stringtranslate.com

Автоматическая система идентификации

Специалист по операциям береговой охраны США использует АИС и радар для управления движением судов.
Система AIS на борту судна отображает пеленг и расстояние до находящихся поблизости судов в формате, подобном дисплею радара.
Графическое отображение данных АИС на борту судна.

Автоматическая идентификационная система ( AIS ) — это автоматическая система слежения, которая использует приемопередатчики на судах и используется службами движения судов (VTS). Когда спутники используются для получения сигнатур AIS, используется термин Satellite-AIS (S-AIS). Информация AIS дополняет морской радар , который продолжает оставаться основным методом предотвращения столкновений для водного транспорта. [ необходима цитата ] Хотя технически и эксплуатационно система ADS-B отличается, она аналогична AIS и выполняет аналогичную функцию для самолетов.

Информация, предоставляемая оборудованием AIS, такая как уникальная идентификация, местоположение , курс и скорость, может отображаться на экране или электронной картографической информационной системе (ECDIS). AIS предназначена для оказания помощи вахтенным офицерам судна и позволяет морским властям отслеживать и контролировать перемещения судна. AIS объединяет стандартизированный приемопередатчик VHF с системой позиционирования, такой как приемник глобальной системы позиционирования , с другими электронными навигационными датчиками, такими как гирокомпас или указатель скорости поворота . Суда, оснащенные приемопередатчиками AIS, могут отслеживаться базовыми станциями AIS, расположенными вдоль береговых линий, или, когда они находятся вне зоны действия наземных сетей, через растущее число спутников, которые оснащены специальными приемниками AIS, способными устранять конфликты большого количества сигнатур.

Международная конвенция по охране человеческой жизни на море Международной морской организации требует , чтобы АИС была установлена ​​на борту международных рейсовых судов водоизмещением 300 и более  брутто-тонн  (GT), а также на всех пассажирских судах независимо от размера. [1] По разным причинам суда могут отключать свои приемопередатчики АИС. [2]

Просмотр и использование данных AIS

AIS предназначена, в первую очередь, для того, чтобы позволить судам просматривать морской трафик в их районе и быть видимыми для этого трафика. Для этого требуется специальный приемопередатчик VHF AIS, который позволяет просматривать местный трафик на картплоттере с поддержкой AIS или компьютерном мониторе, одновременно передавая информацию о самом судне на другие приемники AIS. Портовые власти или другие береговые объекты могут быть оснащены только приемниками, чтобы они могли просматривать местный трафик без необходимости передавать свое собственное местоположение. Все приемопередатчики AIS, оборудованные трафиком, могут просматриваться таким образом очень надежно, но ограничены диапазоном VHF , около 10–20 морских миль.

Если подходящий картплоттер недоступен, сигналы локального приемопередатчика AIS можно просматривать через компьютер с помощью одного из нескольких компьютерных приложений, таких как ShipPlotter, GNU AIS или OpenCPN . Они демодулируют сигнал от модифицированного морского радиотелефона VHF, настроенного на частоты AIS, и преобразуют его в цифровой формат, который компьютер может считывать и отображать на мониторе; затем эти данные могут быть переданы через локальную или глобальную сеть, но они по-прежнему будут ограничены коллективным диапазоном радиоприемников, используемых в сети. [3] Поскольку компьютерные приложения мониторинга AIS и обычные радиопередатчики VHF не имеют приемопередатчиков AIS, они могут использоваться береговыми объектами, которым не нужно передавать данные, или в качестве недорогой альтернативы выделенному устройству AIS для небольших судов для просмотра локального трафика, но, конечно, пользователь останется невидимым для другого трафика в сети.

Вторичное, незапланированное и новое применение данных AIS — сделать их доступными для публичного просмотра в Интернете без необходимости использования приемника AIS. Глобальные данные приемопередатчиков AIS, собранные как со спутниковых, так и с подключенных к Интернету береговых станций, объединяются и предоставляются в Интернете через ряд поставщиков услуг. Данные, объединенные таким образом, можно просматривать на любом устройстве с доступом в Интернет для предоставления практически глобальных данных о местоположении в реальном времени из любой точки мира. Типичные данные включают название судна, сведения, местоположение, скорость и направление на карте, доступны для поиска, имеют потенциально неограниченный глобальный диапазон, а история архивируется. Большая часть этих данных бесплатна, но спутниковые данные и специальные услуги, такие как поиск в архивах, обычно предоставляются за плату. Данные доступны только для чтения, и пользователи не будут видны в самой сети AIS. Береговые приемники AIS, вносящие вклад в Интернет, в основном управляются большим количеством добровольцев. [4] Мобильные приложения AIS также легко доступны для использования с устройствами Android, Windows и iOS. См. внешние ссылки ниже для списка поставщиков услуг AIS на основе Интернета. Владельцы судов и грузоотправители используют эти услуги для поиска и отслеживания судов и их грузов, в то время как любители морского судоходства могут пополнять свои коллекции фотографий. [5]

История развертывания

На самом простом уровне AIS работает между парами радиопередатчиков, один из которых всегда находится на судне. Другой может быть на судне, на берегу (наземный) или на спутнике. Соответственно, они представляют операции судно-судно, судно-берег и судно-спутник и следуют в этом порядке.

Судовые приемопередатчики AIS

Соглашение IMO SOLAS 2002 года включало требование, согласно которому большинство судов водоизмещением более 300GT, совершающих международные рейсы, должны были быть оснащены приемопередатчиком AIS класса A. Это было первое требование об использовании оборудования AIS, которое затронуло около 100 000 судов.

В 2006 году комитет по стандартам AIS опубликовал спецификацию приемопередатчика AIS класса B, разработанную для обеспечения более простого и недорогого устройства AIS. Недорогие приемопередатчики класса B стали доступны в том же году, что вызвало принятие предписаний многими странами и сделало крупномасштабную установку устройств AIS на судах всех размеров коммерчески выгодной. [ необходима цитата ]

С 2006 года технические комитеты по стандартам AIS продолжали развивать стандарт AIS и типы продуктов, чтобы охватить широкий спектр приложений от самых больших судов до небольших рыболовных судов и спасательных шлюпок. Параллельно с этим правительства и органы власти инициировали проекты по оснащению различных классов судов устройством AIS для повышения безопасности. Большинство предписаний сосредоточены на коммерческих судах, а прогулочные суда выбирают установку выборочно. В 2010 году большинство коммерческих судов, работающих на европейских внутренних водных путях, должны были быть оснащены сертифицированным для внутренних водных путей классом A, все рыболовные суда ЕС более 15 м должны иметь класс A к маю 2014 года [6] , а в США давно ожидается расширение существующих правил оснащения AIS, которое, как ожидается, вступит в силу в течение 2013 года. По оценкам, по состоянию на 2012 год около 250 000 судов были оснащены приемопередатчиком AIS того или иного типа, и еще 1 миллион судов должны быть оснащены в ближайшем будущем, и рассматриваются даже более крупные проекты. [ необходима ссылка ] 1

Наземная АИС (T-AIS)

AIS была разработана в 1990-х годах как высокоинтенсивная, ближняя сеть идентификации и отслеживания. Судовые и наземные приемопередатчики AIS имеют горизонтальный диапазон, который сильно варьируется, но обычно не превышает 74 километров (46 миль). Приблизительные ограничения распространения по прямой видимости означают, что наземный AIS (T-AIS) теряется за пределами прибрежных вод. [7] В дополнение к приемопередатчикам, эксплуатируемым портовыми и морскими властями, существует также большая сеть частных приемопередатчиков.

Спутниковая АИС (S-AIS)

В 1990-х годах не предполагалось, что AIS можно будет обнаружить из космоса. Тем не менее, с 2005 года различные организации экспериментируют с обнаружением передач AIS с помощью спутниковых приемников, а с 2008 года такие компании, как L3Harris , exactEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire , а также государственные программы развернули приемники AIS на спутниках. Схема радиодоступа с временным разделением каналов (TDMA), используемая системой AIS, создает значительные технические проблемы для надежного приема сообщений AIS от всех типов приемопередатчиков: класса A, класса B, идентификатора, AtoN и SART. Однако отрасль стремится решить эти проблемы путем разработки новых технологий, и в ближайшие годы текущее ограничение спутниковых систем AIS сообщениями класса A, вероятно, значительно улучшится с добавлением сообщений класса B и идентификатора.

Основной проблемой для операторов спутников AIS является возможность одновременного приема очень большого количества сообщений AIS с большой зоны приема спутника. В стандарте AIS есть неотъемлемая проблема; схема радиодоступа TDMA, определенная в стандарте AIS, создает 4500 доступных временных интервалов в минуту, но это может быть легко подавлено большой зоной приема спутника и растущим числом приемопередатчиков AIS, что приводит к конфликтам сообщений, которые спутниковый приемник не может обработать. Такие компании, как exactEarth, разрабатывают новые технологии, такие как ABSEA, которые будут встроены в наземные и спутниковые приемопередатчики, что поможет надежному обнаружению сообщений класса B из космоса, не влияя на производительность наземных AIS.

Добавление спутниковых сообщений классов A и B могло бы обеспечить действительно глобальное покрытие AIS, но поскольку ограничения TDMA на основе спутников никогда не будут соответствовать производительности приема наземной сети, спутники будут дополнять, а не заменять наземную систему.

АИС обеспечивает гораздо более длительную вертикальную (чем горизонтальную) передачу – до 400-километровой орбиты Международной космической станции (МКС).

Видеоролик НАСА, демонстрирующий преимущества норвежской спутниковой программы AIS, на примере приемопередатчика AIS на борту Международной космической станции .

В ноябре 2009 года миссия шаттла STS-129 прикрепила две антенны — антенну AIS VHF и антенну любительского радио — к модулю Columbus МКС. Обе антенны были построены в сотрудничестве между ESA и командой ARISS (любительское радио на МКС). Начиная с мая 2010 года Европейское космическое агентство испытывает приемник AIS от Kongsberg Seatex (Норвегия) в консорциуме, возглавляемом Норвежским оборонным исследовательским центром, в рамках демонстрации технологий для космического мониторинга кораблей. Это первый шаг к спутниковой службе мониторинга AIS. [8]

В 2009 году ORBCOMM запустила спутники с поддержкой AIS в сотрудничестве с контрактом Береговой охраны США, чтобы продемонстрировать возможность сбора сообщений AIS из космоса. В 2009 году Luxspace , компания из Люксембурга , запустила спутник RUBIN-9.1 (AIS Pathfinder 2). Спутник эксплуатируется в сотрудничестве с SES и REDU Space Services. [9] В конце 2011 года и начале 2012 года ORBCOMM и Luxspace запустили микроспутники Vesselsat AIS, один на экваториальной орбите, а другой на полярной орбите ( VesselSat-2 и VesselSat-1 ).

В 2007 году США провели испытания космического слежения AIS с помощью спутника TacSat-2 . Однако полученные сигналы были искажены из-за одновременного получения множества сигналов от спутникового следа. [10]

В июле 2009 года SpaceQuest запустила AprizeSat -3 и AprizeSat-4 с приемниками AIS. [11] Эти приемники успешно смогли принять испытательные маяки SART Береговой охраны США у Гавайев в 2010 году. [12] В июле 2010 года SpaceQuest и exactEarth of Canada объявили о соглашении, согласно которому данные с AprizeSat-3 и AprizeSat-4 будут включены в систему exactEarth и станут доступны по всему миру как часть их службы exactAIS(TM).

12 июля 2010 года норвежский спутник AISSat-1 был успешно запущен на полярную орбиту. Цель спутника — улучшить наблюдение за морской деятельностью на Крайнем Севере . AISSat-1 — это наноспутник размером всего 20×20×20 см с приемником AIS производства Kongsberg Seatex. Он весит 6 килограммов и имеет форму куба. [13] [14]

20 апреля 2011 года Индийская организация космических исследований запустила Resourcesat-2 с полезной нагрузкой S-AIS для мониторинга морского движения в зоне поиска и спасания (SAR) в Индийском океане. Данные AIS обрабатываются в Национальном центре дистанционного зондирования и архивируются в Индийском центре космических научных данных .

25 февраля 2013 года — после одного года задержки запуска — Университет Ольборга запустил AAUSAT3 . Это кубсат 1U весом 800 граммов, полностью разработанный студентами кафедры электронных систем. Он несет два приемника AIS — традиционный и на основе SDR . Проект был предложен и спонсирован Датской администрацией безопасности на море . Он имел огромный успех и за первые 100 дней загрузил более 800 000 сообщений AIS и несколько необработанных образцов радиосигналов частотой 1 МГц. Он принимает оба канала AIS одновременно и принимает сообщения как класса A, так и класса B. Стоимость, включая запуск, составила менее 200 000 евро.

Канадская спутниковая сеть AIS exactEarth обеспечивает глобальное покрытие с помощью 8 спутников. В период с января 2017 года по январь 2019 года эта сеть была значительно расширена благодаря партнерству с корпорацией L3Harris с 58 размещенными полезными нагрузками в созвездии Iridium NEXT . [15] Кроме того, exactEarth участвует в разработке технологии ABSEA, которая позволит ее сети надежно обнаруживать большую долю сообщений типа Class B, а также Class A.

ORBCOMM управляет глобальной спутниковой сетью, которая включает 18 спутников с поддержкой AIS. Спутники ORBCOMM OG2 ( ORBCOMM Generation 2 ) оснащены полезной нагрузкой Автоматической идентификационной системы (AIS) для приема и передачи сообщений с судов, оборудованных AIS, для отслеживания судов и других усилий по морской навигации и безопасности, а также для загрузки на шестнадцать существующих наземных станций ORBCOMM по всему миру. [16]

В июле 2014 года ORBCOMM запустила первые 6 спутников OG2 на борту ракеты SpaceX Falcon 9 с мыса Канаверал, Флорида. Каждый спутник OG2 несет полезную нагрузку приемника AIS. Все 6 спутников OG2 были успешно выведены на орбиту и начали отправлять телеметрию в ORBCOMM вскоре после запуска. В декабре 2015 года компания запустила 11 дополнительных спутников OG2 с поддержкой AIS на борту ракеты SpaceX Falcon 9. Этот специальный запуск ознаменовал вторую и последнюю миссию OG2 ORBCOMM по завершению ее спутниковой группировки следующего поколения. [16] По сравнению с ее текущими спутниками OG1, спутники OG2 ORBCOMM предназначены для более быстрой доставки сообщений, большего размера сообщений и лучшего покрытия на более высоких широтах, одновременно увеличивая пропускную способность сети. [16]


В августе 2017 года компания Spire Global Inc. выпустила API, который предоставляет данные S-AIS, улучшенные с помощью машинного обучения (Vessels и Predict), при поддержке более 40 ее наноспутников. [17]

Корреляция источников данных

Сопоставление оптических и радиолокационных изображений с сигнатурами S-AIS позволяет конечному пользователю быстро идентифицировать все типы судов. Огромным преимуществом S-AIS является простота, с которой его можно сопоставить с дополнительной информацией из других источников, таких как радар, оптика, ESM и другие инструменты, связанные с поиском и спасанием, такие как GMDSS SARSAT и AMVER . Спутниковые радары и другие источники могут способствовать морскому наблюдению, обнаруживая все суда в определенных морских зонах интереса, что особенно полезно при попытке координировать дальние спасательные работы или при решении проблем VTS.

Система обмена данными УКВ

Из-за растущего использования с течением времени, в некоторых прибрежных районах (например, Сингапурский пролив , мегапорты Китая, части Японии) так много судов, что производительность AIS была затронута. По мере увеличения плотности трафика диапазон системы уменьшается, а частота обновлений становится более случайной. По этой причине была разработана система обмена данными VHF (VDES): [18] она будет работать на дополнительных новых частотах и ​​будет использовать их более эффективно, обеспечивая в тридцать два раза большую полосу пропускания для безопасной связи и электронной навигации. [19] VDES определена в ITU M.2092. [20]

Приложения

Текстовый дисплей AIS судна, на котором отображается расстояние до ближайших судов, их направления и названия.

Первоначальной целью AIS было исключительно предотвращение столкновений, но с тех пор было разработано и продолжает разрабатываться множество других приложений. В настоящее время AIS используется для:

Избежание столкновений
AIS была разработана техническими комитетами IMO как технология для предотвращения столкновений между крупными судами в море, которые находятся вне зоны действия береговых систем. Технология идентифицирует каждое судно индивидуально, вместе с его конкретным положением и движениями, позволяя создавать виртуальную картину в реальном времени. Стандарты AIS включают в себя различные автоматические вычисления, основанные на этих отчетах о местоположении, такие как точка ближайшей близости (CPA) и сигналы о столкновении. Поскольку AIS используется не всеми судами, AIS обычно используется в сочетании с радаром. Когда судно движется в море, информация о движении и идентификации других судов поблизости имеет решающее значение для штурманов, чтобы принимать решения по предотвращению столкновений с другими судами и опасностями ( мелководье или скалы). Визуальное наблюдение (например, невооруженным глазом, бинокль и ночное видение ), аудиообмен (например, свисток, гудки и радио VHF), а также радар или автоматическая помощь в прокладке курса радиолокатором исторически используются для этой цели. Эти превентивные механизмы иногда выходят из строя из-за задержек по времени, ограничений радара, просчетов и сбоев отображения, что может привести к столкновению. В то время как требования AIS заключаются в отображении только самой базовой текстовой информации, полученные данные могут быть интегрированы с графической электронной картой или дисплеем радара, предоставляя консолидированную навигационную информацию на одном дисплее.
Мониторинг и контроль рыболовного флота
AIS широко используется национальными органами власти для отслеживания и мониторинга деятельности национальных рыболовных флотов. AIS позволяет органам власти надежно и экономически эффективно контролировать деятельность рыболовных судов вдоль своей береговой линии, как правило, на расстоянии до 100 км (60 миль), в зависимости от местоположения и качества береговых приемников/базовых станций с дополнительными данными от спутниковых сетей.
Безопасность на море
AIS позволяет властям идентифицировать конкретные суда и их деятельность в пределах или вблизи исключительной экономической зоны страны . Когда данные AIS объединяются с существующими радиолокационными системами, властям становится проще различать суда. Данные AIS могут автоматически обрабатываться для создания нормализованных схем активности для отдельных судов, которые при нарушении создают оповещение, тем самым выявляя потенциальные угрозы для более эффективного использования активов безопасности. AIS улучшает осведомленность о морской сфере и обеспечивает повышенную безопасность и контроль. Кроме того, AIS может применяться к пресноводным речным системам и озерам .
Средства навигации
Стандарт продукта AIS aids to navigation (AtoN) был разработан с возможностью транслировать позиции и названия объектов, отличных от судов, таких как навигационные средства и маркерные позиции, а также динамические данные, отражающие среду маркера (например, течения и климатические условия). Эти средства могут быть расположены на берегу, например, на маяке , или на воде, платформах или буях . Береговая охрана США предположила, что AIS может заменить racon (радиолокационные маяки), которые в настоящее время используются для электронных навигационных средств. [21] AtoN позволяют властям удаленно контролировать состояние буя, например, состояние фонаря, а также передавать данные в реальном времени с датчиков (например, погода и состояние моря), расположенных на буе, обратно на суда, оснащенные приемопередатчиками AIS, или местным органам власти. AtoN будет транслировать свое местоположение и идентификацию вместе со всей другой информацией. Стандарт AtoN также допускает передачу позиций «виртуальных AtoN», при которой одно устройство может передавать сообщения с «ложной» позицией, в результате чего маркер AtoN отображается на электронных картах, хотя физическое AtoN может и не присутствовать в этом месте.
Поисково-спасательные работы
Для координации ресурсов на месте проведения морской поисково-спасательной операции (SAR) крайне важно иметь данные о местоположении и навигационном статусе других судов поблизости. В таких случаях AIS может предоставить дополнительную информацию и повысить осведомленность о доступных ресурсах, даже если диапазон AIS ограничен диапазоном радиосвязи VHF. Стандарт AIS также предусматривал возможное использование на самолетах SAR и включал сообщение (AIS Message 9) для самолетов, чтобы сообщать о своем местоположении. Чтобы помочь судам и самолетам SAR в определении местоположения людей, терпящих бедствие, рабочая группа IEC TC80 AIS разработала спецификацию (IEC 61097-14 Ed 1.0) для передатчика SAR на основе AIS (AIS-SART). Система AIS-SART была добавлена ​​в правила Глобальной системы безопасности при бедствии на море, вступившие в силу 1 января 2010 года. [22] Системы AIS-SART появились на рынке как минимум с 2009 года. [23] Недавние правила предписывают установку систем AIS на всех судах, отвечающих требованиям СОЛАС (SOLAS), и судах водоизмещением более 300 тонн. [24]
Расследование несчастного случая
Информация AIS, полученная VTS, важна для расследования аварий, поскольку она предоставляет точные исторические данные о времени, личности, местоположении на основе GPS, курсе компаса, курсе относительно земли, скорости (по лагу/SOG) и скоростях поворота, а не менее точную информацию, предоставляемую радаром. Более полную картину событий можно получить с помощью данных регистратора данных рейса (VDR), если они доступны и хранятся на борту для получения подробной информации о движении судна, голосовой связи и радиолокационных изображений во время аварий. Однако данные VDR не сохраняются из-за ограниченного двенадцатичасового хранения в соответствии с требованиями ИМО . [25]
Оценки океанских течений
Оценки поверхностных течений океана, основанные на анализе данных AIS, доступны от французской компании e-Odyn с декабря 2015 года.
Защита инфраструктуры
Информация AIS может использоваться владельцами инфраструктуры морского дна, такой как кабели или трубопроводы, для мониторинга деятельности судов вблизи их активов в режиме, близком к реальному времени. Затем эта информация может использоваться для запуска оповещений, чтобы информировать владельца и потенциально предотвратить инцидент, в результате которого может быть нанесен ущерб активу.
Отслеживание автопарка и грузов
Распространенная в Интернете система AIS может использоваться менеджерами флота или судов для отслеживания глобального местоположения своих судов. Грузовые диспетчеры или владельцы транзитных товаров могут отслеживать перемещение груза и прогнозировать время прибытия в порт.
Статистика и экономика
Статистический отдел ООН организовал Неделю данных AIS [26] для экспериментов с анализом данных AIS и предоставления статистики Глобальной платформе ООН. Она охватывала ряд исследований случаев использования различными статистическими управлениями, а Справочник AIS [27] был разработан для того, чтобы зафиксировать опыт этого эксперимента:

Механизм

Обзор системы от Береговой охраны США

Базовый обзор

Приемопередатчики AIS автоматически передают информацию, такую ​​как их местоположение, скорость и навигационный статус, через регулярные интервалы времени через передатчик VHF, встроенный в приемопередатчик. Информация поступает от навигационных датчиков судна, как правило, от приемника глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) и гирокомпаса . Другая информация, такая как название судна и позывной VHF, программируется при установке оборудования и также передается регулярно. Сигналы принимаются приемопередатчиками AIS, установленными на других судах или в наземных системах, таких как системы VTS. Полученная информация может отображаться на экране или картплоттере, показывая позиции других судов во многом так же, как на дисплее радара. Данные передаются через систему слежения, которая использует канал передачи данных с самоорганизующимся временным разделением множественного доступа (SOTDMA), разработанный шведским изобретателем Хоканом Лансом .

Стандарт AIS включает несколько подстандартов, называемых «типами», которые определяют отдельные типы продуктов. Спецификация для каждого типа продукта содержит подробную техническую спецификацию, которая обеспечивает общую целостность глобальной системы AIS, в рамках которой должны работать все типы продуктов. Основные типы продуктов, описанные в стандартах системы AIS:

Класс А
Приемопередатчик AIS, устанавливаемый на судне и работающий с использованием SOTDMA. SOTDMA, предназначенный для крупных коммерческих судов, требует от приемопередатчика постоянно обновлять карту слотов в своей памяти, чтобы иметь предварительные сведения о слотах, доступных для передачи. Затем приемопередатчики SOTDMA заранее объявляют о своей передаче, фактически резервируя свой слот передачи. Поэтому передачи SOTDMA имеют приоритет в системе AIS. Это достигается за счет 2 непрерывно работающих приемников. Устройства класса A должны иметь встроенный дисплей, передавать на мощности 12,5 Вт, иметь возможность сопряжения с несколькими судовыми системами и предлагать сложный набор функций и возможностей. Скорость передачи по умолчанию составляет каждые несколько секунд. Устройства, соответствующие типу AIS класса A, принимают все типы сообщений AIS. [24]
Класс Б
В настоящее время существуют две отдельные спецификации IMO для приемопередатчиков класса B (предназначенных для более легких коммерческих и развлекательных рынков): система множественного доступа с временным разделением каналов и контролем несущей (CSTDMA) и система, использующая SOTDMA (как в классе A).
В оригинальной системе на основе CSTDMA, определенной в ITU M.1371-0 и теперь называемой Class B "CS" (или неофициально Class B/CS), [28] приемопередатчики прослушивают карту слотов непосредственно перед передачей и ищут слот, где "шум" в слоте такой же (или похожий) на фоновый шум, тем самым указывая на то, что слот не используется другим устройством AIS. Class B "CS" передает на мощности 2 Вт и не обязан иметь встроенный дисплей: блоки Class B "CS" могут быть подключены к большинству систем отображения, где полученные сообщения будут отображаться в списках или накладываться на графики. Скорость передачи по умолчанию обычно составляет каждые тридцать секунд, но ее можно изменять в зависимости от скорости судна или инструкций с базовых станций. Стандарт Class B "CS" требует встроенного GPS и определенных светодиодных индикаторов. Оборудование Class B "CS" принимает все типы сообщений AIS.
Более новая система SOTDMA класса B "SO", [29] иногда называемая классом B/SO или классом B+, [30] [31] использует тот же алгоритм поиска временного интервала, что и класс A, и имеет тот же приоритет передачи, что и передатчики класса A, что помогает гарантировать, что она всегда сможет передавать. Технология класса B "SO" также будет изменять свою скорость передачи в зависимости от скорости судна, до каждых пяти секунд на скорости 23 узла, вместо постоянной скорости каждые тридцать секунд в классе B "CS". [32] Наконец, класс B "SO" также будет транслировать с мощностью 5  Вт вместо предыдущих 2  Вт класса B "CS". [30] [33]
Базовая станция
Береговой приемопередатчик AIS (передача и прием), работающий с использованием SOTDMA. Базовые станции имеют сложный набор функций и возможностей, которые в стандарте AIS позволяют управлять системой AIS и всеми работающими в ней устройствами. Возможность опрашивать отдельные приемопередатчики для отчетов о состоянии и/или передачи изменений частоты.
Средства навигационного оборудования (СНО)
Приемопередатчик на берегу или буе (передача и прием), работающий с использованием фиксированного доступа с временным разделением каналов (FATDMA). Предназначен для сбора и передачи данных, связанных с морскими и погодными условиями, а также для ретрансляции сообщений AIS для расширения покрытия сети.
Поисково-спасательный приемопередатчик (SART)
Специализированное устройство AIS, созданное как аварийный маяк бедствия, который работает с использованием предварительно объявленного множественного доступа с временным разделением (PATDMA), или иногда называемого «модифицированным SOTDMA». Устройство случайным образом выбирает слот для передачи и будет передавать пакет из восьми сообщений в минуту, чтобы максимизировать вероятность успешной передачи. SART требуется для передачи на расстояние до пяти миль и передает специальный формат сообщений, распознаваемый другими устройствами AIS. Устройство предназначено для периодического использования и только в чрезвычайных ситуациях из-за его работы типа PATDMA, которая создает нагрузку на карту слота.
Специализированные приемопередатчики AIS
Несмотря на то, что существуют опубликованные спецификации AIS IMO/IEC, ряд органов власти разрешили и поощряют разработку гибридных устройств AIS. Эти устройства стремятся сохранить целостность основной структуры передачи AIS и конструкции для обеспечения эксплуатационной надежности, но при этом добавить ряд дополнительных функций и возможностей для удовлетворения своих конкретных требований. Приемопередатчик AIS «Identifier» является одним из таких продуктов, в котором основная технология CSTDMA класса B разработана для обеспечения передачи устройством в полном соответствии со спецификациями IMO, но был внесен ряд изменений, чтобы обеспечить питание от батареи, низкую стоимость и большую простоту установки и развертывания в больших количествах. Такие устройства не будут иметь международной сертификации по спецификации IMO, поскольку они будут соответствовать части соответствующей спецификации. Обычно органы власти проводят собственную подробную техническую оценку и испытания, чтобы гарантировать, что основная работа устройства не наносит вреда международной системе AIS.

Приемники AIS не указаны в стандартах AIS, поскольку они не передают. Главной угрозой целостности любой системы AIS являются несоответствующие передачи AIS, отсюда тщательные спецификации всех передающих устройств AIS. Однако все приемопередатчики AIS передают по нескольким каналам, как того требуют стандарты AIS. Следовательно, одноканальные или мультиплексные приемники не будут получать все сообщения AIS. Только двухканальные приемники будут получать все сообщения AIS.

Типовые испытания и одобрение

AIS — это технология, которая была разработана под эгидой IMO ее техническими комитетами. Технические комитеты разработали и опубликовали ряд спецификаций продуктов AIS. Каждая спецификация определяет конкретный продукт AIS, который был тщательно создан для точной работы со всеми другими определенными устройствами AIS, тем самым обеспечивая совместимость системы AIS по всему миру. Поддержание целостности спецификации считается критически важным для производительности системы AIS и безопасности судов и органов, использующих эту технологию. Таким образом, большинство стран требуют, чтобы продукты AIS были независимо протестированы и сертифицированы на соответствие определенной опубликованной спецификации. Продукты, которые не были протестированы и сертифицированы компетентным органом, могут не соответствовать требуемой опубликованной спецификации AIS и, следовательно, могут не работать так, как ожидается в полевых условиях. Наиболее широко признанными и принятыми сертификациями являются Директива R&TTE, Федеральная комиссия по связи США и Министерство промышленности Канады , все из которых требуют независимой проверки квалифицированным и независимым испытательным агентством.

Типы сообщений

В ITU M.1371-5 определены 27 различных типов сообщений верхнего уровня (из возможных 64), которые могут быть отправлены приемопередатчиками AIS. [34] [35]

Сообщения AIS 6, 8, 25 и 26 предоставляют "Application Specific Messages" (ASM), которые позволяют "компетентным органам" определять дополнительные подтипы сообщений AIS. Существуют как "адресованные" (ABM), так и "широковещательные" (BBM) варианты сообщения. Адресованные сообщения, хотя и содержат MMSI назначения , не являются частными и могут быть декодированы любым получателем.

Одним из первых применений ASM было использование двоичных сообщений AIS (тип сообщения 8) на морском пути Святого Лаврентия для предоставления информации об уровнях воды, приказах по шлюзам и погоде. Панамский канал использует сообщения AIS типа 8 для предоставления информации о дожде вдоль канала и ветре в шлюзах. В 2010 году Международная морская организация выпустила циркуляр 289, который определяет следующую итерацию ASM для сообщений типа 6 и 8. [36] Александер, Швер и Зеттерберг предложили, чтобы сообщество компетентных органов работало вместе для ведения регионального регистра этих сообщений и мест их использования. [37] Международная ассоциация морских средств навигационного оборудования и маячных служб (IALA-AISM) в настоящее время установила процесс сбора региональных сообщений, специфичных для приложений. [38]

Подробное описание: Блоки класса А

Каждый приемопередатчик AIS состоит из одного передатчика VHF, двух приемников VHF TDMA , одного приемника VHF Digital Selective Calling (DSC) и связей с бортовыми дисплеями и сенсорными системами через стандартные морские электронные коммуникации (например, NMEA 0183 , также известный как IEC 61162). Синхронизация имеет жизненно важное значение для правильной синхронизации и отображения слотов (планирования передачи) для блока класса A. Поэтому каждый блок должен иметь внутреннюю временную базу, синхронизированную с приемником глобальной навигационной спутниковой системы (например, GPS ). [39] Этот внутренний приемник также может использоваться для получения информации о местоположении. Однако, как правило, позиция предоставляется внешним приемником, таким как GPS , LORAN-C или инерциальная навигационная система , а внутренний приемник используется только в качестве резервного для информации о местоположении. Другая информация, передаваемая AIS, если она доступна, получается в электронном виде с бортового оборудования через стандартные морские соединения для передачи данных. Информация о курсе, местоположении (широта и долгота), «скорость относительно земли» и скорость поворота обычно предоставляются всеми судами, оборудованными AIS. Также может быть предоставлена ​​другая информация, например, место назначения и расчетное время прибытия .

Приемопередатчик AIS обычно работает в автономном и непрерывном режиме, независимо от того, работает ли он в открытом море или в прибрежных или внутренних районах. Приемопередатчики AIS используют две разные частоты, морские каналы VHF 87B (161,975 МГц) и 88B (162,025 МГц), и используют модуляцию 9,6 кбит/с с гауссовой минимальной манипуляцией (GMSK) по каналам 25 кГц с использованием пакета протокола управления каналом передачи данных высокого уровня (HDLC). Хотя необходим только один радиоканал, каждая станция передает и принимает по двум радиоканалам, чтобы избежать проблем с помехами и позволить переключать каналы без потери связи с другими судами. Система обеспечивает автоматическое разрешение конфликтов между собой и другими станциями, и целостность связи сохраняется даже в ситуациях перегрузки.

Для того чтобы гарантировать, что передачи VHF разных приемопередатчиков не происходят в одно и то же время, сигналы мультиплексируются по времени с использованием технологии, называемой самоорганизованным множественным доступом с временным разделением (SOTDMA). Конструкция этой технологии запатентована, [40] и вопрос о том, был ли этот патент отменен для использования судами SOLAS, является предметом спора между производителями систем AIS и патентообладателем Хоканом Лансом . Более того, Патентное и товарное ведомство США (USPTO) отменило все претензии в первоначальном патенте 30 марта 2010 года. [41]

Чтобы максимально эффективно использовать доступную полосу пропускания, суда, стоящие на якоре или двигающиеся медленно, передают данные реже, чем те, которые движутся быстрее или маневрируют. Частота обновления варьируется от 3 минут для стоящих на якоре или пришвартованных судов до 2 секунд для быстро движущихся или маневрирующих судов, причем последняя аналогична частоте обычного морского радара.

Каждая станция AIS определяет свой собственный график передачи (слот), основываясь на истории трафика канала передачи данных и осведомленности о возможных будущих действиях других станций. Отчет о местоположении от одной станции вписывается в один из 2250 временных интервалов, установленных каждые 60 секунд на каждой частоте. Станции AIS непрерывно синхронизируются друг с другом, чтобы избежать перекрытия передач слотов. Выбор слота станцией AIS рандомизирован в пределах определенного интервала и помечается случайным тайм-аутом от 4 до 8 минут. Когда станция меняет свое назначение слота, она объявляет как новое местоположение, так и тайм-аут для этого местоположения. Таким образом, новые станции, включая те станции, которые внезапно оказываются в пределах радиодиапазона вблизи других судов, всегда будут приниматься этими судами.

Требуемая мощность судовых отчетов в соответствии со стандартом производительности IMO составляет минимум 2000 временных интервалов в минуту, хотя система обеспечивает 4500 временных интервалов в минуту. Режим вещания SOTDMA позволяет перегружать систему на 400–500% за счет совместного использования слотов и по-прежнему обеспечивает почти 100% пропускную способность для судов, находящихся ближе 8–10 морских миль друг от друга в режиме «корабль-корабль». В случае перегрузки системы только более удаленные цели будут подвергаться исключению, чтобы отдать предпочтение более близким целям, которые представляют большую опасность для судоходных компаний. На практике мощность системы практически неограниченна, что позволяет обслуживать большое количество судов одновременно.

Диапазон покрытия системы аналогичен другим приложениям VHF. Диапазон любого VHF-радио определяется несколькими факторами, основными из которых являются: высота и качество передающей антенны, а также высота и качество приемной антенны. Его распространение лучше, чем у радара, из-за большей длины волны, поэтому его можно достичь вокруг изгибов и за островами, если массивы суши не слишком высоки. Дальность обзора в море номинально составляет 20 морских миль (37 км). С помощью ретрансляционных станций можно значительно улучшить покрытие как для судов, так и для станций VTS.

Система обратно совместима с цифровыми системами избирательного вызова, что позволяет береговым системам ГМССБ без больших затрат устанавливать рабочие каналы АИС, а также идентифицировать и отслеживать суда, оборудованные АИС, и предназначена для полной замены существующих систем приемопередатчиков на основе ЦИВ. [ необходима ссылка ]

Береговые сетевые системы AIS в настоящее время строятся по всему миру. Одна из крупнейших полностью работающих систем реального времени с полной возможностью маршрутизации находится в Китае. Эта система была построена между 2003 и 2007 годами и была поставлена ​​Saab TranspondereTech. [ требуется цитата ] Вся береговая линия Китая покрыта примерно 250 базовыми станциями в конфигурациях горячего резерва, включая 70 компьютерных серверов в трех основных регионах. Сотни береговых пользователей, включая около 25 центров службы движения судов (VTS), подключены к сети и могут видеть морскую картину, а также могут общаться с каждым судном с помощью SRM (сообщений, связанных с безопасностью). Все данные находятся в режиме реального времени. Система была разработана для повышения безопасности судов и портовых сооружений. Она также разработана в соответствии с архитектурой SOA с подключением на основе сокетов и с использованием стандартизированного протокола IEC AIS вплоть до пользователей VTS. Базовые станции оснащены блоками горячего резерва (IEC 62320-1), а сеть представляет собой сетевое решение третьего поколения.

К началу 2007 года был утвержден новый всемирный стандарт для базовых станций AIS, стандарт IEC 62320-1. Старая рекомендация IALA и новый стандарт IEC 62320-1 в некоторых функциях несовместимы, и поэтому решения подключенных сетей должны быть обновлены. Это не повлияет на пользователей, но сборщикам систем необходимо обновить программное обеспечение для соответствия новому стандарту. Стандарт для базовых станций AIS ждали долго. В настоящее время существуют сети ad-hoc с мобильными телефонами класса A. Базовые станции могут контролировать трафик сообщений AIS в регионе, что, как мы надеемся, сократит количество коллизий пакетов.

Транслируемая информация

Приемопередатчик AIS отправляет следующие данные каждые 2–10 секунд в зависимости от скорости судна во время движения и каждые 3 минуты, когда судно стоит на якоре:

Кроме того, каждые 6 минут транслируются следующие данные:

Подробное описание: Блоки класса B

Приемопередатчики класса B меньше, проще и дешевле, чем приемопередатчики класса A. Каждый состоит из одного передатчика VHF, двух приемников VHF Carrier Sense Time Division Multiple Access (CSTDMA), оба чередуются как приемник VHF Digital Selective Calling (DSC), и активной антенны GPS. Хотя формат вывода данных поддерживает информацию о курсе, в целом устройства не подключаются к компасу, поэтому эти данные передаются редко. Выход — стандартный поток данных AIS со скоростью 38,400 кбит/с в формате RS-232 и/или NMEA. Чтобы предотвратить перегрузку доступной полосы пропускания, мощность передачи ограничена 2 Вт, что дает диапазон около 5–10 миль.

Для устройств класса B определены четыре сообщения:

Сообщение 14
Сообщение, связанное с безопасностью: Это сообщение передается по запросу пользователя — некоторые трансиверы имеют кнопку, которая позволяет его отправить, или его можно отправить через программный интерфейс. Он отправляет предопределенное сообщение безопасности.
Сообщение 18
Стандартный отчет о местоположении CS класса B: это сообщение отправляется каждые 3 минуты, если скорость относительно земли (SOG) составляет менее 2 узлов, или каждые 30 секунд для больших скоростей. MMSI, время, SOG, COG, долгота, широта, истинный курс
Сообщение 19
Расширенный отчет о местоположении оборудования класса B: это сообщение было разработано для протокола SOTDMA и слишком длинное для передачи в формате CSTDMA. Однако береговая станция может опросить трансивер для отправки этого сообщения. MMSI, время, SOG, COG, долгота, широта, истинный курс, тип судна, размеры.
Сообщение 24
Отчет о статических данных CS класса B: это сообщение отправляется каждые 6 минут, с тем же интервалом времени, что и для транспондеров класса A. Из-за своей длины это сообщение разделено на две части, отправляемые с интервалом в одну минуту. Это сообщение было определено после исходных спецификаций AIS, поэтому некоторым устройствам класса A может потребоваться обновление прошивки, чтобы иметь возможность декодировать это сообщение. MMSI, название судна, тип судна, позывной, размеры и идентификатор поставщика оборудования.

Подробное описание: Приемники AIS

Ряд производителей предлагают приемники AIS, предназначенные для мониторинга трафика AIS. Они могут иметь два приемника для мониторинга обеих частот одновременно, или они могут переключаться между частотами (тем самым пропуская сообщения на другом канале, но по сниженной цене). В общем, они будут выводить данные RS-232, NMEA , USB или UDP для отображения на электронных картплоттерах или компьютерах. Наряду со специализированными радиостанциями, программно-определяемые радиостанции могут быть настроены на прием сигнала. [42]

Технические характеристики

Характеристики ВЧ

AIS использует глобально распределенные каналы морского диапазона 87 и 88.

AIS использует высокую сторону дуплекса из двух радиоканалов УКВ (87B) и (88B)

Симплексные каналы 87A и 88A используют более низкую частоту, поэтому они не затрагиваются этим распределением и могут по-прежнему использоваться в соответствии с назначением для плана частот морской подвижной связи .

Большинство передач AIS состоят из пакетов из нескольких сообщений. В этих случаях между сообщениями передатчик AIS должен менять канал.

Перед передачей сообщения AIS должны быть закодированы с инвертированием без возврата к нулю (NRZI).

Сообщения AIS передаются с использованием модуляции Gaussian minimum-shift keying (GMSK). BT-product модулятора GMSK, используемый для передачи данных, должен быть 0,4 максимум (максимальное номинальное значение).

Данные, закодированные GMSK, должны модулировать частоту передатчика VHF. Индекс модуляции должен быть 0,5.

Скорость передачи данных составляет 9600  бит/с.

Обычные приемники VHF могут принимать AIS с отключенной фильтрацией (фильтрация уничтожает данные GMSK). Однако аудиовыход радиоприемника затем должен быть декодирован. Существует несколько приложений для ПК, которые могут это сделать.

Сигнал может распространяться на расстояние до 75 километров [42]

Организация сообщения

Поскольку существует множество автоматического оборудования, передающего сообщения AIS, для избежания конфликтов радиочастотное пространство организовано в кадры. Каждый кадр длится ровно 1 минуту и ​​начинается на границе каждой минуты. Каждый кадр делится на 2250 слотов. Поскольку передача может происходить по 2 каналам, доступно 4500 слотов в минуту. В зависимости от типа и состояния оборудования и состояния карты слотов AIS каждый передатчик AIS будет отправлять сообщения, используя одну из следующих схем:

  1. Множественный доступ с временным разделением каналов (ITDMA)
  2. Множественный доступ с временным разделением каналов (RATDMA)
  3. Множественный доступ с временным разделением каналов (FATDMA)
  4. Самоорганизующийся множественный доступ с временным разделением (SOTDMA)

Схема доступа ITDMA позволяет устройству предварительно объявлять слоты передачи неповторяющегося характера, слоты ITDMA должны быть помечены так, чтобы они были зарезервированы для одного дополнительного кадра. Это позволяет устройству предварительно объявлять свои выделения для автономной и непрерывной работы.

ITDMA используется в трех случаях:

RATDMA используется, когда устройству необходимо выделить слот, который не был предварительно анонсирован. Обычно это делается для первого слота передачи или для сообщений неповторяющегося характера.

FATDMA используется только базовыми станциями. Выделенные слоты FATDMA используются для повторяющихся сообщений.

SOTDMA используется мобильными устройствами, работающими в автономном и непрерывном режиме. Целью схемы доступа является предоставление алгоритма доступа, который быстро разрешает конфликты без вмешательства со стороны контролирующих станций.

Формат сообщения

Слот AIS имеет длину 26,66 мс. Модуляция данных составляет 9600 бит/с, поэтому каждый слот имеет максимальную емкость 256 бит. Кадрирование происходит из стандарта HDLC , описанного в ISO/IEC 13239:2002.

Каждый слот структурирован следующим образом: <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>

Пример сигнала модуляции GMSK сообщения AIS

Обратите внимание, что сигнал на VHF-носителе закодирован NRZI и использует бит-стаффинг , чтобы избежать непреднамеренных стоп-флагов, которые в противном случае могут возникнуть в данных. Таким образом, сырые биты должны быть сначала декодированы, а биты-стаффинг удалены, чтобы получить фактический используемый формат сообщения, описанный выше.

Сообщения

Сообщения, отправленные и полученные по воздуху

Все сообщения AIS передают 3 основных элемента информации:

  1. Номер MMSI судна или оборудования, на котором установлен передатчик (базовая станция, буй и т. д.)
  2. Идентификация передаваемого сообщения (см. таблицу ниже)
  3. Индикатор повтора, предназначенный для повторения сообщений через препятствия с помощью релейных устройств.

В следующей таблице приведена сводка всех используемых в настоящее время сообщений AIS.

Сообщения, отправленные другому оборудованию на корабле

Оборудование AIS обменивается информацией с другим оборудованием с помощью предложений NMEA 0183 .

Стандарт NMEA 0183 использует два основных предложения для данных AIS

Типичное стандартное сообщение AIS NMEA 0183 :!AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sd<L9i:a;WF>062D,0*7D

Чтобы: 

!AIVDM: Тип сообщения NMEA, другие сообщения устройства NMEA ограничены 1 Количество предложений (в некоторых сообщениях их может быть больше одного, обычно максимум 9)1 Номер предложения (1, если сообщение не состоит из нескольких предложений) Пробел — это последовательный идентификатор сообщения (для сообщений, состоящих из нескольких предложений)A Канал AIS (A или B), для двухканальных транспондеров он должен соответствовать используемому каналу14eG;... Кодированные данные AIS с использованием AIS-ASCII60* Конец данных, количество неиспользованных бит в конце закодированных данных (0-5)Контрольная сумма 7D NMEA (стандарт NMEA 0183 CRC16)

Безопасность

Использование AIS является обязательным для судов класса A и широко используется судами класса B, поэтому оно должно передаваться в системе с открытым исходным кодом на морских выделенных радиоканалах. [43] В частности, на морском подвижном диапазоне VHF, который определен Международным союзом электросвязи как охватывающий 156 и 174 МГц. [44] Обмен данными на открытых радиочастотах делает службы AIS уязвимыми для вредоносных передач, включая спуфинг, захват и нарушение доступности. [43]

Эти угрозы затрагивают как реализацию в онлайн-провайдерах, так и спецификацию протокола, что делает проблемы актуальными для всех установок транспондеров (по оценкам, более 300 000). [45] [46] [47] [48]

Общедоступные веб-сайты мониторинга судов полагаются на в основном неаутентифицированные потоки данных из сети приемников AIS, управляемой добровольцами, чьи сообщения можно относительно легко подделать с помощью вставки пакетов AIS в поток необработанных данных или в эфире с использованием немного более сложного оборудования, такого как SDR . Однако сообщения судно-судно отправляются транспондерами класса B, которые сертифицированы только для предоставления GPS-позиции со встроенного приемника, поэтому обход этих сообщений потребует подмены SDR или GPS . [49]

Службы AIS включают в себя управляемые правительством базовые станции, которые управляют системами движения судов (VTS) и прибрежным наблюдением. [50] AIS уязвима для атак, которые перегружают временные интервалы, отправляя ложные сигналы AIS или генерируя ложные сигналы бедствия. [50] Суда, испытывающие перегрузку своего бортового оборудования, откалиброванного с помощью AIS, могут использовать альтернативные навигационные устройства (AtoN), которые определяют местоположение судна и безопасность его курса. [50] Однако виртуальные AtoN более восприимчивы к спуфингу, чем физические AtoN. [50] Участники вмешивались в передачи AIS, создавая помехи, спуфинг или подмену.

Глушение

Глушители — это маломощные устройства, которые передают сигналы GPS на тех же частотах, что и другие сигналы GPS или AIS, чтобы прервать или скрыть передачу на той же частоте. [51] В октябре 2022 года глушение вблизи моста Большой Бельт в Дании (дат. Storebæltsbroen) прервало передачу сигналов с кораблей на 10 минут. [52] В общей сложности девять кораблей в радиусе 50 на 30 км были затронуты и не могли передавать сигналы AIS или GPS. [52] В число затронутых кораблей вошли четыре грузовых судна, два парома и «Nymfen P524», датское патрульное судно, которое в тот момент сопровождало два российских военных корабля: «Стойкий 545» и «Сообразительный 531». [52]

Спуфинг

Военный

Было замечено, что подделка AIS используется в военно-морских учениях. В декабре 2019 года инцидент с «взрывом» AIS около острова Эльба сгенерировал тысячи поддельных сигналов AIS от военно-морских судов под голландским флагом, которые появлялись в течение 24 минут, разделенных на три интервала: три минуты для первой атаки, 4 минуты для второй атаки и всего несколько секунд для третьей. [53] Системы AIS могут уменьшить перегрузку, сократив расстояние принимаемых передач. [53] Однако эта перегрузка не была немедленно устранена, поскольку все поддельные сигналы генерировались в радиусе 11 морских миль. [53] Исследование 2021 года, проведенное Андрожной и др., приписывает подделку военно-морским учениям по радиоэлектронной борьбе, учитывая, что ошибки джиттера и уровни RSSI поддельных сообщений соответствовали таковым у настоящих военных кораблей. [54]

18 июня 2021 года приемники AIS в Черноморске , Украина, сообщили, что HMS Defender и HNLMS Evertsen якобы направляются в сторону российской военной базы Севастополь в аннексированном Крыму , в то время как корабли были благополучно пришвартованы в Одессе , согласно многочисленным трансляциям веб-камер в порту и свидетельствам очевидцев, что подразумевало, что фальсифицированные данные AIS были введены в систему неизвестной стороной. [55] Несколько дней спустя, 22–23 июня, корабли вышли из Одессы и действительно прошли мимо побережья Крыма, при этом Россия обвинила флот в нарушении ее территории, в то время как командование Великобритании настаивало на том, что корабли плыли в международных водах. [56]

В марте 2021 года аналогичный инцидент был зарегистрирован шведскими вооруженными силами, корабли которых были ошибочно представлены системой AIS как находящиеся в российских водах недалеко от Калининграда . [57]

В июле 2021 года исследователь Бьорн Бергман обнаружил почти 100 наборов поддельных данных AIS в период с сентября 2020 года по август 2021 года, причем почти все они были поддельными военными кораблями НАТО и Европы. [58] Он сказал, что данные появились в системе так, как будто они были получены наземными (не спутниковыми) приемниками, что заставило его поверить, что данные не вводятся поддельными радиопередачами, а скорее внедряются в потоки данных, используемые веб-сайтами AIS. [58] Тодд Хамфрис, директор Радионавигационной лаборатории Техасского университета в Остине, заявил, что «хотя я не могу точно сказать, кто это делает, данные соответствуют шаблону дезинформации, которым обычно занимаются наши российские друзья». [58]

Политический

Подделка AIS также использовалась для влияния на государственные геополитические цели и их достижения. В 2019 году иранские государственные деятели подделывали сигналы AIS, чтобы заставить британский нефтяной танкер Stena Impero зайти в иранские воды, где он был захвачен и использован в качестве разменной монеты в переговорах по обмену. [59]

Синяя преступность

Использование подмены AIS не ограничивается военными или политическими целями. Морские данные показали более 500 случаев, когда суда манипулировали своими спутниковыми навигационными системами, чтобы скрыть свое местоположение. Его использование варьировалось от китайских рыболовных флотов, скрывающих операции в защищенных водах, танкеров, скрывающих остановки в иранских нефтяных портах, контейнеровозов, скрывающих поездки на Ближнем Востоке, и, как сообщается, также контрабандой оружия и наркотиков. [60]

В период с 2008 по 2018 год преступники в Южном океане маскировали незаконные рыболовные операции, манипулируя регистром судна «Андрей Долгов» и передавая до 100 одновременных и идентичных сигналов AIS, чтобы скрыть местонахождение судна. [61]

Уклонение от санкций

В марте 2021 года расследование Совета Безопасности ООН по фактам уклонения от санкций со стороны Корейской Народно-Демократической Республики показало, что суда без флага поставляли очищенные нефтепродукты в КНДР с мая по октябрь 2020 года. [62] Спутниковые снимки от 8 июля 2020 года зафиксировали, как одно из исследуемых судов, An Ping, поставляло незарегистрированную очищенную нефть в Нампхо, Северная Корея. [62] В период с июня по июль 2020 года, в течение периода поставки, судно не передавало сигналы AIS. [62]

Меаконинг

Устройства Meaconing перехватывают, записывают и воспроизводят подлинные сигналы AIS. [63] В отличие от устройств глушения, пользователи могут намеренно передавать данные на выбранных частотах и ​​в выбранное время. [63] Однако Meaconing не может подделывать данные передачи и может только воспроизводить более ранние передачи. [63] Предварительно записанные сигналы, передаваемые устройствами Meaconing, обманывают терминалы, обрабатывая полученный сигнал как указание на то, что судно находится в тот самый момент в месте, где сигнал был впервые записан. [63]

Контрмеры

Передатчики и приемники могут защищать судовые навигационные системы от атак AIS, оснащая устройства протоколами, которые аутентифицируют отправленные сигналы и проверяют полученные сигналы. [64]

Некриптографический

Методы анализа сигналов и состояний [65]
Приемники отслеживают временные метки сигналов, чтобы проверить их правдоподобность. Например, приемник может пометить как подозрительное судно, которое достигает определенной точки быстрее, чем это возможно, учитывая позиции приемника и передатчика, а также задержку, частоту и другие точки данных, предоставленные в переданных сигналах. Системы могут использовать один или оба типа приемников для фильтрации входных данных и защиты от атак спуфинга или подслушивания. Они не могут защитить от атак с использованием помех, учитывая, что нет сигналов для измерения и сравнения друг с другом, если передачи подавлены. Системы, оснащенные приемниками моментальных снимков, записывают передачи прерывисто, тогда как приемники слежения непрерывно записывают определенные сигналы GNSS. В случае спуфинга или подслушивания последний обеспечивает подлинный контрапункт для манипулируемых данных AIS.
Методы антенных решеток/Мультиантенные методы [66]
Суда, оснащенные несколькими антеннами, могут использовать точки данных пространственного измерения для определения направления прибытия (DOA) сигналов. Эта техника может защитить от поддельных данных AIS, отмечая различные сигналы, поступающие с одного и того же направления.
Технологии интеллектуальных антенн также могут работать согласованно, используя предварительное кодирование с нулевым принуждением для обхода атак по глушению путем передачи сигналов в частотных каналах, обратных целевой частоте.
Инерциальные системы [66]
Инерциальные системы — это устройства, которые измеряют положение судна с течением времени с помощью датчиков движения и гироскопов. Эти устройства оценивают будущие положения на основе измерений скорости, ускорения и ориентации. Обнаруженные аномалии, которые отклоняются от ожидаемого шаблона, могут быть помечены для более тщательного изучения.

Криптографический

Меры шифрования защищают информацию, гарантируя, что конфиденциальная информация достигнет предполагаемой цели, если у последней есть уникальный ключ дешифрования. Передача также может скрывать информацию («водяной знак»), который проверяет личность отправителя. Эти меры гарантируют, что субъекты не смогут выдавать себя за подлинные сигналы, если у них нет этих секретных кодов или информации. [67]
Протоколы аутентификации включают цифровые подписи отправителя, которые направляют получателей к ключам дешифрования, распространяемым третьими лицами, которые проверяют личность получателя. Однако цифровые подписи не могут защитить от подмены, поскольку подлинное сообщение подписи было записано вместе с исходной передачей. [68]
Системы также могут использовать протоколы Timed Efficient Stream Loss-Tolerant Authentication (TESLA) для расшифровки передач с помощью секретных ключей, которые отправляются только после того, как зашифрованное сообщение обнаружено системой. Цепочки TESLA формируются, когда каждое сообщение расшифровывает предыдущее и расшифровывает следующее. Длинные цепочки неэффективны; однако они хорошо защищены от подмены, поскольку злоумышленникам потребуется доступ ко всем предыдущим сообщениям в цепочке. [69]

ГНСС

Контрмеры атак AIS не могут защитить в случае нарушения сигналов GNSS (или GPS), в результате чего все системы на основе GNSS, включая AIS, перестанут функционировать. [70]
Наблюдаемые испытания противоспутникового оружия Соединенными Штатами, Индией, Китаем и Россией продемонстрировали, что субъекты национальных государств обладают возможностью уничтожать спутники и подразумевать уничтожение систем на базе ГНСС. [71] В ноябре 2021 года Россия запустила наземную ракету, которая уничтожила выведенный из эксплуатации советский спутник «Космос-1408», создав облако высокоскоростного космического мусора, вращающегося на той же орбите, что и Международная космическая станция и другие спутники. [71]


Исследовать

Растет объем литературы по методам использования данных AIS для обеспечения безопасности и оптимизации мореплавания, а именно: анализ трафика , обнаружение аномалий, извлечение и прогнозирование маршрута, обнаружение столкновений, планирование пути, выбор маршрута с учетом погоды, оценка рефракции атмосферы и многое другое [72] [73] [74] [75]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "AIS Transponders". Imo.org . Получено 22 февраля 2021 г. .
  2. ^ «Избегание обнаружения: команда отслеживает попытку Ирана скрыть свой экспорт нефти». The Jerusalem Post | JPost.com . 25 октября 2018 г.
  3. ^ "Анализ ЭМС систем универсальной автоматической идентификации и общественной корреспонденции в морском диапазоне ОВЧ" (PDF) . Transition.fcc.gov . Получено 16 февраля 2015 г. .
  4. ^ "Вклад AIS в интернет". www.marinetraffic.com . Получено 29 июля 2014 г. .
  5. ^ Лучшие фотографии пользователей, Сообщество Vessel Tracker. Получено 14 октября 2008 г.
  6. ^ "Сводный текст: 32002L0059 — EN — 16.03.2011".
  7. ^ «Семь вещей, которые вы должны знать об AIS». 31 января 2018 г.
  8. ^ "Atlantis покидает Колумбус с радиоприцелом на морское движение Земли". ESA . 4 декабря 2009 г. Архивировано из оригинала 8 декабря 2009 г. Получено 6 декабря 2009 г.
  9. ^ "LUXSPACE Sarl - LuxSpace успешно запускает спутник AIS на PSLV". LuxSpace. Архивировано из оригинала 2010-05-29 . Получено 2012-04-11 .
  10. ^ "Спутниковый приемник ЕКА обеспечивает отслеживание движения морских судов по всему миру". ЕКА . 23 апреля 2009 г. Получено 6 декабря 2009 г.
  11. ^ [1] Архивировано 29 сентября 2010 г. на Wayback Machine.
  12. ^ "SpaceQuest получает сообщения AIS SART с орбиты". Курт Швер. 29 апреля 2010 г. Получено 6 августа 2011 г.
  13. ^ Норск Ромсентер. «Хьем». Ромсентер.номер . Проверено 16 февраля 2015 г.
  14. ^ [2] Архивировано 22 ноября 2010 г. на Wayback Machine.
  15. ^ de Selding, Peter (2015-06-09). "Harris, exactEarth to Place AIS Gear on Iridium Craft". Space News . Получено 9 июня 2015 г.
  16. ^ abc "ORBCOMM объявляет окно запуска для второй миссии OG2". www.businesswire.com . 16 октября 2015 г.
  17. ^ «Данные спутникового отслеживания судов Spire облегчают наблюдение за судами из космоса». 29 августа 2017 г.
  18. ^ «Руководство IALA G1117: Обзор системы обмена данными VHF (VDES)» (PDF) (2-е изд.). IALA . Декабрь 2017 г.
  19. ^ «После 20 лет службы АИС готовится к крупной модернизации». The Maritime Executive . 2023-01-18.
  20. ^ Рекомендация МСЭ-Р М.2092. Технические характеристики системы обмена данными УКВ в диапазоне морской подвижной связи УКВ. Международный союз электросвязи . Получено 19.01.2023 .{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  21. ^ "Типы систем автоматической идентификации". Навигационный центр береговой охраны США . Получено 13 июля 2010 г.
  22. ^ Технический комитет 80 МЭК. "Оборудование и системы морской навигации и радиосвязи" (PDF) . МЭК. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-10-03 . Получено 2012-04-25 .{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  23. ^ "Tron AIS-SART - AIS-SART / Радар SART". JOTRON . Получено 2012-04-25 .
  24. ^ ab [3] Архивировано 30 января 2012 г. на Wayback Machine
  25. ^ Морской институт. "Автоматическая идентификационная система (АИС): подход с учетом человеческого фактора" (PDF) . www.nautinst.org . Морской институт. Архивировано из оригинала (PDF) 12 августа 2011 г. . Получено 25 января 2015 г. .
  26. ^ "AIS Data Week, 9-13 марта 2020 г.". Статистический отдел Организации Объединенных Наций . Получено 14 января 2021 г.
  27. ^ "Справочник АИС". Статистический отдел Организации Объединенных Наций . Получено 14 января 2021 г.
  28. ^ "M.1371-0 (11/98): Технические характеристики универсальной судовой автоматической идентификационной системы с временным разделением множественного доступа в диапазоне морской подвижной связи VHF". 1998-11-02.
  29. ^ "M.1371 (Current): Технические характеристики универсальной судовой автоматической идентификационной системы с временным разделением множественного доступа в диапазоне морской подвижной связи VHF". Февраль 2014 г.
  30. ^ ab "Белая книга по новой технологии "SOTDMA" класса B". Digital Yacht News . 2018-11-16.
  31. ^ Эллисон, Бен (2015-06-25). «SOTDMA Class B AIS, «новый» средний путь?». Panbo .
  32. ^ Эллисон, Бен (2020-01-06). "Скорость передачи сигналов SO и CS класса B AIS, правда или путаница". Panbo .
  33. ^ "Белая книга по новому стандарту AIS класса B V1.01" (PDF) . Digital Yacht Ltd. Ноябрь 2018 г.
  34. ^ Рекомендация МСЭ-Р М.1371-5. Технические характеристики автоматической идентификационной системы с использованием временного разделения множественного доступа в диапазоне морской подвижной связи УКВ (Рекомендация МСЭ-Р М.1371-5). Международный союз электросвязи . Получено 07.08.2017 .{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  35. ^ "Сообщения AIS". Центр навигации Береговой охраны США . Получено 13 июля 2010 г.
  36. ^ "Циркуляр 289: Руководство по использованию сообщений, специфичных для приложений АИС" (PDF) . ИМО . Получено 9 июля 2011 г. .
  37. ^ Александр, Ли; Швер, Зеттерберг (2010). «Создание регистра двоичных сообщений IALA AIS: рекомендуемый процесс» (PDF) . Конференция IALA . 17 : 108–115.
  38. ^ "AIS Application Specific Messages". IALA-AISM . Получено 2017-11-16 .
  39. ^ МЭК 61993-2, пункт 6.2
  40. ^ Патент США 5506587, Ланс, Хокан, «Система индикации положения», выдан 09.04.1996, передан GP&C Systems International AB 
  41. ^ Сертификат повторной экспертизы USPTO ex-parte (7428-й), выданный 30 марта 2010 г.
  42. ^ ab "Учебник RTL-SDR: Дешевое отслеживание судов AIS". rtl-sdr.com . 2013-04-29 . Получено 2020-12-11 .
  43. ^ ab Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: анализ уязвимости и концепции смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 178-179.
  44. ^ Международный союз электросвязи. (март 2012 г.) «ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛОСЫ 156–174 МГц СТАНЦИЯМИ МОРСКОЙ ПОДВИЖНОЙ СЛУЖБЫ». (PDF). itu.int. Получено 25 мая 2024 г.
  45. ^ "Уязвимости, обнаруженные в глобальных системах отслеживания судов - Блог Security Intelligence - Trend Micro". Blog.trendmicro.com. 2013-10-16 . Получено 16 февраля 2015 г.
  46. ^ "Оценка безопасности автоматизированной системы идентификации AIS" (PDF) . International Secure Systems Lab. Архивировано из оригинала (PDF) 2 января 2015 г. Получено 16 февраля 2015 г.
  47. ^ "trendmicro/ais". GitHub . Получено 16 февраля 2015 г.
  48. ^ "Цифровые пираты судов: Исследователи взломали систему отслеживания судов". Net-security.org. 2013-10-16 . Получено 16 февраля 2015 г.
  49. ^ «Правда о подмене AIS: веб-отслеживание уязвимо, но... | PassageMaker». www.passagemaker.com . 21 апреля 2017 г. . Получено 24.06.2021 .
  50. ^ abcd Андрожна, А.; Перкович, М.; Павич, И.; Мишкович, Й. (май 2021 г.) «Уязвимость данных AIS, выявленная в ходе исследования случая подмены». Прикладные науки . 11(11). стр. 7.
  51. ^ Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: анализ уязвимости и концепции смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр.184.
  52. ^ abc Pröschold, J. «Nye oplysninger россыпь к russiske krigsskibe i Midten of Danmarks største gps-angreb». politiken.dk. Проверено 27 мая 2024 г.
  53. ^ abc Андрожна, А.; Перкович, М.; Павич, И.; Мишкович, Й. (май 2021 г.) «Уязвимость данных AIS, выявленная в ходе исследования случая подмены». Прикладные науки . 11(11). С. 11-12.
  54. ^ Андрожна, А.; Перкович, М.; Павич, И.; Мишкович, Й. (май 2021 г.) «Уязвимость данных AIS, выявленная в ходе исследования случая подмены». Прикладные науки . 11(11). стр. 16.
  55. ^ «Позиции двух кораблей НАТО были сфальсифицированы вблизи российской военно-морской базы в Черном море». USNI News . 2021-06-21 . Получено 2021-06-23 .
  56. ^ "Великобритания отрицает, что Россия произвела предупредительные выстрелы вблизи британского военного корабля". BBC News . 2021-06-23 . Получено 2021-06-23 .
  57. ^ Бейтман, Том (28.06.2021). «Поддельные корабли, реальный конфликт: как дезинформация попала в открытое море». euronews . Получено 29.06.2021 .
  58. ^ abc Харрис, Марк (2021-07-29). «Призрачные военные корабли сеют хаос в зонах конфликта — новейшее оружие в глобальной информационной войне — поддельные суда, ведущие себя плохо». Wired (журнал) . Его поиск обнаружил почти сотню наборов сообщений от нескольких поставщиков данных AIS, начиная с сентября прошлого года и охватывая тысячи миль. Еще более тревожно то, что затронутые корабли были почти исключительно военными судами из стран Европы и НАТО, включая по крайней мере две американские атомные подводные лодки. ... Бергман не нашел никаких доказательств, напрямую связывающих поток поддельных треков AIS с какой-либо страной, организацией или отдельным лицом. Но они соответствуют российской тактике, говорит Тодд Хамфрис, директор Радионавигационной лаборатории Техасского университета в Остине. ... Всего через два дня после того, как трек AIS HMS Defender был подделан, российские силы предположительно произвели предупредительные выстрелы по эсминцу во время транзита вблизи побережья Крыма. «Представьте, что эти выстрелы достигли цели, а Россия заявила, что показала, что корабли НАТО действуют в ее водах», — говорит Хамфрис. «Запад может возмущаться, но пока Россия может заполонить систему достаточным количеством дезинформации, она может создать ситуацию, когда не будет ясно, что ее агрессия была ошибочной. Они любят действовать на такой туманной территории».
  59. ^ Визе Бокманн, М. «Захваченный британский танкер, вероятно, «подделан» Ираном». lloydslist.com. Получено 27 мая 2024 г.
  60. ^ Курманаев, Анатолий (2022-09-03). «Как подозрительные суда используют GPS для обхода международного права». The New York Times . Архивировано из оригинала 2022-09-03 . Получено 2023-07-07 .
  61. ↑ Грей, Р. «Охота на рыбных пиратов, которые эксплуатируют море». bbc.com. Получено 27 мая 2024 г.
  62. ^ abc Совет Безопасности Организации Объединенных Наций. «Note transmission final report of the Panel of Experts Established during the Security Council Resolution 1874 (2009) concerning the Democratic People's Republic of Korea». (PDF). digitallibrary.un.org. Получено 25 мая 2024 г.
  63. ^ abcd Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: анализ уязвимости и концепции смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 185.
  64. ^ Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: концепции анализа уязвимости и смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 193.
  65. ^ Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: концепции анализа уязвимости и смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 186.
  66. ^ ab Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: анализ уязвимости и концепции смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 187.
  67. ^ Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: анализ уязвимости и концепции смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 188.
  68. ^ Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: анализ уязвимости и концепции смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 189.
  69. ^ Лазаро, Ф.; Раулефс, Р.; Бартц, Х.; Йерковиц, Т. (сентябрь 2021 г.). «VDES R-Mode: анализ уязвимости и концепции смягчения». Международный журнал спутниковой связи и сетей . 41(2). стр. 190-192.
  70. ^ Зорри, ДМ; Кесслер, ГК (2024). «Позиционирование, навигация и синхронизация вооружения в морской сфере Ориентация в эпоху больших системных конфликтов». (PDF). Joint Force Quarterly (JFQ) . 112(1). стр.14.
  71. ^ ab Cameron, JJ«Россия доказала, что может сбить спутник. Делает ли это космос менее безопасным?». washingtonpost.com. Получено 27 мая 2024 г.
  72. ^ Ту, Э.; Чжан, Г.; Рахмавати, Л.; Раджабалли, Э.; Хуан, Г. (май 2018 г.). «Использование данных АИС для интеллектуальной морской навигации: комплексное исследование от данных до методологии». Труды IEEE по интеллектуальным транспортным системам . 19 (5): 1559–1582. doi : 10.1109/TITS.2017.2724551. ISSN  1524-9050. S2CID  8334698.
  73. ^ Millefiori, LM; Zissis, D.; Cazzanti, L.; Arcieri, G. (декабрь 2016 г.). «Распределенный подход к оценке операционных регионов морского порта на основе большого количества данных AIS». Международная конференция IEEE по большим данным (Big Data) 2016 г. стр. 1627–1632. doi :10.1109/BigData.2016.7840774. ISBN 978-1-4673-9005-7. S2CID  16817373.
  74. ^ Spiliopoulos, G.; Chatzikokolakis, K.; Zissis, D.; Biliri, E.; Papaspyros, D.; Tsapelas, G.; Mouzakitis, S. (декабрь 2017 г.). «Извлечение знаний из морских пространственно-временных данных: оценка алгоритмов кластеризации на больших данных». Международная конференция IEEE 2017 г. по большим данным (Big Data) . стр. 1682–1687. doi :10.1109/BigData.2017.8258106. ISBN 978-1-5386-2715-0. S2CID  3577670.
  75. ^ Тан, Вэньлун; Ча, Хао; Вэй, Мин; Тянь, Бин; Жэнь, Сичуан (2019-12-20). «Оценка рефракции атмосферы по мощности сигнала AIS с использованием алгоритма оптимизации роя квантовых частиц». Open Geosciences . 11 (1): 542–548. Bibcode :2019OGeo...11...44T. doi : 10.1515/geo-2019-0044 .

Внешние ссылки