Sistema de identificación automática

El Acuerdo SOLAS de la OMI de 2002 incluyó una disposición que exigía que la mayoría de los buques de más de 300 GT que realizaran viajes internacionales instalaran un transceptor AIS de clase A. Esta fue la primera disposición sobre 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 crear un dispositivo AIS más sencillo y económico. Los transceptores Clase B de bajo costo estuvieron disponibles ese mismo año, lo que impulsó su adopción obligatoria en numerosos países e hizo 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 del AIS han seguido desarrollando el estándar y los tipos de productos AIS para cubrir una amplia gama de aplicaciones, desde los buques más grandes hasta los pequeños barcos de pesca y botes salvavidas. Paralelamente, gobiernos y autoridades han impulsado proyectos para equipar diversas clases de embarcaciones con un dispositivo AIS para mejorar la seguridad. La mayoría de las normativas se centran en buques comerciales, mientras que los buques de recreo optan selectivamente por equiparlos. En 2010, la mayoría de los buques comerciales que operaban en las vías navegables interiores europeas debían equipar un dispositivo A certificado para vías navegables interiores; todos los barcos de pesca de la UE de más de 15 m debían tener un dispositivo A certificado para mayo de 2014, ^{[ 7 ]} y Estados Unidos tiene una extensión pendiente de sus normas de equipamiento AIS vigentes, que se espera que entre en vigor durante 2013. Se estima que, a partir de 2012, unos 250.000 buques habían equipado algún tipo de transceptor AIS, y se prevé que un millón más lo hagan en un futuro próximo, e incluso se están considerando proyectos de mayor envergadura. 1

T-AIS se refiere a la comunicación entre buques y entre buques y estaciones terrestres cercanas a la costa. El alcance de T-AIS está limitado aproximadamente por la línea de visión, generalmente a un máximo de unos 74 kilómetros (46 millas) , y para una estación terrestre se pierde la visibilidad más allá de las aguas costeras. ^{[ 8 ]} Además de los transceptores operados por las autoridades portuarias y marítimas, también existe una amplia red de transceptores de propiedad privada. 

El sistema T-AIS es suficiente para evitar colisiones entre buques, pero no permite la recopilación exhaustiva de datos AIS globales.

En la década de 1990, no se preveía que el AIS fuera detectable desde el espacio. Sin embargo, el AIS tiene un alcance vertical mucho mayor que el horizontal y puede ser recibido por satélites en órbita terrestre baja a altitudes superiores a 500 km. La reutilización de frecuencias por parte de emisores que no se ven entre sí en la superficie, pero que simultáneamente están a la vista de un satélite, constituye el principal desafío técnico para la recepción fiable de mensajes AIS por satélite. En otras palabras, el área de detección de un satélite es mucho mayor que el tamaño de la celda de la red AIS. El S-AIS podría permitir una cobertura AIS verdaderamente global, pero debido a sus limitaciones, nunca igualará el rendimiento de recepción ni la latencia casi nula de la red terrestre. Los satélites complementan, no reemplazan, el sistema terrestre.

Desde 2005, diversas 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 desplegado receptores AIS en satélites.

Los dos nanosatélites nCube construidos por estudiantes universitarios noruegos (nCube-2, lanzado el 27 de octubre de 2005, y nCube-1, lanzado el 26 de julio de 2006) fueron un fracaso. Su objetivo era rastrear barcos y un reno equipado con AIS .

El 16 de diciembre de 2006, se lanzó el TacSat-2 del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea , convirtiéndose en el primer satélite en capturar con éxito señales AIS. Contaba con una antena de matriz en fase . ^{[ 9 ] [ 11 ]}

El 29 de julio de 2009, SpaceQuest lanzó AprizeSat -3 y AprizeSat-4. Ambos entraron en servicio una hora después de la separación y comenzaron a recopilar datos en su segunda órbita. En los primeros 160 minutos, se capturaron 200 000 mensajes AIS. ^{[ 12 ]} Pudieron recibir las balizas de prueba SART de la Guardia Costera de EE. UU. frente a Hawái en 2010. ^{[ 13 ]} 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 estarían disponibles en todo el mundo como parte de su servicio exactAIS™.

El 1 de junio de 2010, el receptor SDR NORAIS a bordo de la Estación Espacial Internacional (apogeo: 422 km) se activó y demostró ser un éxito: en un día típico, se recibieron 400 000 informes de posición de 22 000 remitentes. Un informe de octubre de 2011 indicó un total de 110 millones de mensajes recibidos de 82 000 números MMSI únicos. NORAIS-1 había recibido un total de 350 millones de mensajes AIS de 142 000 naves únicas durante 213 semanas de funcionamiento cuando fue reemplazado por la actualización de hardware NORAIS-2 el 1 de febrero de 2015. NORAIS-2 podía recibir los cuatro canales AIS simultáneamente.

En 2009, ORBCOMM lanzó satélites habilitados para AIS en conjunto con un contrato de la Guardia Costera de 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. ^{[ 14 ]} 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 ).

El 12 de julio de 2010, el nanosatélite noruego AISSat-1, de órbita terrestre baja, fue lanzado con éxito como carga útil secundaria a una órbita polar. El propósito del satélite era mejorar la vigilancia de las actividades marítimas en el Ártico . ^{[ 15 ] [ 16 ]} El AISSat-2 fue lanzado el 8 de julio de 2014 con los mismos parámetros de misión y permaneció en servicio hasta octubre de 2023. El vehículo de lanzamiento del AISSat-3 falló el 28 de noviembre de 2017. El lanzamiento del AISSat-4 está previsto para 2026.

El 20 de abril de 2011, la Organización India de Investigación Espacial (ISRO) lanzó el satélite Resourcesat-2, equipado con una carga útil S-AIS para el monitoreo del 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 Indio de Datos de Ciencias Espaciales .

El 25 de febrero de 2013, tras un año de retraso en su lanzamiento, la Universidad de Aalborg puso en marcha AAUSAT3 . Se trata de un nanosatélite 1U , con un peso de 800 gramos, desarrollado íntegramente por estudiantes del Departamento de Sistemas Electrónicos. Incorpora 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 sus 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 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 gracias a una colaboración con L3Harris Corporation, con 58 cargas útiles alojadas en la constelación Iridium NEXT . ^{[ 17 ]} Además, exactEarth participa en el desarrollo de la tecnología ABSEA, que permitirá a su red detectar de forma fiable una alta proporción de mensajes de tipo Clase B, así como de Clase A.

ORBCOMM opera una red global de satélites que incluye 18 satélites con capacidad 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 buques equipados con AIS para el seguimiento de buques y otras actividades de navegación y seguridad marítima, y ​​descargan los datos en las dieciséis estaciones terrestres existentes de ORBCOMM en todo el mundo. ^{[ 18 ]}

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 receptora 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 capacidad 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. ^{[ 18 ]} 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. ^{[ 18 ]}

En agosto de 2017, Spire Global Inc. lanzó una API que proporciona datos S-AIS mejorados con aprendizaje automático (Vessels y Predict) respaldados por su constelación de más de 40 nanosatélites. ^{[ 19 ]}

La constelación de satélites HawkEye 360 ​​procesa la información del sector aéreo (AIS) como parte de sus productos de inteligencia geoespacial por radiofrecuencia (RF) .

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 esta razón se ha desarrollado el Sistema de Intercambio de Datos VHF (VDES): ^{[ 20 ]} operará en nuevas frecuencias adicionales y las utilizará de manera más eficiente, lo que permitirá treinta y dos veces más ancho de banda para comunicaciones seguras y navegación electrónica. ^{[ 21 ]} El VDES está definido en la UIT M.2092. ^{[ 22 ]}

Los transceptores AIS transmiten automáticamente información, como su posición, velocidad y estado de navegación, a intervalos regulares mediante un transmisor VHF integrado. La información proviene de los sensores de navegación del buque, generalmente su receptor del sistema global de navegación por satélite (GNSS) y su girocompás . Otra información, como el nombre del buque y el indicativo de llamada VHF, se programa durante la instalación del equipo y también se transmite periódicamente. Las señales son recibidas por transceptores AIS instalados en otros buques o en sistemas terrestres, como los sistemas VTS. La información recibida se puede visualizar en una pantalla o plotter, mostrando la posición de los demás buques de forma similar a una pantalla de radar. Los datos se transmiten (un emisor a cada receptor interesado) y el acceso múltiple (para evitar colisiones) se gestiona mediante SOTDMA .

La norma AIS comprende varias subnormas denominadas "tipos" que especifican tipos de productos individuales. Los principales tipos de productos descritos en las normas del sistema AIS son:

Clase A

Transceptor AIS montado en buque que funciona mediante SOTDMA. Diseñado para grandes buques comerciales, SOTDMA requiere que el transceptor mantenga un mapa de ranuras actualizado constantemente en su memoria, de modo que conozca de antemano las ranuras disponibles para transmitir. Los transceptores SOTDMA anuncian previamente su transmisión, reservando así su ranura de transmisión. Por lo tanto, las transmisiones SOTDMA tienen prioridad dentro del sistema AIS. Esto se logra mediante dos receptores en funcionamiento continuo. Las unidades de Clase A deben tener una pantalla integrada, transmitir a 12,5  W, capacidad de interfaz con múltiples sistemas del buque y ofrecer una sofisticada selección de características y funciones. La frecuencia de transmisión predeterminada es de unos pocos segundos. Los dispositivos compatibles con el tipo AIS Clase A reciben todo tipo de mensajes AIS. ^{[ 26 ]}

Clase B

Actualmente existen dos especificaciones distintas de la OMI para los transceptores de Clase B (destinados a los 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 la 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), ^{[ 30 ]} los transceptores escuchan el mapa de ranuras inmediatamente antes de transmitir y buscan una ranura donde el "ruido" en la ranura sea igual (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 requiere tener una pantalla integrada: las unidades de 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 cartas. La tasa de transmisión predeterminada es normalmente cada treinta segundos, pero esto 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 . El equipo Clase B "CS" recibe todo tipo de mensajes AIS.

El nuevo sistema SOTDMA Clase B "SO", ^{[ 31 ]} a veces denominado Clase B/SO o Clase B+, ^{[ 32 ] [ 33 ]} utiliza el mismo algoritmo de búsqueda de ranura 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 siempre podrá transmitir. La tecnología Clase B "SO" también cambiará su tasa de transmisión dependiendo de la velocidad a la que vaya la embarcación, hasta cada cinco segundos por encima de 23 nudos, en lugar de la tasa constante de cada treinta segundos en la Clase B "CS". ^{[ 34 ]} 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". ^{[ 32 ] [ 35 ]}

Estación base

Transceptor AIS terrestre (transmisión y recepción) que funciona mediante SOTDMA. Las estaciones base cuentan con un conjunto complejo de funciones que, según el estándar AIS, permiten controlar el sistema AIS y todos los dispositivos que operan en él. Permite consultar el estado de los transceptores individuales y/o realizar cambios en la frecuencia de transmisión.

Ayudas a la navegación (AtoN)

Transceptor terrestre o de boya (transmisor y receptor) que funciona mediante acceso múltiple por división de tiempo de acceso fijo (FATDMA). Diseñado para recopilar y transmitir datos relacionados con las condiciones marítimas y meteorológicas, así como para retransmitir mensajes AIS y ampliar la cobertura de la red.

Transceptor de búsqueda y rescate (SART)

Dispositivo AIS especializado, creado como baliza de emergencia, que opera mediante acceso múltiple por división de tiempo con preanuncio (PATDMA), también conocido como "SOTDMA modificado". El dispositivo selecciona aleatoriamente una ranura para transmitir y envía una ráfaga de ocho mensajes por minuto para maximizar la probabilidad de una transmisión exitosa. Se requiere un SART para transmitir hasta un máximo de cinco millas y emite 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 ejerce presión sobre el mapa de ranuras.

Transceptores AIS especializados

A pesar de que la OMI/IEC ha publicado especificaciones AIS, varias autoridades han permitido y fomentado el desarrollo de dispositivos AIS híbridos. Estos dispositivos buscan mantener la integridad de la estructura y el diseño de transmisión AIS básicos para garantizar la fiabilidad operativa, pero incorporan una serie de características y funciones adicionales que se adaptan a sus necesidades específicas. El transceptor AIS "Identifier" es un ejemplo de este tipo de producto. Su tecnología CSTDMA de Clase B está diseñada para garantizar que el dispositivo transmita en total conformidad con las especificaciones de la OMI, pero se le han realizado varias modificaciones para que funcione con batería, sea económico y más fácil de instalar y desplegar a gran escala. Estos dispositivos no contarán con la certificación internacional de la OMI, ya que cumplirán solo con una parte de la especificación pertinente. Por lo general, las autoridades realizarán su propia evaluación técnica detallada y pruebas para garantizar que el funcionamiento básico del dispositivo no perjudique el sistema AIS internacional.

Los receptores AIS no están especificados en las normas AIS, ya que no transmiten. La principal amenaza para la integridad de cualquier sistema AIS son las transmisiones AIS que no cumplen con las normas; por lo tanto, es fundamental especificar cuidadosamente todos los dispositivos AIS transmisores. Sin embargo, todos los transceptores AIS transmiten en múltiples canales, tal como lo exigen las normas AIS. En consecuencia, los receptores de un solo canal o multiplexados no recibirán todos los mensajes AIS. Solo los receptores de doble canal recibirán todos los mensajes AIS.

El AIS es una tecnología desarrollada bajo los auspicios de la OMI por sus comités técnicos. Estos comités han desarrollado y publicado una serie de especificaciones de productos AIS. Cada especificación define un producto AIS específico, cuidadosamente diseñado para funcionar de manera precisa con todos los demás dispositivos AIS definidos, garantizando así la interoperabilidad del sistema AIS a nivel mundial. 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 esta tecnología. Por ello, la mayoría de los países exigen que los productos AIS sean sometidos a pruebas independientes y certificados para cumplir con una especificación publicada. Los productos que no hayan sido probados y certificados por una autoridad competente podrían no ajustarse a la especificación AIS publicada requerida y, por lo tanto, podrían no funcionar como se espera en la práctica. 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 exigen una verificación independiente por parte de un organismo de pruebas cualificado e independiente.

En la norma ITU M.1371-5 se definen 27 tipos diferentes de mensajes de nivel superior (de un total de 64 posibles) que pueden enviar los transceptores AIS. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

Los mensajes AIS 6, 8, 25 y 26 proporcionan "Mensajes Específicos de Aplicación" (ASM), que permiten a las "autoridades competentes" definir subtipos adicionales de mensajes AIS. Existen variantes del mensaje tanto "direccionadas" (ABM) como de "difusión" (BBM). Los mensajes direccionados, si bien 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 la Vía Marítima del San Lorenzo para proporcionar información sobre niveles de agua, órdenes de esclusas y condiciones meteorológicas. El Canal de Panamá utiliza mensajes AIS tipo 8 para proporcionar información sobre lluvia a lo largo del canal y viento en las esclusas. En 2010, la Organización Marítima Internacional emitió la Circular 289 que define la siguiente iteración de los ASM para los mensajes tipo 6 y 8. ^{[ 38 ]} 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. ^{[ 39 ]} La Asociación Internacional de Ayudas Marítimas a la Navegación y Autoridades de Faros (IALA-AISM) estableció un proceso para la recopilación de mensajes regionales específicos de la aplicación. ^{[ 40 ]}

Cada transceptor AIS consta de un transmisor VHF, dos receptores VHF TDMA , un receptor de llamada selectiva digital (DSC) VHF y enlaces a sistemas de visualización y sensores a bordo mediante comunicaciones electrónicas marinas estándar (como NMEA 0183 , también conocido como IEC 61162). La sincronización es vital para la correcta sincronización y asignación de ranuras (programación de transmisión) para una unidad de Clase A. Por lo tanto, cada unidad debe tener una base de tiempo interna, sincronizada con un receptor de sistema global de navegación por satélite (p. ej., GPS ). ^{[ 41 ]} Este receptor interno también puede usarse 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 usa 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 marinas estándar. La información de rumbo, posición (latitud y longitud), "velocidad sobre el fondo" y velocidad de giro normalmente la proporcionan todos los buques equipados con AIS. También se puede proporcionar otra información, como el destino y la hora estimada de llegada .

Cada estación AIS determina su propio horario de transmisión (ranura), 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 se ajusta a una de las 2250 ranuras de tiempo establecidas cada 60 segundos en cada frecuencia. Las estaciones AIS se sincronizan continuamente entre sí para evitar la superposición de transmisiones de ranura. La selección de ranura por parte de una estación AIS es 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, las nuevas estaciones, incluidas aquellas que se encuentran repentinamente dentro del alcance de radio cerca de otras embarcaciones, siempre serán recibidas por dichas embarcaciones.

La capacidad de notificación requerida para los buques, según el estándar de rendimiento de la OMI, es de un mínimo de 2000 intervalos de tiempo por minuto, si bien el sistema proporciona 4500 intervalos de tiempo por minuto. El modo de difusión SOTDMA permite sobrecargar el sistema entre un 400 % y un 500 % mediante el uso compartido de intervalos, y aun así proporciona un rendimiento cercano al 100 % para buques situados a menos de 8 a 10  millas náuticas entre sí en comunicación de buque a buque. En caso de sobrecarga del sistema, solo los objetivos más lejanos se desconectarán, para dar preferencia a los objetivos más cercanos, que son de mayor interés para los operadores de buques. En la práctica, la capacidad del sistema es prácticamente ilimitada, lo que permite atender a un gran número de buques simultáneamente.

El alcance del sistema es similar al de otras aplicaciones VHF. El alcance de cualquier radio VHF está determinado por múltiples factores, siendo los principales la altura y la calidad de la antena transmisora ​​y la antena receptora. Su propagación es mejor que la del radar, debido a su mayor longitud de onda, lo que permite alcanzar zonas sin cobertura y detrás de islas si las masas de tierra no son demasiado altas. La distancia de anticipación en el mar es de aproximadamente 20 millas náuticas (37 km) . Con la ayuda de estaciones repetidoras, la cobertura tanto para barcos como para estaciones VTS puede mejorarse considerablemente.  

El sistema es compatible con versiones anteriores de sistemas de llamada selectiva digital, lo que permite a los sistemas GMDSS terrestres establecer canales operativos AIS de forma económica e identificar y rastrear buques equipados con AIS, y está diseñado para reemplazar por completo los sistemas transceptores basados ​​en DSC existentes.

Actualmente se están implementando sistemas de red AIS terrestres en todo el mundo. Uno de los sistemas más grandes, totalmente operativo y en tiempo real, con capacidad de enrutamiento completa, se encuentra en China. Este sistema se construyó entre 2003 y 2007 y fue suministrado por Saab TranspondereTech. Toda la costa china está cubierta con aproximadamente 250 estaciones base en configuraciones de reserva activa, incluyendo 70 servidores informáticos en tres regiones principales. Cientos de usuarios terrestres, incluyendo unos 25 centros de servicio de tráfico marítimo (VTS), están conectados a la red y pueden visualizar la situación marítima, además de comunicarse con cada buque mediante mensajes relacionados con la seguridad (SRM). Todos los datos se transmiten en tiempo real. El sistema fue diseñado para mejorar la seguridad de los buques y las instalaciones portuarias. Su diseño se basa en una arquitectura SOA con conexión mediante sockets y utiliza el protocolo estandarizado IEC AIS hasta los usuarios VTS. Las estaciones base cuentan con unidades de reserva activa (IEC 62320-1) y la red es una solución 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 presentan incompatibilidades en algunas funciones, por lo que las soluciones de red conectadas deben actualizarse. Esto no afectará a los usuarios, pero los fabricantes de sistemas deberán actualizar el software para adaptarlo al nuevo estándar. Un estándar para estaciones base AIS era muy esperado. 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, previsiblemente, reducirá el número de colisiones de paquetes.

Los transceptores de clase B son más pequeños, sencillos y económicos que los 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), que alternan su función como receptor de llamada selectiva digital (DSC) VHF, y una antena GPS activa. Si bien 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 formatos RS-232 y/o NMEA. Para evitar la sobrecarga del ancho de banda disponible, la potencia de transmisión está limitada a 2  W, lo que proporciona un alcance de aproximadamente 5 a 10  millas.

Se definen cuatro mensajes para las unidades de clase B:

Mensaje 14

Mensaje de seguridad: Este mensaje se transmite a petición del usuario. Algunos transceptores disponen de un botón para enviarlo, o bien se puede enviar a través de la interfaz del software. Envía un mensaje de seguridad predefinido.

Mensaje 18

Informe de posición estándar de clase B CS: Este mensaje se envía cada 3 minutos cuando la velocidad sobre el terreno (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 extendido: Este mensaje fue diseñado para el protocolo SOTDMA y es demasiado largo para transmitirse como CSTDMA. Sin embargo, una estación costera puede consultar al transceptor para que envíe este mensaje. MMSI, hora, velocidad sobre el fondo (SOG), rumbo sobre el fondo (COG), longitud, latitud, rumbo verdadero, tipo de buque, dimensiones.

Mensaje 24

Informe de datos estáticos CS de clase B: Este mensaje se envía cada 6 minutos, el mismo intervalo que para los transpondedores de clase A. Debido a su longitud, se divide en dos partes que se envían con un minuto de diferencia. Este mensaje se definió después de las especificaciones originales del AIS, por lo que algunas unidades de clase A podrían necesitar una actualización de firmware para poder decodificarlo. Incluye MMSI, nombre de la embarcación, tipo de buque, distintivo de llamada, dimensiones e ID del proveedor del equipo.

Varios fabricantes ofrecen receptores AIS, diseñados para monitorizar el tráfico AIS. Estos pueden tener dos receptores para monitorizar ambas frecuencias simultáneamente, o bien pueden alternar entre frecuencias (perdiendo así mensajes en el otro canal, pero a un precio reducido). Generalmente, emiten datos RS-232, NMEA , USB o UDP para su visualización en plotters electrónicos o computadoras. Además de las radios dedicadas, se pueden configurar radios definidas por software para recibir la señal. ^{[ 43 ]}

El sistema AIS utiliza los canales de banda marina AIS 1 y AIS 2, asignados globalmente.

• Canal AIS 1 161,975  MHz
• Canal AIS 2 162,025  MHz

Estos dos canales se habilitaron para AIS mediante la división de los antiguos canales de voz dúplex 87 y 88. Estos se dividieron en los canales 87A y 88A, que ahora se utilizan para voz simplex, y los canales 87B y 88B, que pasaron a llamarse AIS 1 y AIS 2 y se utilizan exclusivamente para AIS.

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 estar codificados en NRZI .

Los mensajes AIS se transmiten mediante modulación por desplazamiento mínimo gaussiano (GMSK). El producto ancho de banda*tiempo 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 de 0,5.

La velocidad de transmisión de bits es de 9600  bits/s.

Los receptores VHF convencionales pueden recibir AIS con el filtrado desactivado (el filtrado destruye los datos GMSK). Sin embargo, la salida de audio de la radio tendría que decodificarse posteriormente. Existen varias aplicaciones para PC que permiten realizar esta tarea.

Debido a la multitud de equipos automáticos que transmiten mensajes AIS, para evitar conflictos, el espacio de radiofrecuencia se organiza en tramas. Cada trama dura exactamente 1 minuto y comienza en el límite de cada minuto. Cada trama se divide en 2250 ranuras. Como la transmisión puede realizarse en 2 canales, hay 4500 ranuras disponibles por minuto. Según el tipo y el estado del equipo y el estado del mapa de ranuras AIS, cada transmisor AIS enviará mensajes utilizando uno de los siguientes esquemas:

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

El esquema de acceso ITDMA permite que un dispositivo anuncie previamente ranuras de transmisión de carácter no repetible. Estas ranuras ITDMA deben marcarse para que estén reservadas para una trama adicional. Esto permite que el 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 presentación de informes periódicos;
• Anuncio previo de mensajes relacionados con la seguridad.

RATDMA se utiliza cuando un dispositivo necesita asignar una ranura que no ha sido anunciada previamente. Esto se suele hacer para la primera ranura de transmisión o para mensajes de carácter no repetible.

FATDMA solo lo utilizan las estaciones base. Las ranuras asignadas por FATDMA se utilizan para mensajes repetitivos.

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

Una ranura AIS tiene una duración de 26,66 ms. La modulación de datos es de 9600 bits/s, por lo que cada ranura tiene una capacidad máxima de 256 bits. El formato de trama se basa en el estándar HDLC , descrito en la norma ISO/IEC 13239:2002.

Cada ranura está estructurada 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>

• 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 mensajes que requieren más datos, se deben usar varias ranuras (máximo de 5).
• CRC-16-CCITT de 16 bits : polinomio de 16 bits para calcular la suma de verificación.
• Indicador de parada: 0x7e
• Búfer de 24 bits utilizado para relleno de bits , fluctuación de sincronización y retardo de distancia.

Cabe destacar que la señal en la portadora VHF está codificada en NRZI y utiliza relleno de bits para evitar señales de parada no deseadas que podrían producirse en los datos. Por lo tanto, primero se deben decodificar los bits originales y eliminar los bits de relleno para obtener el formato de mensaje utilizable descrito anteriormente.

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. Identificación del mensaje transmitido (Ver tabla a continuación)
3. Un indicador de repetición diseñado para ser utilizado por dispositivos de retransmisión para repetir mensajes superando obstáculos.

La siguiente tabla ofrece un resumen de todos los mensajes AIS que se utilizan actualmente.

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

El estándar NMEA 0183 utiliza dos oraciones principales para los datos AIS.

• !AIVDM (datos recibidos de otros buques)
• !AIVDO (información del propio buque)

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 de dispositivos 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 de mensaje secuencial (para mensajes de varias frases). A El canal AIS (A o B), para transpondedores de doble canal debe coincidir con el canal utilizado 14eG;... Los datos AIS codificados, utilizando AIS-ASCII6 0* Fin de datos, número de bits no utilizados al final de los datos codificados (0-5) Suma de verificación NMEA 7D (NMEA 0183 Estándar CRC16) 

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. ^{[ 52 ]} 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. ^{[ 53 ]} Un total de nueve barcos dentro de un radio de 50 por 30 km se vieron afectados y no pudieron transmitir señales AIS o GPS. ^{[ 53 ]} 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”. ^{[ 53 ]}

La práctica de suplantación de AIS , también conocida en la industria naviera como suplantación de primera parte , implica la transmisión de señales AIS que contienen información falsificada, particularmente en lo que respecta a la ubicación del buque transmisor. Se distingue de los ataques de suplantación de GNSS , también conocidos como suplantación de GPS , en los que los transmisores AIS emiten información de ubicación falsa en contra de la voluntad de la tripulación del buque, debido a que un tercero que suplanta la identidad de los satélites de posicionamiento global les proporciona remotamente información de ubicación incorrecta. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

Esta sección se aplica únicamente a VDE. Los dispositivos de meaconing interceptan, registran y reproducen señales AIS auténticas. ^{[ 65 ]} A diferencia de los dispositivos de interferencia, los usuarios pueden transmitir intencionalmente en frecuencias y momentos elegidos. ^{[ 65 ]} Sin embargo, el meaconing no puede falsificar los datos de transmisión y solo tiene capacidad para reproducir transmisiones anteriores. ^{[ 65 ]} Las señales pregrabadas transmitidas por los dispositivos de meaconing engañan a las terminales para que procesen la señal recibida como una indicación de que una embarcación se encuentra en ese preciso momento en la ubicación donde se registró la señal por primera vez. ^{[ 65 ]}

Los transmisores y receptores pueden proteger los sistemas de navegación de los buques contra los ataques AIS equipando los dispositivos con protocolos que autentiquen las señales enviadas y validen las recibidas. Un artículo de 2021 estimó que esto no era factible en la actualidad debido a la falta de ancho de banda: una firma digital suele ser más larga que el mensaje AIS que firma. La distribución de firmas digitales consumiría una buena parte del ancho de banda VDE disponible. Además, mientras VDE no fuera obligatorio, la firma de mensajes AIS sería opcional. ^{[ 66 ]}