Identificación Automática (AIS) para recibir y reportar transmisiones de buques equipados con AIS para rastreo de buques y otros esfuerzos de navegación y seguridad marítima, y descargar en las dieciséis estaciones terrestres existentes de ORBCOMM en todo el mundo. [16]
En julio de 2014, ORBCOMM lanzó los primeros 6 satélites OG2 a bordo de un cohete Falcon 9 de SpaceX desde Cabo Cañaveral, Florida. Cada satélite OG2 lleva una carga útil de receptor AIS. Los 6 satélites OG2 se desplegaron con éxito en órbita y comenzaron a enviar telemetría a ORBCOMM poco después del lanzamiento. En diciembre de 2015, la empresa lanzó 11 satélites OG2 adicionales habilitados para AIS a bordo del cohete Falcon 9 de SpaceX. Este lanzamiento exclusivo marcó la segunda y última misión OG2 de ORBCOMM para completar su constelación de satélites de próxima generación. [16] En comparación con sus satélites OG1 actuales, los satélites OG2 de ORBCOMM están diseñados para una entrega de mensajes más rápida, tamaños de mensajes más grandes y una mejor cobertura en latitudes más altas, al tiempo que aumentan la capacidad de la red. [16]
En agosto de 2017, Spire Global Inc. lanzó una API que ofrece datos S-AIS mejorados con aprendizaje automático (Vessels y Predict) respaldados por su constelación de más de 40 nanosatélites. [17]
La correlación de imágenes ópticas y de radar con las firmas S-AIS permite al usuario final identificar rápidamente todo tipo de buques. Una gran ventaja 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 detectando todos los buques en áreas marítimas específicas de interés, un atributo particularmente útil cuando se intenta coordinar un esfuerzo de rescate de largo alcance o cuando se abordan problemas de VTS.
Debido a su creciente uso a lo largo del tiempo, en algunas zonas costeras (por ejemplo, el estrecho de Singapur , los megapuertos de China, partes de Japón) hay tantos buques que el rendimiento del AIS se ha visto afectado. A medida que aumenta la densidad del tráfico, el alcance del sistema disminuye y la frecuencia de las actualizaciones se vuelve más aleatoria. Por este motivo, se ha desarrollado el Sistema de intercambio de datos VHF (VDES): [18] funcionará en nuevas frecuencias adicionales y las utilizará de forma más eficiente, lo que permitirá treinta y dos veces más ancho de banda para comunicaciones seguras y navegación electrónica. [19] El VDES se define en la ITU M.2092. [20]
El objetivo original del AIS era únicamente evitar colisiones, pero desde entonces se han desarrollado y siguen desarrollándose muchas otras aplicaciones. El AIS se utiliza actualmente para:
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, normalmente su receptor del sistema global de navegación por satélite (GNSS) y su girocompás . Otra información, como el nombre del barco y el indicativo de llamada VHF, se programa al instalar el equipo y también se transmite regularmente. 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 los otros barcos de la misma manera que una pantalla de radar. Los datos se transmiten a través de un sistema de seguimiento que utiliza un enlace de datos de acceso múltiple por división de tiempo autoorganizado (SOTDMA) diseñado por el inventor sueco Håkan Lans .
La norma AIS comprende varias subnormas denominadas "tipos" que especifican tipos de productos individuales. La especificación de 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 las normas del sistema AIS son:
Los receptores AIS no están especificados en las normas AIS porque no transmiten. La principal amenaza para la integridad de cualquier sistema AIS son las transmisiones AIS no conformes, por lo que se deben especificar cuidadosamente todos los dispositivos AIS que transmiten. Sin embargo, todos los transceptores AIS transmiten en múltiples canales, tal como lo exigen las normas AIS. En consecuencia, los receptores monocanal o multiplexados no recibirán todos los mensajes AIS. Solo los receptores de dos canales recibirán todos los mensajes AIS.
El 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 crítico 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 la especificación publicada AIS requerida y, por lo tanto, pueden no funcionar como se espera en el campo. Las certificaciones más reconocidas y aceptadas son la Directiva R&TTE, la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. e Industry Canada , todas las cuales requieren una verificación independiente por parte de una agencia de pruebas calificada e independiente.
Hay 27 tipos diferentes de mensajes de nivel superior definidos en la norma ITU M.1371-5 (de un total de 64) que pueden enviar los transceptores AIS. [34] [35]
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. Existen variantes del mensaje "con dirección" (ABM) y "difundidas" (BBM). Los mensajes con dirección, si bien contienen un MMSI de destino , no son privados y pueden ser decodificados por cualquier receptor.
Uno de los primeros usos de los mensajes ASM fue el uso de mensajes binarios AIS (tipo de mensaje 8) en la vía marítima del San Lorenzo para proporcionar información sobre los niveles de agua, órdenes de esclusas y el 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 los mensajes ASM para los tipos 6 y 8. [36] Alexander, Schwehr y Zetterberg propusieron que la comunidad de autoridades competentes trabajara en conjunto para mantener un registro regional de estos mensajes y sus lugares de uso. [37] La Asociación Internacional de Ayudas a la Navegación Marítima y Autoridades de Faros (IALA-AISM) estableció ahora un proceso para la recopilación de mensajes específicos de la aplicación regional. [38]
Cada transceptor AIS consta de un transmisor VHF, dos receptores VHF TDMA , un receptor de llamada selectiva digital (DSC) VHF y enlaces a los sistemas de sensores y pantalla de a bordo a través de comunicaciones electrónicas marinas estándar (como NMEA 0183 , también conocida como IEC 61162). La sincronización es vital para la sincronización y el mapeo de ranuras (programación de transmisión) adecuados para una unidad de Clase A. Por lo tanto, cada unidad debe tener una base de tiempo interna, sincronizada con un receptor de sistema de satélite de navegación global (por ejemplo, GPS ). [39] Este receptor interno también se puede utilizar para información de posición. Sin embargo, la posición generalmente la proporciona 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 marinos estándar. La información de rumbo, posición (latitud y longitud), "velocidad sobre el fondo" y velocidad de giro normalmente las proporcionan todos los barcos equipados con AIS. También se puede proporcionar otra información, como el destino y el tiempo estimado de llegada (ETA) .
Un transceptor AIS normalmente funciona de forma autónoma y continua, independientemente de si está operando en mar abierto o en zonas costeras o interiores. Los transceptores AIS utilizan dos frecuencias diferentes, los canales marítimos VHF 87B (161,975 MHz) y 88B (162,025 MHz), y utilizan modulación GMSK ( gaussian minimum shift keying ) de 9,6 kbit/s sobre canales de 25 kHz utilizando el protocolo de paquetes de control de enlace de datos de alto nivel (HDLC). Aunque sólo es necesario un canal de radio, cada estación transmite y recibe sobre dos canales de radio para evitar problemas de interferencias y permitir cambiar de canal sin pérdida de comunicaciones con otros barcos. El sistema permite la resolución automática de conflictos entre él mismo 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, [40] y si esta patente ha sido eximida para su uso por los 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 reivindicaciones de la patente original el 30 de marzo de 2010. [41]
Para aprovechar al máximo el ancho de banda disponible, los buques fondeados o que se desplazan lentamente transmiten con menor frecuencia que los que se desplazan a mayor velocidad o están maniobrando. La frecuencia de actualización varía entre 3 minutos para los buques fondeados o amarrados y 2 segundos para los buques que se desplazan rápidamente o están maniobrando, siendo esta última similar a la del radar marino convencional.
Cada estación AIS determina su propio programa de transmisión (slot), basándose en el historial de tráfico del enlace de datos y en el conocimiento de las posibles acciones futuras de otras estaciones. Un informe de posición de una estación encaja en uno de los 2.250 slots de tiempo establecidos cada 60 segundos en cada frecuencia. Las estaciones AIS se sincronizan continuamente entre sí, para evitar la superposición de transmisiones de slots. La selección de slots por parte de una estación AIS se realiza de forma aleatoria dentro de un intervalo definido y se etiqueta con un tiempo de espera aleatorio de entre 4 y 8 minutos. Cuando una estación cambia su asignación de slot, anuncia tanto la nueva ubicación como el tiempo de espera para esa ubicación. De esta manera, las nuevas estaciones, incluidas aquellas que de repente se encuentran dentro del alcance de radio cerca de otros buques, siempre serán recibidas por esos buques.
La capacidad de notificación de los buques requerida según la norma de rendimiento de la OMI es de 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 uso compartido de intervalos, y aún así proporciona un rendimiento de casi el 100% para los buques que se encuentren a menos de 8 a 10 millas náuticas entre sí en un modo de buque a buque. En caso de sobrecarga del sistema, solo los objetivos más alejados estarán sujetos a desconexión, a fin de dar preferencia a los objetivos más cercanos, que son de mayor preocupación para los operadores de los buques. En la práctica, la capacidad del sistema es casi ilimitada, lo que permite acomodar a un gran número de buques al mismo tiempo.
El rango de cobertura del sistema es similar al de otras aplicaciones VHF. El alcance de cualquier radio VHF está determinado por múltiples factores, los 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 mayor longitud de onda, por lo que es posible llegar alrededor de curvas y detrás de islas si las masas de tierra no son demasiado altas. La distancia de anticipación en el mar es nominalmente de 20 millas náuticas (37 km). Con la ayuda de estaciones repetidoras, la cobertura tanto para estaciones de barco como de VTS se puede mejorar considerablemente.
El sistema es compatible con versiones anteriores de los sistemas de llamada selectiva digital, lo que permite que los sistemas GMDSS basados en tierra establezcan de manera económica canales operativos AIS e identifiquen y rastreen buques equipados con AIS, y está destinado a reemplazar por completo los sistemas transceptores basados en DSC existentes. [ cita requerida ]
En la actualidad, se están construyendo sistemas de redes AIS en tierra en todo el mundo. Uno de los mayores sistemas en tiempo real, totalmente operativos y con capacidad de enrutamiento total se encuentra en China. Este sistema se construyó entre 2003 y 2007 y fue entregado por Saab TranspondereTech. [ cita requerida ] Toda la costa china está cubierta con aproximadamente 250 estaciones base en configuraciones de reserva activa, incluidos 70 servidores informáticos en tres regiones principales. Cientos de usuarios en tierra, incluidos unos 25 centros de servicio de tráfico de buques (VTS), están conectados a la red y pueden ver el panorama marítimo, y también pueden comunicarse con cada barco mediante SRM (mensajes relacionados con la seguridad). Todos los datos se encuentran en tiempo real. El sistema fue diseñado para mejorar la seguridad 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 activa (IEC 62320-1) y la red es la solución de red de tercera generación.
A principios de 2007 se aprobó una nueva norma mundial para estaciones base AIS, la norma IEC 62320-1. La antigua recomendación de la IALA y la nueva norma IEC 62320-1 son incompatibles en algunas funciones, por lo que las soluciones de red conectadas deben actualizarse. Esto no afectará a los usuarios, pero los fabricantes de sistemas deben actualizar el software para adaptarse a la nueva norma. Se ha esperado mucho tiempo para la creación de una norma para 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.
Un transceptor AIS envía los siguientes datos cada 2 a 10 segundos dependiendo de la velocidad de un barco mientras está en navegación, y cada 3 minutos mientras un barco está anclado:
Además, cada 6 minutos se transmiten los siguientes datos:
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 VHF, dos receptores de acceso múltiple por división de tiempo con detección de portadora (CSTDMA) VHF, ambos alternando como receptor de llamada selectiva digital (DSC) VHF, y una antena activa GPS. Aunque el formato de salida de datos admite información de rumbo, en general las unidades no están interconectadas a 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 RS-232 y/o NMEA. Para evitar la sobrecarga del ancho de banda disponible, la potencia de transmisión está restringida a 2 W, lo que proporciona un alcance de aproximadamente 5 a 10 millas.
Se definen cuatro mensajes para las unidades de clase B:
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 (perdiendo así mensajes en el otro canal, pero a un precio reducido). En general, emitirán datos RS-232, NMEA , USB o UDP para su visualización en trazadores de cartas electrónicos o computadoras. Además de las radios dedicadas, se pueden configurar radios definidas por software para recibir la señal. [42]
AIS utiliza los canales de banda marina asignados globalmente 87 y 88.
AIS utiliza el lado alto del dúplex de dos "canales" de radio VHF (87B) y (88B)
Los canales simplex 87A y 88A utilizan una frecuencia más baja, por lo que no se ven afectados por esta asignación y aún pueden usarse tal como están designados para el plan de frecuencias móviles marítimos .
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 ser transmitidos, los mensajes AIS deben codificarse en formato NRZI ( sin retorno a cero invertido ).
Los mensajes AIS se transmiten mediante modulación GMSK ( gaussiana por desplazamiento mínimo ). 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 en GMSK deben modular la frecuencia del transmisor VHF. El índice de modulación debe ser 0,5.
La velocidad de transmisión es de 9600 bit/s.
Los receptores VHF comunes pueden recibir AIS con el filtrado desactivado (el filtrado destruye los datos GMSK). Sin embargo, la salida de audio de la radio debe decodificarse. Existen varias aplicaciones para PC que pueden hacer esto.
La señal puede viajar un máximo de 75 kilómetros [42]
Como hay una multitud de equipos automáticos que transmiten mensajes AIS, para evitar conflictos, el espacio de RF se organiza en tramas. Cada trama dura exactamente 1 minuto y comienza en cada límite de minutos. Cada trama se divide en 2250 ranuras. Como la transmisión puede realizarse 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 utilizando uno de los siguientes esquemas:
El esquema de acceso ITDMA permite que un dispositivo anuncie con antelación los intervalos de transmisión de caracteres no repetibles. Los intervalos ITDMA deben marcarse de modo que se reserven para una trama adicional. Esto permite que un dispositivo anuncie con antelación sus asignaciones para un funcionamiento autónomo y continuo.
ITDMA se utiliza en tres ocasiones:
RATDMA se utiliza cuando un dispositivo necesita asignar un intervalo que no ha sido anunciado previamente. Esto se hace generalmente para el primer intervalo de transmisión o para mensajes con un carácter no repetible.
FATDMA es utilizado únicamente por estaciones base. Las ranuras asignadas a FATDMA se utilizan para mensajes repetitivos.
Los dispositivos móviles que operan en modo autónomo y continuo utilizan SOTDMA. El objetivo del esquema de acceso es ofrecer un algoritmo de acceso que resuelva rápidamente los conflictos sin intervención de las estaciones de control.
Una ranura AIS tiene una duración 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 entramado se deriva del estándar HDLC , descrito en ISO/IEC 13239:2002.
Cada slot está estructurado de la siguiente manera: <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>
Tenga en cuenta que la señal de la portadora VHF está codificada en NRZI y utiliza bits de relleno para evitar señales de detención no intencionales que, de lo contrario, podrían aparecer en los datos. Por lo tanto, primero se deben decodificar los bits sin procesar y eliminar los bits de relleno para llegar al formato de mensaje utilizable real descrito anteriormente.
Todos los mensajes AIS transmiten tres elementos básicos de información:
La siguiente tabla ofrece un resumen de todos los mensajes AIS utilizados actualmente.
Los equipos AIS intercambian información con otros equipos utilizando sentencias NMEA 0183 .
El estándar NMEA 0183 utiliza dos oraciones principales para los datos AIS
Mensaje AIS estándar NMEA 0183 típico :!AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sd<L9i:a;WF>062D,0*7D
En orden:
!AIVDM: El tipo de mensaje NMEA, otros mensajes del dispositivo NMEA están restringidos 1 Número de oraciones (algunos mensajes necesitan más de una, el máximo generalmente es 9)1 Número de oración (1 a menos que sea un mensaje de varias oraciones) El espacio en blanco es el ID del mensaje secuencial (para mensajes de varias oraciones)A El canal AIS (A o B), para transpondedores de doble canal debe coincidir con el canal utilizado14eG;... Los datos AIS codificados, utilizando AIS-ASCII60* Fin de datos, número de bits no utilizados al final de los datos codificados (0-5)Suma de comprobación NMEA 7D (estándar NMEA 0183 CRC16)
El uso de AIS es obligatorio para los buques de clase A y ampliamente utilizado por los buques de clase B, por lo que debe transmitirse en un sistema de código abierto en canales de radio designados para uso marítimo. [43] En particular, en la banda móvil marítima VHF, que está designada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones como la que abarca 156 y 174 MHz. [44] El intercambio de datos en frecuencias de radio abiertas hace que los servicios AIS sean vulnerables a transmisiones maliciosas, incluidas la suplantación de identidad, el secuestro y la interrupción de la disponibilidad. [43]
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 (se estima que hay más de 300.000). [45] [46] [47] [48]
Los sitios web de monitoreo de barcos disponibles al público dependen de fuentes de datos en gran parte no autenticadas provenientes de una red de receptores AIS operada 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 ligeramente más complejos como SDR . Sin embargo, las comunicaciones de barco a barco se envían mediante transpondedores de clase B que están certificados para proporcionar únicamente la posición GPS desde el receptor integrado, por lo que eludir estos mensajes requeriría falsificación de SDR o GPS . [49]
Los servicios AIS incluyen estaciones base administradas por el gobierno que operan sistemas de tráfico de buques (VTS) y cobertura de vigilancia costera. [50] AIS es vulnerable a ataques que sobrecargan franjas horarias enviando señales AIS falsas o generando señales de socorro falsas. [50] Los barcos que experimentan congestión de su equipo calibrado AIS a bordo pueden utilizar dispositivos de ayuda a la navegación alternativos (AtoN), que determinan la posición del barco y la seguridad de su curso. [50] Sin embargo, los AtoN virtuales son más susceptibles a la suplantación de identidad que los AtoN físicos. [50] Los actores han interferido con las transmisiones AIS mediante interferencias, suplantación de identidad o meaconización.
Los inhibidores son dispositivos de baja potencia que transmiten señales GPS en las mismas frecuencias que otras señales GPS o AIS para interrumpir u ocultar la transmisión en la misma frecuencia. [51] En octubre de 2022, un ataque de interferencia cerca del Puente del Gran Belt de Dinamarca (en danés: Storebæltsbroen) interrumpió las transmisiones de los barcos durante 10 minutos. [52] Un total de nueve barcos en un rango de 50 por 30 km se vieron afectados y no pudieron transmitir señales AIS o GPS. [52] Los barcos afectados incluían cuatro buques de carga, dos transbordadores y el “Nymfen P524”, un buque patrullero danés que en ese momento escoltaba a dos buques de guerra rusos, el “Stoikiy 545” y el “Soobrazitelny 531”. [52]
Se ha observado el uso de suplantación de AIS en ejercicios navales. En diciembre de 2019, un incidente de “explosión” de AIS cerca de la isla de Elba generó miles de señales AIS falsas de buques navales con bandera holandesa que aparecieron en el transcurso de 24 minutos divididos en tres intervalos: tres minutos para el primer ataque, 4 minutos para el segundo ataque; y solo unos segundos para el tercero. [53] Los sistemas AIS pueden aliviar la congestión al reducir la distancia de las transmisiones recibidas. [53] Sin embargo, esta congestión no se resolvió de inmediato, ya que todas las señales falsas se generaron en un radio de 11 millas náuticas. [53] Un estudio de 2021 de Androjna, et al. atribuye la suplantación a un ejercicio de guerra electrónica naval, dado que el error de fluctuación y los niveles de RSSI de los mensajes falsificados coincidían con los de los buques de guerra reales. [54]
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 Crimea anexada mientras los barcos estaban amarrados de manera segura en Odesa , según numerosas transmisiones en vivo de cámaras web del puerto y testigos, lo que implicaba que una parte desconocida inyectó datos AIS falsificados en el sistema. [55] Unos días después, el 22 y 23 de junio, los barcos salieron de Odesa y de hecho navegaron por la costa de Crimea, y Rusia acusó a la flota de violar su territorio, mientras que el mando del Reino Unido insistió en que los barcos navegaban en aguas internacionales. [56]
En marzo de 2021, las fuerzas armadas suecas registraron un incidente similar, cuyos barcos fueron presentados incorrectamente por el AIS como si estuvieran navegando en aguas rusas cerca de Kaliningrado . [57]
En julio de 2021, el investigador Bjorn Bergman encontró casi 100 conjuntos de datos AIS falsificados entre septiembre de 2020 y agosto de 2021, y casi todos ellos eran buques de guerra falsos de la OTAN y Europa. [58] Dijo que los datos aparecían en el sistema como si hubieran sido recibidos por receptores terrestres (no por satélite), lo que le llevó a creer que los datos no se estaban introduciendo mediante transmisiones de radio falsas, sino que se estaban inyectando en los flujos de datos utilizados por los sitios web AIS. [58] Todd Humphreys, director del Laboratorio de Radionavegación de la Universidad de Texas en Austin, afirmó 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". [58]
La suplantación de AIS también se ha utilizado para influir y promover objetivos geopolíticos estatales. En 2019, actores estatales iraníes falsificaron señales AIS para obligar a un petrolero británico, el Stena Impero, a navegar hacia aguas iraníes, donde fue incautado y utilizado como moneda de cambio en negociaciones de intercambio. [59]
El uso de la suplantación de AIS no se limita a fines militares o políticos. Los datos marítimos muestran más de 500 casos de barcos que manipulan sus sistemas de navegación por satélite para ocultar su ubicación. Su uso va desde flotas pesqueras chinas que ocultan operaciones en aguas protegidas, petroleros que ocultan escalas en puertos petroleros iraníes, buques portacontenedores que ocultan viajes en Oriente Medio y, según se informa, también contrabando de armas y drogas. [60]
Entre 2008 y 2018, los actores del Océano Austral disfrazaron operaciones de pesca ilegal manipulando el registro del buque “Andrey Dolgov” y transmitiendo hasta 100 señales AIS simultáneas e idénticas para ocultar la ubicación del barco. [61]
En marzo de 2021, una investigación del Consejo de Seguridad de las Naciones Unidas sobre las evasiones de sanciones por parte de la República Popular Democrática de Corea concluyó que buques sin bandera entregaron productos petrolíferos refinados a la RPDC entre mayo y octubre de 2020. [62] Las imágenes satelitales del 8 de julio de 2020 registraron a uno de los buques investigados, el An Ping, entregando petróleo refinado no declarado en Nampo (Corea del Norte). [62] Entre junio y julio de 2020, durante el período de entrega, el buque no transmitió señales AIS. [62]
Los dispositivos Meaconing interceptan, graban y reproducen señales AIS auténticas. [63] A diferencia de los dispositivos de interferencia, los usuarios pueden transmitir intencionalmente en frecuencias y horarios elegidos. [63] Sin embargo, Meaconing no puede falsificar los datos de transmisión y solo tiene capacidad para reproducir transmisiones anteriores. [63] Las señales pregrabadas transmitidas por dispositivos Meaconing engañan a las terminales para que procesen la señal recibida como una indicación de que un buque se encuentra en ese mismo momento en el lugar donde se registró la señal por primera vez. [63]
Los transmisores y receptores pueden proteger los sistemas de navegación de los barcos contra ataques AIS al equipar los dispositivos con protocolos que autentican las señales enviadas y validan las señales recibidas. [64]
Existe una creciente cantidad de literatura sobre métodos para explotar 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, enrutamiento meteorológico, estimación de la refractividad atmosférica y muchos más [72] [73] [74] [75]
{{cite book}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite web}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Su búsqueda encontró casi cien conjuntos de mensajes de múltiples proveedores de datos AIS, que se remontan al pasado mes de septiembre y abarcan miles de millas. Más preocupante aún es que los barcos afectados eran casi exclusivamente buques militares de países europeos y de la OTAN, incluidos al menos dos submarinos nucleares estadounidenses. ... Bergman no ha encontrado ninguna evidencia que vincule directamente la avalancha de pistas AIS falsas con ningún país, organización o individuo. Pero son consistentes con las tácticas rusas, dice Todd Humphreys, director del Laboratorio de Radionavegación de la Universidad de Texas en Austin. ... Apenas dos días después de que se falsificara la pista AIS del HMS Defender, las fuerzas rusas supuestamente dispararon tiros de advertencia al destructor durante un tránsito cerca de la costa de Crimea. "Imaginemos que esos disparos dieran en el blanco y Rusia afirmara haber demostrado que los barcos de la OTAN estaban operando en sus aguas", dice Humphreys. "Occidente podría protestar, pero mientras Rusia pueda inundar el sistema con suficiente desinformación, podrá provocar una situación en la que no esté claro que su agresión haya sido incorrecta. Les encanta operar en ese tipo de territorio nebuloso".