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 Satélite-AIS (S-AIS). La información AIS complementa el radar marino , que sigue siendo el principal método para evitar colisiones en el transporte acuático. [ cita necesaria ] Aunque técnica y operativamente 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 identificación única, posición , rumbo y 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 un buque y permitir a las autoridades marítimas rastrear y monitorear los movimientos del buque. 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 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 equipados con receptores AIS especiales que son capaces de eliminar conflictos de un gran número de firmas.
El Convenio Internacional para la Seguridad de la Vida Humana en el Mar de la Organización Marítima Internacional exige que se instale AIS a bordo de barcos de viajes internacionales con 300 o más tonelaje bruto (GT) y en todos los barcos de pasajeros, independientemente de su tamaño. [1] Por diversas razones, los barcos pueden apagar sus transceptores AIS. [2]
El objetivo principal del AIS es permitir a los barcos ver el tráfico marítimo en su zona 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 únicamente con receptores, de modo que puedan ver el tráfico local sin 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 VHF , entre 10 y 20 millas náuticas.
Si no hay un trazador de navegación adecuado disponible, las señales del transceptor AIS de área local se pueden ver a través de una computadora usando una de varias aplicaciones informáticas como ShipPlotter, GNU AIS u OpenCPN . Estos demodulan la señal de un radioteléfono marino VHF modificado sintonizado con 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 aún estarán 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 que embarcaciones más pequeñas vean la información local. tráfico pero, por supuesto, el usuario permanecerá invisible 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 necesidad de un receptor AIS. Los datos globales de transceptores AIS recopilados de estaciones costeras tanto satelitales como conectadas a Internet 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 acceso a 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, 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 archivos, suelen tener un coste. Los datos son una vista de solo lectura y los usuarios no serán vistos 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. [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 despachadores de carga utilizan estos servicios para encontrar y rastrear embarcaciones y sus cargas, mientras que los entusiastas del mar pueden ampliar sus colecciones de fotografías. [5]
En el nivel más simple, AIS opera entre pares de transceptores de radio, uno de los cuales siempre está a bordo de un barco. El otro puede estar a bordo de un barco, en tierra (terrestre) o en un satélite. Respectivamente, estos representan la operación de barco a barco, de barco a costa y de barco a satélite y siguen en 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 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 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 Clase B de bajo costo estuvieron disponibles el mismo año, lo que provocó la adopción de mandatos por parte de numerosos países y hizo comercialmente viable la instalación a gran escala de dispositivos AIS en embarcaciones de todos los tamaños. [ cita necesaria ]
Desde 2006, los comités de normas técnicas AIS han seguido evolucionando la norma AIS y los tipos de productos para cubrir una amplia gama de aplicaciones, desde los buques más grandes hasta los pequeños buques pesqueros y botes salvavidas. Paralelamente, los gobiernos y las autoridades han impulsado proyectos para equipar a distintas clases de embarcaciones con un dispositivo AIS para mejorar la seguridad. La mayoría de los mandatos se centran en embarcaciones comerciales, y las embarcaciones de recreo eligen selectivamente adaptarse. En 2010, la mayoría de los buques comerciales que operaban en las vías navegables interiores europeas debían equiparse con una certificación de Clase A para vías navegables interiores, todos los barcos pesqueros de la UE de más de 15 m debían tener una Clase A antes de mayo de 2014, [6] y EE.UU. tiene una extensión pendiente desde hace mucho tiempo para sus normas AIS existentes se ajustan a las normas que se espera entren en vigor durante 2013. Se estima que en 2012, unos 250.000 buques han instalado un transceptor AIS de algún tipo, y se necesitará un millón más para hacerlo en un futuro próximo e incluso proyectos más grandes bajo consideración. [ cita necesaria ] 1
AIS se desarrolló en la década de 1990 como una red de seguimiento e identificación de alta intensidad y corto alcance. Los transceptores AIS a bordo y terrestres tienen un alcance horizontal que es muy variable, pero normalmente sólo hasta unos 74 kilómetros (46 millas). Las limitaciones aproximadas de propagación en la línea de visión significan que el AIS terrestre (T-AIS) se pierde más allá de las aguas costeras.[7] Además de los transceptores operados por autoridades marítimas y portuarias, también existe una gran red de transceptores de propiedad privada.
En la década de 1990 no se preveía 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 satelitales y, desde 2008, empresas como L3Harris , exactitudEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire y también programas gubernamentales han implementado receptores AIS en satélites. El esquema de acceso radioeléctrico de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) utilizado por el sistema AIS crea importantes problemas técnicos 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 satelitales a mensajes de Clase A mejore dramáticamente con la adición de mensajes de Clase B y de Identificador.
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 al 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 superado por las grandes huellas de recepción de satélite y el creciente número de transceptores AIS, lo que resulta en colisiones de mensajes que el receptor de satélite no puede procesar. . Empresas como exactitudEarth están desarrollando nuevas tecnologías como ABSEA, que se integrarán en transceptores terrestres y satelitales, 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 satelitales Clase A y B podría permitir una cobertura AIS verdaderamente global pero, debido a que las limitaciones TDMA basadas en satélites nunca igualarán el rendimiento de recepción de la red terrestre, los satélites aumentarán en lugar de reemplazar el sistema terrestre.
AIS tiene una transmisión vertical (que horizontal) mucho más larga: hasta la órbita de 400 km de la Estación Espacial Internacional (ISS).
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 fueron construidas en cooperación entre la ESA y el equipo ARISS (Radioaficionado 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 Instituto Noruego de Investigación de Defensa en el marco de la demostración de tecnología para el seguimiento de barcos espaciales. Este es un primer paso hacia un servicio de seguimiento AIS basado en satélites. [8]
En 2009, ORBCOMM lanzó satélites habilitados para AIS junto con un contrato de la Guardia Costera de EE. UU. para demostrar la capacidad de recopilar mensajes AIS desde el espacio. En 2009, Luxspace , 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. [9] A finales de 2011 y principios de 2012, ORBCOMM y Luxspace lanzaron los microsatélites Vesselsat AIS, uno en órbita ecuatorial y el otro en 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 corruptas 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 EE. UU. frente a Hawái en 2010. [12] En julio de 2010, SpaceQuest y exactitudEarth de Canadá anunciaron un acuerdo mediante el cual los datos de AprizeSat-3 y AprizeSat-4 serían incorporado al sistema exactitudEarth y disponible en todo el mundo como parte de su servicio exactitudAIS(TM).
El 12 de julio de 2010, el satélite noruego AISSat-1 fue lanzado 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 nanosatélite que mide sólo 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 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 cubesat de 1U, pesa 800 gramos, desarrollado únicamente 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 Danesa de Seguridad Marítima . Ha sido un gran éxito y en los primeros 100 días descargó 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 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 utilizando 8 satélites. Entre enero de 2017 y enero de 2019, esta red se amplió significativamente a través de una asociación con L3Harris Corporation con 58 cargas útiles alojadas en la constelación Iridium NEXT . [15] Además, exactitudEarth participa 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 habilitados para AIS. Los satélites OG2 ( ORBCOMM Generación 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 barcos y otros esfuerzos de seguridad y navegación marítima, y descargarlas en las dieciséis estaciones terrestres existentes de ORBCOMM alrededor del mundo. globo. [dieciséis]
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 desplegaron 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 con 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. [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. [dieciséis]
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 firmas S-AIS permite al usuario final identificar rápidamente todo tipo 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 más herramientas relacionadas con SAR, como GMDSS SARSAT y AMVER . Los radares satelitales y otras fuentes pueden contribuir a la vigilancia marítima al detectar 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 uso creciente con el tiempo, en algunas zonas costeras (por ejemplo, el Estrecho de Singapur , los megapuertos de China, partes de Japón) hay tantas embarcaciones 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 manera más eficiente, permitiendo treinta y dos veces más ancho de banda para comunicaciones seguras y navegación electrónica. [19] VDES se define en ITU M.2092. [20]
El propósito original del AIS era únicamente evitar colisiones, pero desde entonces se han desarrollado y continúan desarrollándose muchas otras aplicaciones. 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, generalmente 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 periódicamente. Las señales se reciben mediante 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 .
El estándar AIS comprende varios subestándares llamados "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 producto. Los principales tipos de productos descritos en los estándares del sistema AIS son:
Los receptores AIS no están especificados en los estándares AIS porque no transmiten. La principal amenaza a la integridad de cualquier sistema AIS son las transmisiones AIS que no cumplen con las normas, de ahí las especificaciones cuidadosas de todos los dispositivos AIS transmisores. Sin embargo, todos los transceptores AIS transmiten en múltiples canales según lo exigen los estándares AIS. En consecuencia, los receptores monocanal o multiplexados no recibirán todos los mensajes AIS. Sólo los receptores de doble canal recibirán todos los mensajes AIS.
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, garantizando así la interoperabilidad del sistema AIS en todo el mundo. El mantenimiento de la integridad de las especificaciones 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 exigen 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 por AIS requeridas y, por lo tanto, es posible que no funcionen 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 verificación independiente por parte de una agencia de pruebas calificada e independiente.
Hay 27 tipos diferentes de mensajes de nivel superior definidos en ITU M.1371-5 (de una posibilidad de 64) que pueden enviar los transceptores AIS. [34] [35]
Los mensajes AIS 6, 8, 25 y 26 proporcionan "mensajes específicos de aplicación" (ASM), que permiten a las "autoridades competentes" definir subtipos de mensajes AIS adicionales. Hay variantes del mensaje tanto "dirigidas" (ABM) como "difundidas" (BBM). Los mensajes dirigidos, 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 mensajes binarios AIS (tipo de mensaje 8) en Saint Lawrence Seaway para proporcionar información sobre niveles de agua, órdenes de esclusas 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. [36] Alexander, Schwehr y Zetterberg propusieron que la comunidad de autoridades competentes trabaje en conjunto para mantener un registro regional de estos mensajes y sus lugares de uso. [37] La Asociación Internacional de Autoridades de Faros y Ayudas a la Navegación Marítima (IALA-AISM) estableció ahora un proceso para la recopilación de mensajes regionales específicos de aplicaciones. [38]
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 sensores y pantalla a bordo a través de comunicaciones electrónicas marinas estándar (como NMEA 0183 , también conocido como IEC 61162). La sincronización es vital para la sincronización y el mapeo de ranuras (programación de transmisión) adecuados para una unidad Clase A. Por lo tanto, se requiere que cada unidad tenga una base de tiempo interna, sincronizada con un receptor de sistema de navegación global por satélite (por ejemplo, GPS ). [39] Este receptor interno también se puede utilizar para información de posición. Sin embargo, la posición normalmente 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 a bordo a través de conexiones de datos marítimos estándar. Todos los barcos equipados con AIS normalmente proporcionan información de rumbo, posición (latitud y longitud), "velocidad sobre el fondo" y velocidad de giro. También se puede proporcionar otra información, como el destino y la ETA .
Un transceptor AIS normalmente funciona en modo autónomo y continuo, 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 de desplazamiento mínimo gaussiano (GMSK) de 9,6 kbit/s en canales de 25 kHz utilizando el control de enlace de datos de alto nivel (HDLC). ) protocolo de paquetes. Aunque sólo es necesario un canal de radio, cada estación transmite y recibe a través de 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 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 renunciada para su uso en embarcaciones 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. [41]
Para hacer un uso más eficiente del ancho de banda disponible, los buques que están anclados o que se mueven lentamente transmiten con menos frecuencia que aquellos que se mueven más rápido o están maniobrando. La velocidad de actualización oscila entre 3 minutos para embarcaciones ancladas o amarradas, y 2 segundos para embarcaciones que se mueven o maniobran rápidamente, siendo este último similar al de los radares marinos convencionales.
Cada estación AIS determina su propio horario de transmisión (intervalo), basándose en el historial de tráfico del enlace de datos y en el conocimiento de probables acciones futuras de otras estaciones. Un informe de posición de una estación encaja en una de las 2.250 franjas horarias establecidas cada 60 segundos en cada frecuencia. Las estaciones AIS se sincronizan continuamente entre sí para evitar la superposición de transmisiones por intervalos. La selección de espacios 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 ranura, anuncia tanto la nueva ubicación como el tiempo de espera para esa ubicación. De esta manera, estos barcos siempre recibirán nuevas emisoras, incluidas aquellas que de repente se encuentran dentro del alcance de radio cerca de otros barcos.
La capacidad de notificación del barco requerida según el estándar 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 % compartiendo ranuras y aún así proporciona casi un 100 % de rendimiento para barcos que se encuentran a una distancia inferior a 8 a 10 millas náuticas entre sí en un modo de barco a barco. En caso de sobrecarga del sistema, sólo los objetivos más alejados estarán sujetos a abandono, para dar preferencia a los objetivos más cercanos, que son de mayor preocupación para los operadores de buques. En la práctica, la capacidad del sistema es casi ilimitada, lo que permite albergar un gran número de barcos 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 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 llegar a las curvas y detrás de las islas si las masas de tierra no son demasiado altas. La distancia de anticipación en el mar es nominalmente de 37 km (20 millas náuticas). Con la ayuda de estaciones repetidoras se puede mejorar considerablemente la cobertura tanto de las estaciones de barco como de las VTS.
El sistema es compatible con los sistemas de llamadas selectivas digitales, lo que permite que los sistemas GMDSS en tierra establezcan de manera económica canales operativos AIS e identifiquen y rastreen embarcaciones equipadas con AIS, y está destinado a reemplazar completamente los sistemas transceptores basados en DSC existentes. [ cita necesaria ]
Actualmente se están construyendo en todo el mundo sistemas de redes AIS en tierra. Uno de los mayores sistemas totalmente operativos y en tiempo real con capacidad total de enrutamiento se encuentra en China. Este sistema fue construido entre 2003 y 2007 y fue entregado por Saab TranspondereTech. [ cita necesaria ] Toda la costa china está cubierta con aproximadamente 250 estaciones base en configuraciones de espera activa, incluidos 70 servidores informáticos en tres regiones principales. Cientos de usuarios en tierra, incluidos unos 25 centros de servicios de tráfico marítimo (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 de los buques y las instalaciones portuarias. También está diseñado según 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 un nuevo estándar mundial para estaciones base AIS, el estándar IEC 62320-1. La antigua recomendación de la IALA y el nuevo estándar 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 creadores de sistemas deben actualizar el software para adaptarlo al nuevo estándar. Se esperaba desde hace mucho tiempo 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 se espera reduzca la cantidad de colisiones de paquetes.
Un transceptor AIS envía los siguientes datos cada 2 a 10 segundos dependiendo de la velocidad de la embarcación mientras está en navegación, y cada 3 minutos mientras la embarcación está anclada:
Además, cada 6 minutos se retransmiten 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 VHF de acceso múltiple por división de tiempo con detección de portadora (CSTDMA), ambos alternos como receptor VHF de llamada selectiva digital (DSC), y una antena activa GPS. Aunque el formato de salida de datos admite información de rumbo, en general las unidades no están conectadas 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 formato RS-232 y/o NMEA. Para evitar la sobrecarga del ancho de banda disponible, la potencia de transmisión se restringe a 2 W, lo que da un alcance de aproximadamente 5 a 10 millas.
Se definen cuatro mensajes para 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, generarán datos RS-232, NMEA , USB o UDP para mostrarlos en trazadores de gráficos electrónicos o en computadoras. Además de las radios dedicadas, se pueden configurar radios definidas por software para recibir la señal. [42]
AIS utiliza los canales 87 y 88 de Marine Band asignados globalmente .
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 según lo designado para el plan de frecuencia móvil marítima .
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 sin retorno a cero invertido (NRZI).
Los mensajes AIS se transmiten mediante modulación Gaussiana de desplazamiento mínimo (GMSK). El modulador GMSK del producto BT 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 velocidad de transmisión de bits es de 9600 bit/s.
Los receptores VHF comunes pueden recibir AIS con el filtrado desactivado (el filtrado destruye los datos GMSK). Sin embargo, luego sería necesario decodificar la salida de audio de la radio. Existen varias aplicaciones para PC que pueden hacer esto.
La señal puede viajar un máximo de 75 kilómetros [42]
Como existen 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 minuto. Cada cuadro se divide en 2250 espacios. Como la transmisión puede realizarse en 2 canales, hay 4500 espacios 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 previamente intervalos de transmisión de carácter no repetible; los intervalos ITDMA deben marcarse de manera que queden reservados 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:
RATDMA se utiliza cuando un dispositivo necesita asignar una ranura que no ha sido anunciada previamente. Esto generalmente se hace para el primer intervalo de transmisión o para mensajes de carácter no repetible.
FATDMA sólo lo utilizan las estaciones base. Las ranuras asignadas por FATDMA se utilizan para mensajes repetitivos.
SOTDMA es utilizado por dispositivos móviles que funcionan en modo autónomo y continuo. El propósito del esquema de acceso es ofrecer un algoritmo de acceso que resuelva rápidamente los conflictos sin la intervención de las estaciones de control.
Una ranura AIS tiene una longitud de 26,66 ms. La modulación de datos es de 9600 bit/s, por lo que cada slot tiene una capacidad máxima de 256 bits. El marco 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 en la portadora VHF está codificada con NRZI y utiliza relleno de bits para evitar banderas de parada involuntarias 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 real utilizable descrito anteriormente.
Todos los mensajes AIS transmiten 3 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 mediante sentencias NMEA 0183 .
El estándar NMEA 0183 utiliza dos frases principales para los datos AIS
Mensaje AIS típico del estándar NMEA 0183 :!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)
AIS fue diseñado como un estándar intencionalmente abierto [43] y debido a la naturaleza no autenticada y no cifrada de AIS, recientemente Balduzzi, Pasta, Wilhoit et al. demostró que AIS es vulnerable a diferentes amenazas como suplantación de identidad, secuestro e 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). [44] [45] [46] [47]
Los sitios web de monitoreo de barcos disponibles públicamente dependen en gran medida de datos no autenticados 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 usando equipos un poco más complejos como SDR . . Sin embargo, las comunicaciones entre barcos 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 SDR o suplantación de GPS . [43]
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 Odesa , según numerosas transmisiones de cámaras web del puerto en vivo y testigos, lo que implicaba que eso era falsificado. Un desconocido inyectó datos AIS en el sistema. [48] Unos días más tarde, los días 22 y 23 de junio, los barcos abandonaron Odesa y de hecho navegaron por la costa de Crimea, mientras Rusia acusaba a la flota de violar su territorio, mientras que el mando del Reino Unido insistía en que los barcos navegaban en aguas internacionales. [49]
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 . [50]
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 europeos y de la OTAN falsificados. [51] Dijo que los datos aparecían en el sistema como si hubieran sido recibidos por receptores terrestres (no satelitales), lo que le llevó a creer que los datos no están siendo introducidos mediante transmisiones de radio falsas, sino más bien inyectados en los flujos de datos. utilizado por los sitios web de AIS. [51] Todd Humphreys, director del Laboratorio de Radionavegación de la Universidad de Texas en Austin, afirmó que "Aunque 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". ". [51]
El uso de la suplantación de identidad del AIS no se limita a fines militares. Los datos marítimos mostraron más de 500 casos de barcos que manipularon sus sistemas de navegación por satélite para ocultar su ubicación. Su uso abarcó desde flotas pesqueras chinas que ocultaban operaciones en aguas protegidas, petroleros que ocultaban escalas en puertos petroleros iraníes, portacontenedores que ocultaban viajes en Medio Oriente y, según se informa, también contrabando de armas y drogas. [52]
Existe un creciente cuerpo de literatura sobre métodos de explotación de datos AIS para la seguridad y optimización de la navegación marítima, a saber, análisis de tráfico , detección de anomalías, extracción y predicción de rutas, detección de colisiones, planificación de rutas, rutas meteorológicas, estimación de refractividad atmosférica y muchos más [53] [54] [55] [56]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Su búsqueda encontró casi cien conjuntos de mensajes de múltiples proveedores de datos AIS, que se remontaban al pasado mes de septiembre y abarcaban miles de kilómetros.
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 el seguimiento AIS del HMS Defender, las fuerzas rusas supuestamente dispararon tiros de advertencia contra el destructor durante un tránsito cerca de la costa de Crimea.
"Imagínese que esos disparos dieron en el blanco y Rusia afirmó que mostraban que barcos de la OTAN estaban operando en sus aguas", dice Humphreys.
"Occidente podría protestar, pero mientras Rusia pueda inundar el sistema con suficiente desinformación, puede provocar una situación en la que no esté claro que su agresión estuvo mal. Les encanta operar en ese tipo de territorio nebuloso".