Système d'identification automatique

Le système d'identification automatique ( AIS ) est un système de suivi automatique qui utilise des émetteurs-récepteurs sur les navires et est utilisé par les services de trafic maritime (VTS). Lorsque des satellites sont utilisés pour recevoir des signatures AIS, le terme AIS par satellite (S-AIS) est utilisé. Les informations AIS complètent le radar marin , qui reste la principale méthode d' évitement des collisions pour le transport maritime. Bien que techniquement et opérationnellement distinct, le système ADS-B est analogue à l'AIS et remplit une fonction similaire pour les aéronefs.

Les informations fournies par l'équipement AIS, telles que l'identification unique, la position , le cap et la vitesse, peuvent être affichées sur un écran ou un système d'affichage de cartes électroniques et d'informations (ECDIS). L'AIS est destiné à aider les officiers de surveillance d'un navire et à permettre aux autorités maritimes de suivre et de surveiller les mouvements du navire. L'AIS intègre un émetteur-récepteur VHF normalisé avec un système de positionnement tel qu'un récepteur du système de positionnement global , avec d'autres capteurs de navigation électroniques, tels qu'un gyrocompas ou un indicateur de vitesse de giration . Les navires équipés d'émetteurs-récepteurs AIS peuvent être suivis par des stations de base AIS situées le long des côtes ou, lorsqu'ils sont hors de portée des réseaux terrestres, par un nombre croissant de satellites équipés de récepteurs AIS spéciaux capables de déconflictuer un grand nombre de signatures.

La Convention internationale pour la sauvegarde de la vie humaine en mer de l'Organisation maritime internationale exige que l'AIS soit installé à bord des navires de voyage internationaux d' une jauge brute de 300 ou plus (GT) et de tous les navires à passagers, quelle que soit leur taille. Pour diverses raisons, les navires peuvent éteindre leurs émetteurs-récepteurs AIS.

L'AIS est destiné, en premier lieu, à permettre aux navires de visualiser le trafic maritime dans leur zone et d'être vus par ce trafic. Cela nécessite un émetteur-récepteur AIS VHF dédié qui permet de visualiser le trafic local sur un traceur de cartes ou un écran d'ordinateur compatible AIS tout en transmettant des informations sur le navire lui-même à d'autres récepteurs AIS. Les autorités portuaires ou autres installations à terre peuvent être équipées uniquement de récepteurs, afin de pouvoir visualiser le trafic local sans avoir à transmettre leur propre position. Tous les émetteurs-récepteurs AIS équipés du trafic peuvent être visualisés de cette manière de manière très fiable, mais ils sont limités à la portée VHF , soit environ 10 à 20 milles nautiques.

Si un traceur de cartes approprié n'est pas disponible, les signaux d'un émetteur-récepteur AIS local peuvent être visualisés via un ordinateur à l'aide d'une des nombreuses applications informatiques telles que ShipPlotter, GNU AIS ou OpenCPN . Ces applications démodulent le signal d'un radiotéléphone VHF marin modifié réglé sur les fréquences AIS et le convertissent en un format numérique que l'ordinateur peut lire et afficher sur un moniteur ; ces données peuvent ensuite être partagées via un réseau local ou étendu , mais seront toujours limitées à la portée collective des récepteurs radio utilisés dans le réseau. Étant donné que les applications de surveillance AIS par ordinateur et les émetteurs-récepteurs radio VHF normaux ne possèdent pas d'émetteurs-récepteurs AIS, ils peuvent être utilisés par des installations à terre qui n'ont pas besoin de transmettre ou comme une alternative peu coûteuse à un dispositif AIS dédié pour les petits navires pour visualiser le trafic local mais, bien sûr, l'utilisateur restera invisible pour les autres trafics sur le réseau.

Une utilisation secondaire, non planifiée et émergente des données AIS consiste à les rendre consultables publiquement, sur Internet, sans avoir besoin d'un récepteur AIS. Les données mondiales des émetteurs-récepteurs AIS collectées à partir de stations satellites et de stations côtières connectées à Internet sont agrégées et mises à disposition sur Internet par l'intermédiaire d'un certain nombre de fournisseurs de services. Les données agrégées de cette manière peuvent être consultées sur n'importe quel appareil compatible Internet pour fournir des données de position quasi mondiales en temps réel depuis n'importe où dans le monde. Les données typiques comprennent le nom du navire, les détails, l'emplacement, la vitesse et le cap sur une carte, sont consultables, ont une portée mondiale potentiellement illimitée et l'historique est archivé. La plupart de ces données sont gratuites, mais les données satellite et les services spéciaux tels que la recherche dans les archives sont généralement fournis moyennant des frais. Les données sont en lecture seule et les utilisateurs ne seront pas visibles sur le réseau AIS lui-même. Les récepteurs AIS basés à terre contribuant à Internet sont principalement gérés par un grand nombre de bénévoles. Les applications mobiles AIS sont également facilement disponibles pour une utilisation avec les appareils Android, Windows et iOS. Voir les liens externes ci-dessous pour une liste des fournisseurs de services AIS basés sur Internet. Les propriétaires de navires et les répartiteurs de fret utilisent ces services pour trouver et suivre les navires et leurs cargaisons, tandis que les passionnés de la mer peuvent enrichir leurs collections de photographies.

Au niveau le plus simple, l'AIS fonctionne entre des paires d'émetteurs-récepteurs radio, dont l'un est toujours à bord d'un navire. L'autre peut être à bord d'un navire, à terre (terrestre) ou sur un satellite. Ces opérations représentent respectivement les opérations navire à navire, navire à terre et navire à satellite, et se suivent dans cet ordre.

L' accord SOLAS de l'OMI de 2002 incluait une obligation qui imposait à la plupart des navires de plus de 300 GT effectuant des voyages internationaux d'être équipés d'un émetteur-récepteur AIS de classe A. Il s'agissait de la première obligation d'utilisation d'équipements AIS et concernait environ 100 000 navires.

En 2006, le comité de normalisation AIS a publié la spécification de l'émetteur-récepteur AIS de type B, conçue pour permettre la création d'un appareil AIS plus simple et moins coûteux. Des émetteurs-récepteurs de classe B à faible coût sont devenus disponibles la même année, déclenchant l'adoption de mandats par de nombreux pays et rendant l'installation à grande échelle d'appareils AIS sur des navires de toutes tailles commercialement viable.

Depuis 2006, les comités techniques de normalisation AIS ont continué à faire évoluer la norme AIS et les types de produits pour couvrir une large gamme d'applications, des plus gros navires aux petits bateaux de pêche et aux canots de sauvetage. En parallèle, les gouvernements et les autorités ont lancé des projets visant à équiper différentes classes de navires d'un dispositif AIS afin d'améliorer la sécurité. La plupart des mandats se concentrent sur les navires commerciaux, les navires de plaisance choisissant de s'équiper de manière sélective. En 2010, la plupart des navires commerciaux opérant sur les voies navigables intérieures européennes devaient être équipés d'un émetteur-récepteur AIS certifié de classe A, tous les bateaux de pêche de l'UE de plus de 15 m doivent être équipés d'un émetteur-récepteur AIS de classe A d'ici mai 2014, et les États-Unis ont une extension de longue date de leurs règles d'équipement AIS existantes qui devrait entrer en vigueur en 2013. On estime qu'en 2012, quelque 250 000 navires ont été équipés d'un émetteur-récepteur AIS d'un type ou d'un autre, avec 1 million de navires supplémentaires qui devront le faire dans un avenir proche et des projets encore plus importants sont à l'étude. 1

L'AIS a été développé dans les années 1990 comme un réseau d'identification et de suivi à haute intensité et à courte portée. Les émetteurs- récepteurs AIS embarqués et terrestres ont une portée horizontale très variable, mais généralement seulement jusqu'à environ 74 kilomètres (46 miles). Les limitations approximatives de propagation en ligne de visée signifient que l'AIS terrestre (T-AIS) est perdu au-delà des eaux côtières. En plus des émetteurs-récepteurs exploités par les autorités portuaires et maritimes, il existe également un vaste réseau d'émetteurs-récepteurs privés.

Dans les années 1990, on ne s'attendait pas à ce que l'AIS soit détectable depuis l'espace. Néanmoins, depuis 2005, diverses entités expérimentent la détection des transmissions AIS à l'aide de récepteurs par satellite et, depuis 2008, des entreprises telles que [[Kinéis]], L3Harris , exactEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire et également des programmes gouvernementaux ont déployé des récepteurs AIS sur des satellites. Le schéma d'accès radio à accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) utilisé par le système AIS crée des problèmes techniques importants pour la réception fiable des messages AIS de tous les types d'émetteurs-récepteurs : Classe A, Classe B, Identifier, AtoN et SART. Cependant, l'industrie cherche à résoudre ces problèmes en développant de nouvelles technologies et au cours des prochaines années, la restriction actuelle des systèmes AIS par satellite aux messages de classe A devrait considérablement s'améliorer avec l'ajout de messages de classe B et d'identifiant.

Le défi fondamental pour les opérateurs de satellites AIS est la capacité à recevoir simultanément un très grand nombre de messages AIS à partir de la large zone de réception d'un satellite. Il existe un problème inhérent à la norme AIS : le schéma d'accès radio TDMA défini dans la norme AIS crée 4 500 créneaux horaires disponibles par minute, mais ce nombre peut être facilement dépassé par les grandes zones de réception des satellites et le nombre croissant d'émetteurs-récepteurs AIS, ce qui entraîne des collisions de messages que le récepteur satellite ne peut pas traiter. Des entreprises telles qu'exactEarth développent de nouvelles technologies telles qu'ABSEA, qui seront intégrées aux émetteurs-récepteurs terrestres et satellitaires, ce qui contribuera à la détection fiable des messages de classe B depuis l'espace sans affecter les performances de l'AIS terrestre.

L'ajout de messages de classe A et B par satellite pourrait permettre une couverture AIS véritablement mondiale mais, étant donné que les limitations du TDMA par satellite n'égaleront jamais les performances de réception du réseau terrestre, les satellites augmenteront plutôt qu'ils ne remplaceront le système terrestre.

L'AIS dispose d'une transmission verticale (qu'horizontale) beaucoup plus longue – jusqu'à l'orbite de 400 km de la Station spatiale internationale (ISS).

En novembre 2009, la mission de la navette spatiale STS-129 a fixé deux antennes – une antenne VHF AIS et une antenne radioamateur – au module Columbus de l’ISS. Les deux antennes ont été construites en coopération entre l’ESA et l’ équipe ARISS (Radioamateur sur l’ISS). Depuis mai 2010, l’ Agence spatiale européenne teste un récepteur AIS de Kongsberg Seatex (Norvège) dans un consortium dirigé par l’ établissement norvégien de recherche de défense dans le cadre d’une démonstration technologique pour la surveillance des navires depuis l’espace. Il s’agit d’une première étape vers un service de surveillance AIS par satellite.

En 2009, ORBCOMM a lancé des satellites compatibles AIS en conjonction avec un contrat de la Garde côtière américaine pour démontrer la capacité de collecter des messages AIS depuis l'espace. En 2009, Luxspace , une société basée au Luxembourg , a lancé le satellite RUBIN-9.1 (AIS Pathfinder 2). Le satellite est exploité en coopération avec SES et REDU Space Services. Fin 2011 et début 2012, ORBCOMM et Luxspace ont lancé les microsatellites AIS Vesselsat, l'un sur une orbite équatoriale et l'autre sur une orbite polaire ( VesselSat-2 et VesselSat-1 ).

En 2007, les États-Unis ont testé le suivi AIS depuis l'espace avec le satellite TacSat-2 . Cependant, les signaux reçus étaient corrompus en raison de la réception simultanée de nombreux signaux provenant de l'empreinte du satellite.

En juillet 2009, SpaceQuest a lancé AprizeSat -3 et AprizeSat-4 avec des récepteurs AIS. Ces récepteurs ont pu recevoir avec succès les balises de test SART de la Garde côtière américaine au large d'Hawaï en 2010. En juillet 2010, SpaceQuest et exactEarth du Canada ont annoncé un accord selon lequel les données d'AprizeSat-3 et AprizeSat-4 seraient incorporées dans le système exactEarth et mises à disposition dans le monde entier dans le cadre de leur service exactAIS(TM).

Le 12 juillet 2010, le satellite norvégien AISSat-1 a été lancé avec succès en orbite polaire. Le satellite a pour objectif d'améliorer la surveillance des activités maritimes dans le Grand Nord . AISSat-1 est un nano-satellite, mesurant seulement 20×20×20 cm, équipé d'un récepteur AIS fabriqué par Kongsberg Seatex. Il pèse 6 kilogrammes et a la forme d'un cube.

Le 20 avril 2011, l'Organisation indienne de recherche spatiale a lancé Resourcesat-2 contenant une charge utile S-AIS pour la surveillance du trafic maritime dans la zone de recherche et de sauvetage (SAR) de l'océan Indien. Les données AIS sont traitées au Centre national de télédétection et archivées au Centre indien de données sur les sciences spatiales .

Le 25 février 2013, après un an de retard de lancement, l'Université d'Aalborg a lancé AAUSAT3 . Il s'agit d'un cubesat 1U, pesant 800 grammes, développé exclusivement par des étudiants du Département des systèmes électroniques. Il embarque deux récepteurs AIS, un récepteur traditionnel et un récepteur SDR . Le projet a été proposé et sponsorisé par l' Administration danoise de la sécurité maritime . Il a rencontré un énorme succès et a téléchargé, au cours des 100 premiers jours, plus de 800 000 messages AIS et plusieurs échantillons bruts de signaux radio de 1 MHz. Il reçoit simultanément les deux canaux AIS et a reçu des messages de classe A et de classe B. Le coût, lancement compris, était inférieur à 200 000 €.

Le réseau de satellites AIS d'exactEarth, basé au Canada, offre une couverture mondiale grâce à 8 satellites. Entre janvier 2017 et janvier 2019, ce réseau a été considérablement étendu grâce à un partenariat avec L3Harris Corporation avec 58 charges utiles hébergées sur la constellation Iridium NEXT . De plus, exactEarth participe au développement de la technologie ABSEA qui permettra à son réseau de détecter de manière fiable une proportion élevée de messages de type classe B, ainsi que de classe A.

ORBCOMM exploite un réseau mondial de satellites qui comprend 18 satellites compatibles AIS. Les satellites OG2 ( ORBCOMM Génération 2 ) d'ORBCOMM sont équipés d'une charge utile de système d'identification automatique (AIS) pour recevoir et signaler les transmissions des navires équipés AIS pour le suivi des navires et d'autres efforts de navigation et de sécurité maritimes, et télécharger sur les seize stations terrestres existantes d'ORBCOMM dans le monde.

En juillet 2014, ORBCOMM a lancé les 6 premiers satellites OG2 à bord d'une fusée SpaceX Falcon 9 depuis Cap Canaveral, en Floride. Chaque satellite OG2 transporte une charge utile de récepteur AIS. Les 6 satellites OG2 ont été déployés avec succès en orbite et ont commencé à envoyer des données de télémétrie à ORBCOMM peu après le lancement. En décembre 2015, la société a lancé 11 satellites OG2 supplémentaires compatibles AIS à bord de la fusée SpaceX Falcon 9. Ce lancement dédié a marqué la deuxième et dernière mission OG2 d'ORBCOMM pour compléter sa constellation de satellites de nouvelle génération. Par rapport à ses satellites OG1 actuels, les satellites OG2 d'ORBCOMM sont conçus pour une livraison de messages plus rapide, des tailles de messages plus grandes et une meilleure couverture à des latitudes plus élevées, tout en augmentant la capacité du réseau.

En août 2017, Spire Global Inc. a publié une API qui fournit des données S-AIS améliorées par l'apprentissage automatique (Vessels et Predict) soutenues par sa constellation de plus de 40 nano-satellites.

La corrélation des images optiques et radar avec les signatures S-AIS permet à l'utilisateur final d'identifier rapidement tous les types de navires. L'un des grands atouts du S-AIS est la facilité avec laquelle il peut être corrélé avec des informations supplémentaires provenant d'autres sources telles que le radar, l'optique, l'ESM et d'autres outils liés au SAR tels que le GMDSS SARSAT et AMVER . Le radar par satellite et d'autres sources peuvent contribuer à la surveillance maritime en détectant tous les navires dans des zones maritimes d'intérêt spécifiques, un attribut particulièrement utile pour coordonner un effort de sauvetage à longue distance ou pour faire face à des problèmes de VTS.

En raison de son utilisation croissante au fil du temps, dans certaines zones côtières (par exemple, le détroit de Singapour , les mégaports chinois, certaines parties du Japon), le nombre de navires est tel que les performances de l'AIS en ont été affectées. À mesure que la densité du trafic augmente, la portée du système diminue et la fréquence des mises à jour devient plus aléatoire. C'est pour cette raison que le système d'échange de données VHF (VDES) a été développé : il fonctionnera sur de nouvelles fréquences supplémentaires et les utilisera plus efficacement, permettant une bande passante trente-deux fois plus importante pour les communications sécurisées et la navigation électronique. Le VDES est défini dans la norme UIT M.2092.

L'objectif initial de l'AIS était uniquement d'éviter les collisions, mais de nombreuses autres applications ont été développées depuis et continuent de l'être. L'AIS est actuellement utilisé pour :

Évitement des collisions

L'AIS a été développé par les comités techniques de l'OMI comme une technologie permettant d'éviter les collisions entre les grands navires en mer qui ne sont pas à portée des systèmes terrestres. La technologie identifie chaque navire individuellement, ainsi que sa position et ses mouvements spécifiques, ce qui permet de créer une image virtuelle en temps réel. Les normes AIS incluent une variété de calculs automatiques basés sur ces rapports de position tels que le point d'approche le plus proche (CPA) et les alarmes de collision. Comme l'AIS n'est pas utilisé par tous les navires, il est généralement utilisé en conjonction avec le radar. Lorsqu'un navire navigue en mer, les informations sur le mouvement et l'identité des autres navires à proximité sont essentielles pour que les navigateurs puissent prendre des décisions afin d'éviter les collisions avec d'autres navires et les dangers ( hauts-fonds ou rochers). L'observation visuelle (par exemple, sans aide, jumelles et vision nocturne ), les échanges audio (par exemple, sifflet, klaxons et radio VHF) et le radar ou l'aide au pointage radar automatique sont historiquement utilisés à cette fin. Ces mécanismes de prévention échouent parfois en raison de retards, de limitations du radar, d'erreurs de calcul et de dysfonctionnements de l'affichage, et peuvent entraîner une collision. Alors que les exigences de l'AIS sont d'afficher uniquement des informations textuelles très basiques, les données obtenues peuvent être intégrées à une carte électronique graphique ou à un écran radar, fournissant des informations de navigation consolidées sur un seul écran.

Suivi et contrôle de la flotte de pêche

L'AIS est largement utilisé par les autorités nationales pour suivre et surveiller les activités de leurs flottes de pêche nationales. L'AIS permet aux autorités de surveiller de manière fiable et rentable les activités des navires de pêche le long de leur littoral, généralement jusqu'à une portée de 100 km (60 miles), en fonction de l'emplacement et de la qualité des récepteurs/stations de base basés sur la côte avec des données supplémentaires provenant de réseaux satellitaires.

Sécurité maritime

L'AIS permet aux autorités d'identifier des navires spécifiques et leur activité à l'intérieur ou à proximité de la zone économique exclusive d'un pays . Lorsque les données AIS sont fusionnées avec les systèmes radar existants, les autorités sont en mesure de différencier plus facilement les navires. Les données AIS peuvent être traitées automatiquement pour créer des modèles d'activité normalisés pour les navires individuels, qui, en cas de violation, créent une alerte, mettant ainsi en évidence les menaces potentielles pour une utilisation plus efficace des moyens de sécurité. L'AIS améliore la connaissance du domaine maritime et permet une sécurité et un contrôle accrus. En outre, l'AIS peut être appliqué aux systèmes fluviaux et lacustres d'eau douce .

Aides à la navigation

La norme de produit des aides à la navigation AIS (AtoN) a été développée avec la capacité de diffuser les positions et les noms d'objets autres que les navires, tels que les positions des aides à la navigation et des marqueurs et les données dynamiques reflétant l'environnement du marqueur (par exemple, les courants et les conditions climatiques). Ces aides peuvent être situées sur la côte, comme dans un phare , ou sur l'eau, des plates-formes ou des bouées . La Garde côtière américaine a suggéré que l'AIS pourrait remplacer les racon (balises radar) actuellement utilisés pour les aides à la navigation électroniques. Les AtoN permettent aux autorités de surveiller à distance l'état d'une bouée, comme l'état de la lanterne, ainsi que de transmettre des données en direct à partir de capteurs (tels que la météo et l'état de la mer) situés sur la bouée aux navires équipés d'émetteurs-récepteurs AIS ou aux autorités locales. Un AtoN diffusera sa position et son identité ainsi que toutes les autres informations. La norme AtoN permet également la transmission de positions « AtoN virtuelles » grâce auxquelles un seul appareil peut transmettre des messages avec une « fausse » position de telle sorte qu'un marqueur AtoN apparaisse sur les cartes électroniques, bien qu'un AtoN physique puisse ne pas être présent à cet endroit.

Recherche et sauvetage

Pour coordonner les ressources sur place d'une opération de recherche et de sauvetage (SAR) en mer, il est impératif de disposer de données sur la position et l'état de navigation des autres navires à proximité. Dans de tels cas, l'AIS peut fournir des informations supplémentaires et améliorer la connaissance des ressources disponibles, même si la portée de l'AIS est limitée à la portée radio VHF. La norme AIS envisageait également l'utilisation possible sur les avions SAR et incluait un message (AIS Message 9) pour que les avions signalent leur position. Pour aider les navires et les avions SAR à localiser les personnes en détresse, la spécification (IEC 61097-14 Ed 1.0) pour un émetteur SAR basé sur l'AIS (AIS-SART) a été développée par le groupe de travail AIS TC80 de l'IEC . L'AIS-SART a été ajouté à la réglementation du Système mondial de sécurité et de détresse maritime à compter du 1er janvier 2010. Les AIS-SART sont disponibles sur le marché depuis au moins 2009. Des réglementations récentes ont rendu obligatoire l'installation de systèmes AIS sur tous les navires SOLAS (Safety Of Life At Sea) et sur les navires de plus de 300 tonnes.

Enquête sur un accident

Les informations AIS reçues par le VTS sont importantes pour les enquêtes sur les accidents car elles fournissent des données historiques précises sur l'heure, l'identité, la position GPS, le cap au compas, le cap au sol, la vitesse (par loch/SOG) et les taux de virage, plutôt que les informations moins précises fournies par le radar. Une image plus complète des événements pourrait être obtenue grâce aux données de l'enregistreur de données de voyage (VDR) si elles sont disponibles et conservées à bord pour les détails du mouvement du navire, les communications vocales et les images radar pendant les accidents. Cependant, les données du VDR ne sont pas conservées en raison de la durée de stockage limitée de douze heures requise par l'OMI .

Estimations des courants océaniques

Les estimations des courants de surface océaniques basées sur l'analyse des données AIS sont disponibles auprès de la société française e-Odyn depuis décembre 2015.

Protection des infrastructures

Les informations AIS peuvent être utilisées par les propriétaires d'infrastructures marines sous-marines, telles que des câbles ou des pipelines, pour surveiller les activités des navires à proximité de leurs actifs en temps quasi réel. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour déclencher des alertes afin d'informer le propriétaire et d'éviter potentiellement un incident pouvant endommager l'actif.

Suivi de flotte et de fret

Les gestionnaires de flottes ou de navires peuvent utiliser l'AIS diffusé sur Internet pour suivre la localisation globale de leurs navires. Les répartiteurs de fret ou les propriétaires de marchandises en transit peuvent suivre la progression du fret et anticiper les heures d'arrivée au port.

Statistiques et économie

La Division de statistique des Nations Unies a organisé la Semaine des données AIS pour expérimenter l'analyse des données AIS et fournir des statistiques à la Plateforme mondiale des Nations Unies. Elle a couvert un certain nombre d'études de cas d'utilisation par divers bureaux de statistique, et le Manuel AIS a été élaboré pour capturer l'expérience de cette expérimentation :

• Des indicateurs économiques plus rapides : temps passé au port et trafic portuaire
• Indicateurs maritimes
• Statistiques maritimes officielles : Visites portuaires
• Compléter les statistiques sur les voies navigables intérieures
• Cartographie des activités de pêche
• Navires en détresse
• Émissions de gaz à effet de serre des navires ( NO
  _x, DONC
  _x, et CO
  ₂calcul)
• Prévisions des flux commerciaux en temps réel
• Statistiques expérimentales du nombre quotidien de navires
• Données en temps réel sur les marchandises sèches en vrac transportées par voie maritime

Les émetteurs-récepteurs AIS diffusent automatiquement des informations, telles que leur position, leur vitesse et leur état de navigation, à intervalles réguliers via un émetteur VHF intégré à l'émetteur-récepteur. Les informations proviennent des capteurs de navigation du navire, généralement son récepteur GNSS ( Global Navigation Satellite System ) et son gyrocompas . D'autres informations, telles que le nom du navire et l'indicatif d'appel VHF, sont programmées lors de l'installation de l'équipement et sont également transmises régulièrement. Les signaux sont reçus par des émetteurs-récepteurs AIS installés sur d'autres navires ou sur des systèmes terrestres, tels que les systèmes VTS. Les informations reçues peuvent être affichées sur un écran ou un traceur de cartes, indiquant les positions des autres navires de la même manière qu'un écran radar. Les données sont transmises via un système de suivi qui utilise une liaison de données SOTDMA ( Time-Division Multiple Access) auto-organisée conçue par l'inventeur suédois Håkan Lans .

La norme AIS comprend plusieurs sous-normes appelées « types » qui spécifient les types de produits individuels. La spécification de chaque type de produit fournit une spécification technique détaillée qui garantit l'intégrité globale du système AIS mondial dans lequel tous les types de produits doivent fonctionner. Les principaux types de produits décrits dans les normes du système AIS sont les suivants :

Classe A

Émetteur- récepteur AIS monté sur navire qui fonctionne avec SOTDMA. Destiné aux grands navires commerciaux, le SOTDMA nécessite qu'un émetteur-récepteur conserve une carte de créneaux constamment mise à jour dans sa mémoire afin qu'il ait une connaissance préalable des créneaux disponibles pour la transmission. Les émetteurs-récepteurs SOTDMA annonceront alors à l'avance leur transmission, réservant ainsi efficacement leur créneau de transmission. Les transmissions SOTDMA sont donc prioritaires au sein du système AIS. Cela est réalisé grâce à 2 récepteurs en fonctionnement continu. Les unités de classe A doivent avoir un écran intégré, transmettre à 12,5 W, une capacité d'interface avec plusieurs systèmes de navire et offrir une sélection sophistiquée de fonctionnalités et de fonctions. Le taux de transmission par défaut est de quelques secondes. Les appareils conformes à la classe A AIS reçoivent tous les types de messages AIS.

Classe B

Il existe désormais deux spécifications OMI distinctes pour les émetteurs-récepteurs de classe B (destinés aux marchés commerciaux et de loisirs plus légers) : un système d'accès multiple par répartition dans le temps à détection de porteuse (CSTDMA) et un système qui utilise SOTDMA (comme en classe A).Dans le système CSTDMA d'origine, défini dans la norme ITU M.1371-0 et désormais appelé Classe B « CS » (ou officieusement Classe B/CS), les émetteurs-récepteurs écoutent la carte des créneaux horaires immédiatement avant de transmettre et recherchent un créneau dans lequel le « bruit » dans le créneau est identique (ou similaire) au bruit de fond, indiquant ainsi que le créneau n'est pas utilisé par un autre dispositif AIS. La classe B « CS » transmet à 2 W et n'a pas besoin d'avoir un écran intégré : les unités de classe B « CS » peuvent être connectées à la plupart des systèmes d'affichage où les messages reçus seront affichés dans des listes ou superposés sur des cartes. Le débit de transmission par défaut est normalement de trente secondes, mais il peut varier en fonction de la vitesse du navire ou des instructions des stations de base. La norme Classe B « CS » exige un GPS intégré et certains indicateurs LED . Les équipements de classe B « CS » reçoivent tous les types de messages AIS.Le nouveau système SOTDMA de classe B « SO », parfois appelé classe B/SO ou classe B+, utilise le même algorithme de recherche de créneau horaire que la classe A et a la même priorité de transmission que les émetteurs de classe A, ce qui contribue à garantir qu'il sera toujours en mesure de transmettre. La technologie de classe B « SO » modifiera également sa vitesse de transmission en fonction de la vitesse du navire, jusqu'à toutes les cinq secondes sur 23 nœuds, au lieu de la vitesse constante de toutes les trente secondes de la classe B « CS ». Enfin, la classe B « SO » diffusera également à une puissance de 5 W au lieu des 2 W précédents de la classe B « CS ».

Station de base

Émetteur-récepteur AIS basé à terre (émission et réception) qui fonctionne en SOTDMA. Les stations de base disposent d'un ensemble complexe de fonctionnalités et de fonctions qui, dans la norme AIS, sont capables de contrôler le système AIS et tous les appareils qui y fonctionnent. Possibilité d'interroger les émetteurs-récepteurs individuels pour obtenir des rapports d'état et/ou transmettre des changements de fréquence.

Aides à la navigation (AtoN)

Émetteur-récepteur terrestre ou sur bouée (émission et réception) fonctionnant selon un système d'accès multiple par répartition dans le temps à accès fixe (FATDMA). Conçu pour collecter et transmettre des données relatives aux conditions de mer et météorologiques ainsi que pour relayer des messages AIS afin d'étendre la couverture du réseau.

Émetteur-récepteur de recherche et de sauvetage (SART)

Dispositif AIS spécialisé créé comme balise de détresse d'urgence qui fonctionne à l'aide d'un accès multiple par répartition dans le temps avant annonce (PATDMA), ou parfois appelé « SOTDMA modifié ». L'appareil sélectionne au hasard un créneau horaire pour transmettre et transmettra une rafale de huit messages par minute pour maximiser la probabilité de transmission réussie. Un SART est nécessaire pour transmettre jusqu'à un maximum de cinq milles et transmet un format de message spécial reconnu par d'autres dispositifs AIS. L'appareil est conçu pour une utilisation périodique et uniquement en cas d'urgence en raison de son fonctionnement de type PATDMA qui met à rude épreuve la carte des créneaux horaires.

Émetteurs-récepteurs AIS spécialisés

Malgré l'existence de spécifications AIS publiées par l'OMI/CEI, un certain nombre d'autorités ont autorisé et encouragé le développement d'appareils AIS hybrides. Ces appareils cherchent à maintenir l'intégrité de la structure et de la conception de transmission AIS de base pour assurer la fiabilité opérationnelle, mais à ajouter une gamme de fonctionnalités et de fonctions supplémentaires pour répondre à leurs besoins spécifiques. L'émetteur-récepteur AIS « Identifier » est l'un de ces produits dont la technologie CSTDMA de classe B de base est conçue pour garantir que l'appareil transmet en totale conformité avec les spécifications de l'OMI, mais un certain nombre de modifications ont été apportées pour lui permettre d'être alimenté par batterie, à faible coût et plus facile à installer et à déployer en grand nombre. Ces appareils ne bénéficieront pas d'une certification internationale selon une spécification de l'OMI car ils seront conformes à une partie de la spécification pertinente. En général, les autorités effectueront leur propre évaluation technique détaillée et des tests pour s'assurer que le fonctionnement de base de l'appareil ne nuit pas au système AIS international.

Les récepteurs AIS ne sont pas spécifiés dans les normes AIS, car ils ne transmettent pas. La principale menace pour l'intégrité de tout système AIS est la non-conformité des transmissions AIS, d'où la nécessité de spécifications rigoureuses pour tous les appareils AIS de transmission. Cependant, les émetteurs-récepteurs AIS transmettent tous sur plusieurs canaux, comme l'exigent les normes AIS. Par conséquent, les récepteurs monocanal ou multiplexés ne recevront pas tous les messages AIS. Seuls les récepteurs à double canal recevront tous les messages AIS.

L'AIS est une technologie qui a été développée sous les auspices de l'OMI par ses comités techniques. Les comités techniques ont développé et publié une série de spécifications de produits AIS. Chaque spécification définit un produit AIS spécifique qui a été soigneusement créé pour fonctionner de manière précise avec tous les autres appareils AIS définis, garantissant ainsi l'interopérabilité du système AIS dans le monde entier. Le maintien de l'intégrité des spécifications est considéré comme essentiel pour les performances du système AIS et la sécurité des navires et des autorités utilisant la technologie. Ainsi, la plupart des pays exigent que les produits AIS soient testés et certifiés de manière indépendante pour se conformer à une spécification publiée spécifique. Les produits qui n'ont pas été testés et certifiés par une autorité compétente peuvent ne pas être conformes à la spécification AIS publiée requise et peuvent donc ne pas fonctionner comme prévu sur le terrain. Les certifications les plus largement reconnues et acceptées sont la directive R&TTE, la Federal Communications Commission des États-Unis et Industry Canada , qui exigent toutes une vérification indépendante par un organisme de test qualifié et indépendant.

Il existe 27 types différents de messages de niveau supérieur définis dans la norme ITU M.1371-5 (sur une possibilité de 64) qui peuvent être envoyés par les émetteurs-récepteurs AIS.

Les messages AIS 6, 8, 25 et 26 fournissent des « messages spécifiques à l'application » (ASM), qui permettent aux « autorités compétentes » de définir des sous-types de messages AIS supplémentaires. Il existe des variantes « adressées » (ABM) et « diffusées » (BBM) du message. Les messages adressés, bien que contenant un MMSI de destination , ne sont pas privés et peuvent être décodés par n'importe quel récepteur.

L'une des premières utilisations des ASM a été l'utilisation par la Voie maritime du Saint-Laurent de messages binaires AIS (message de type 8) pour fournir des informations sur les niveaux d'eau, les ordres d'éclusage et la météo. Le canal de Panama utilise des messages AIS de type 8 pour fournir des informations sur la pluie le long du canal et le vent dans les écluses. En 2010, l' Organisation maritime internationale a publié la circulaire 289 qui définit la prochaine itération des ASM pour les messages de type 6 et 8. Alexander, Schwehr et Zetterberg ont proposé que la communauté des autorités compétentes travaille ensemble pour maintenir un registre régional de ces messages et de leurs lieux d'utilisation. L' Association internationale des autorités maritimes d'aides à la navigation et de phares (AISM-IALA) a désormais établi un processus de collecte de messages régionaux spécifiques aux applications.

Chaque émetteur-récepteur AIS se compose d'un émetteur VHF, de deux récepteurs VHF TDMA , d'un récepteur VHF d'appel sélectif numérique (DSC) et de liaisons avec les systèmes d'affichage et de capteurs du navire via des communications électroniques marines standard (telles que NMEA 0183 , également connu sous le nom de IEC 61162). La synchronisation est essentielle à la synchronisation et à la cartographie des créneaux horaires (programmation de transmission) appropriées pour une unité de classe A. Par conséquent, chaque unité doit disposer d'une base de temps interne, synchronisée avec un récepteur de système mondial de navigation par satellite (par exemple GPS ). Ce récepteur interne peut également être utilisé pour les informations de position. Cependant, la position est généralement fournie par un récepteur externe tel que GPS , LORAN-C ou un système de navigation inertielle et le récepteur interne n'est utilisé que comme sauvegarde pour les informations de position. Les autres informations diffusées par l'AIS, si elles sont disponibles, sont obtenues électroniquement à partir de l'équipement de bord via des connexions de données marines standard. Les informations de cap, la position (latitude et longitude), la « vitesse sur le fond » et la vitesse de virage sont normalement fournies par tous les navires équipés d'AIS. D'autres informations, telles que la destination et l'ETA, peuvent également être fournies.

Un émetteur-récepteur AIS fonctionne normalement en mode autonome et continu, qu'il soit utilisé en haute mer, sur les côtes ou dans les zones intérieures. Les émetteurs-récepteurs AIS utilisent deux fréquences différentes, les canaux maritimes VHF 87B (161,975 MHz) et 88B (162,025 MHz), et utilisent une modulation GMSK ( Gaussian minimum shift keying ) de 9,6 kbit/s sur des canaux de 25 kHz en utilisant le protocole de paquets HDLC ( High-Level Data Link Control ). Bien qu'un seul canal radio soit nécessaire, chaque station émet et reçoit sur deux canaux radio pour éviter les problèmes d'interférence et pour permettre le décalage des canaux sans perte de communication avec les autres navires. Le système assure la résolution automatique des conflits entre lui-même et les autres stations, et l'intégrité des communications est maintenue même dans les situations de surcharge.

Afin de garantir que les transmissions VHF de différents émetteurs-récepteurs ne se produisent pas en même temps, les signaux sont multiplexés dans le temps à l'aide d'une technologie appelée accès multiple par répartition dans le temps auto-organisé (SOTDMA). La conception de cette technologie est brevetée, et la question de savoir si ce brevet a été levé pour une utilisation par les navires SOLAS est un sujet de débat entre les fabricants de systèmes AIS et le détenteur du brevet, Håkan Lans . De plus, l' Office des brevets et des marques des États-Unis (USPTO) a annulé toutes les revendications du brevet original le 30 mars 2010.

Afin d'utiliser au mieux la bande passante disponible, les navires ancrés ou en mouvement lent transmettent moins fréquemment que ceux qui se déplacent plus rapidement ou qui manœuvrent. La fréquence de mise à jour varie de 3 minutes pour les navires ancrés ou amarrés à 2 secondes pour les navires en mouvement rapide ou en manœuvre, cette dernière étant similaire à celle d'un radar marin conventionnel.

Chaque station AIS détermine son propre programme de transmission (slot), en fonction de l'historique du trafic de liaison de données et de la connaissance des actions futures probables des autres stations. Un rapport de position d'une station s'inscrit dans l'un des 2 250 créneaux horaires établis toutes les 60 secondes sur chaque fréquence. Les stations AIS se synchronisent en permanence les unes avec les autres, afin d'éviter le chevauchement des transmissions de créneaux. La sélection de créneau par une station AIS est randomisée dans un intervalle défini et marquée avec un délai d'expiration aléatoire compris entre 4 et 8 minutes. Lorsqu'une station modifie son attribution de créneau, elle annonce à la fois le nouvel emplacement et le délai d'expiration de cet emplacement. De cette manière, les nouvelles stations, y compris celles qui se trouvent soudainement à portée radio d'autres navires, seront toujours reçues par ces derniers.

La capacité de signalement des navires requise selon la norme de performance de l'OMI est d'au moins 2 000 créneaux horaires par minute, bien que le système fournisse 4 500 créneaux horaires par minute. Le mode de diffusion SOTDMA permet au système d'être surchargé de 400 à 500 % grâce au partage des créneaux, et fournit toujours un débit de près de 100 % pour les navires à moins de 8 à 10 milles marins les uns des autres en mode navire à navire. En cas de surcharge du système, seules les cibles les plus éloignées seront sujettes à une perte de signal, afin de donner la priorité aux cibles plus proches, qui sont plus préoccupantes pour les opérateurs de navires. En pratique, la capacité du système est presque illimitée, ce qui permet d'accueillir un grand nombre de navires en même temps.

La portée du système est similaire à celle des autres applications VHF. La portée de toute radio VHF est déterminée par plusieurs facteurs, les principaux étant la hauteur et la qualité de l'antenne émettrice et la hauteur et la qualité de l'antenne réceptrice. Sa propagation est meilleure que celle du radar, en raison de la longueur d'onde plus longue, ce qui permet d'atteindre les virages et derrière les îles si les masses terrestres ne sont pas trop élevées. La distance de prévision en mer est nominalement de 20 milles marins (37 km). Grâce aux stations relais, la couverture des stations de navire et des stations VTS peut être considérablement améliorée.

Le système est rétrocompatible avec les systèmes d'appel sélectif numérique, ce qui permet aux systèmes SMDSM basés à terre d'établir à moindre coût des canaux d'exploitation AIS et d'identifier et de suivre les navires équipés de l'AIS, et est destiné à remplacer entièrement les systèmes d'émetteurs-récepteurs basés sur DSC existants.

Des systèmes de réseau AIS basés à terre sont actuellement en cours de construction dans le monde entier. L'un des plus grands systèmes entièrement opérationnels en temps réel avec une capacité de routage complète se trouve en Chine. Ce système a été construit entre 2003 et 2007 et a été livré par Saab TranspondereTech. L'ensemble du littoral chinois est couvert par environ 250 stations de base dans des configurations de secours, dont 70 serveurs informatiques dans trois régions principales. Des centaines d'utilisateurs basés à terre, dont environ 25 centres de services de trafic maritime (VTS), sont connectés au réseau et peuvent voir la situation maritime, et peuvent également communiquer avec chaque navire à l'aide de SRM (Safety Related Messages). Toutes les données sont en temps réel. Le système a été conçu pour améliorer la sécurité des navires et des installations portuaires. Il est également conçu selon une architecture SOA avec une connexion par socket et utilise le protocole normalisé IEC AIS jusqu'aux utilisateurs VTS. Les stations de base disposent d'unités de secours (IEC 62320-1) et le réseau est la solution réseau de troisième génération.

Début 2007, une nouvelle norme internationale pour les stations de base AIS a été approuvée, la norme IEC 62320-1. L'ancienne recommandation IALA et la nouvelle norme IEC 62320-1 sont incompatibles dans certaines fonctions, et les solutions de réseau connectées doivent donc être mises à niveau. Cela n'affectera pas les utilisateurs, mais les constructeurs de systèmes doivent mettre à niveau les logiciels pour s'adapter à la nouvelle norme. Une norme pour les stations de base AIS est attendue depuis longtemps. Actuellement, des réseaux ad hoc existent avec des mobiles de classe A. Les stations de base peuvent contrôler le trafic de messages AIS dans une région, ce qui devrait réduire le nombre de collisions de paquets.

Un émetteur-récepteur AIS envoie les données suivantes toutes les 2 à 10 secondes selon la vitesse du navire en cours de route, et toutes les 3 minutes lorsqu'un navire est au mouillage :

• Identité du service mobile maritime du navire (MMSI) : numéro d'identification unique à neuf chiffres.
• État de navigation : par exemple, « au mouillage », « en route avec moteur(s) », « hors commande », etc.
• Taux de virage : à droite ou à gauche, de 0 à 720 degrés par minute
• Vitesse fond : 0,1 nœud (0,19 km/h) résolution de 0 à 102 nœuds (189 km/h)
• Résolution positionnelle :
  • Longitude : précision de 0,000 1 minute d'arc
  • Latitude : précision de 0,000 1 minute d'arc
• Cap sur le sol : relatif au nord géographique avec une précision de 0,1°
• Cap vrai : 0 à 359° (par exemple à partir d'un compas gyroscopique )
• Relèvement réel à votre position : 0 à 359°
• Secondes UTC : champ des secondes de l'heure UTC lors de la génération de ces données. Aucun horodatage complet n'est présent.

De plus, les données suivantes sont diffusées toutes les 6 minutes :

• Numéro d'identification du navire de l'OMI : numéro à sept chiffres qui reste inchangé lors du transfert de l'immatriculation du navire vers un autre pays
• Indicatif d'appel radio : indicatif d'appel radio international, jusqu'à 7 caractères, attribué au navire par son pays d'immatriculation
• Nom : 20 caractères pour représenter le nom du navire
• Type de navire/cargaison
• Dimensions du navire, au mètre près
• Emplacement de l'antenne du système de positionnement (par exemple, GPS) à bord du navire : en mètres à l'arrière de la proue et en mètres à bâbord ou à tribord
• Type de système de positionnement : tel que GPS , DGPS ou LORAN-C .
• Tirant d'eau du navire : 0,1–25,5 mètres
• Destination : max. 20 caractères
• Heure d'arrivée estimée (ETA) à destination : UTC mois/date heure : minute
• Facultatif : demande d'heure de haute précision, un navire peut demander à d'autres navires de fournir un horodatage UTC de haute précision

Les émetteurs-récepteurs de classe B sont plus petits, plus simples et moins chers que les émetteurs-récepteurs de classe A. Chacun se compose d'un émetteur VHF, de deux récepteurs CSTDMA (Cartographie porteuse VHF), tous deux fonctionnant en alternance comme récepteur d'appel sélectif numérique (DSC) VHF, et d'une antenne GPS active. Bien que le format de sortie des données prenne en charge les informations de cap, en général, les unités ne sont pas interfacées avec une boussole, de sorte que ces données sont rarement transmises. La sortie est le flux de données AIS standard à 38 400 kbit/s, aux formats RS-232 et/ou NMEA. Pour éviter de surcharger la bande passante disponible, la puissance de transmission est limitée à 2 W, ce qui donne une portée d'environ 5 à 10 miles.

Quatre messages sont définis pour les unités de classe B :

Message 14

Message relatif à la sécurité : ce message est transmis à la demande de l'utilisateur. Certains émetteurs-récepteurs disposent d'un bouton permettant de l'envoyer ou il peut être envoyé via l'interface du logiciel. Il envoie un message de sécurité prédéfini.

Message 18

Rapport de position CS standard de classe B : ce message est envoyé toutes les 3 minutes lorsque la vitesse au sol (SOG) est inférieure à 2 nœuds, ou toutes les 30 secondes pour des vitesses supérieures. MMSI, heure, SOG, COG, longitude, latitude, cap vrai

Message 19

Rapport de position d'équipement de classe B étendu : ce message a été conçu pour le protocole SOTDMA et est trop long pour être transmis en CSTDMA. Cependant, une station côtière peut interroger l'émetteur-récepteur pour que ce message soit envoyé. MMSI, heure, SOG, COG, longitude, latitude, cap vrai, type de navire, dimensions.

Message 24

Rapport de données statiques CS de classe B : ce message est envoyé toutes les 6 minutes, soit le même intervalle de temps que pour les transpondeurs de classe A. En raison de sa longueur, ce message est divisé en deux parties, envoyées à une minute d'intervalle. Ce message a été défini d'après les spécifications AIS d'origine, de sorte que certaines unités de classe A peuvent nécessiter une mise à niveau du micrologiciel pour pouvoir décoder ce message. MMSI, nom du bateau, type de navire, indicatif d'appel, dimensions et identifiant du fournisseur d'équipement.

Un certain nombre de fabricants proposent des récepteurs AIS, conçus pour surveiller le trafic AIS. Ceux-ci peuvent avoir deux récepteurs, pour surveiller les deux fréquences simultanément, ou ils peuvent basculer entre les fréquences (ce qui permet de manquer les messages sur l'autre canal, mais à un prix réduit). En général, ils génèrent des données RS-232, NMEA , USB ou UDP pour affichage sur des traceurs de cartes électroniques ou des ordinateurs. En plus des radios dédiées, des radios définies par logiciel peuvent être configurées pour recevoir le signal.

L'AIS utilise les canaux 87 et 88 de la bande marine, attribués à l'échelle mondiale.

L'AIS utilise le côté haut du duplex de deux « canaux » radio VHF (87B) et (88B)

• Canal A 161,975 MHz (87B)
• Canal B 162,025 MHz (88B)

Les canaux simplex 87A et 88A utilisent une fréquence plus basse, ils ne sont donc pas affectés par cette attribution et peuvent toujours être utilisés comme prévu dans le plan de fréquences mobiles maritimes .

La plupart des transmissions AIS sont composées de rafales de plusieurs messages. Dans ces cas, entre chaque message, l'émetteur AIS doit changer de canal.

Avant d'être transmis, les messages AIS doivent être codés de manière non inversée (NRZI).

Les messages AIS sont transmis à l'aide d' une modulation à décalage minimum gaussien (GMSK). Le produit BT du modulateur GMSK utilisé pour la transmission des données doit être de 0,4 maximum (valeur nominale la plus élevée).

Les données codées GMSK doivent moduler en fréquence l'émetteur VHF. L'indice de modulation doit être de 0,5.

Le débit binaire de transmission est de 9600 bit/s

Les récepteurs VHF ordinaires peuvent recevoir l'AIS avec le filtrage désactivé (le filtrage détruit les données GMSK). Cependant, la sortie audio de la radio doit alors être décodée. Il existe plusieurs applications PC qui peuvent le faire.

Le signal peut parcourir un maximum de 75 kilomètres

Comme il existe une multitude d'équipements automatiques transmettant des messages AIS, pour éviter les conflits, l'espace RF est organisé en trames. Chaque trame dure exactement 1 minute et démarre à chaque limite de minute. Chaque trame est divisée en 2250 créneaux. Comme la transmission peut se faire sur 2 canaux, il y a 4500 créneaux disponibles par minute. En fonction du type et de l'état de l'équipement et de l'état de la carte des créneaux AIS, chaque émetteur AIS enverra des messages en utilisant l'un des schémas suivants :

1. Accès multiple par répartition dans le temps incrémentale (ITDMA)
2. Accès multiple par répartition dans le temps à accès aléatoire (RATDMA)
3. Accès multiple par répartition dans le temps à accès fixe (FATDMA)
4. Accès multiple par répartition dans le temps auto-organisé (SOTDMA)

Le schéma d'accès ITDMA permet à un appareil d'annoncer à l'avance les créneaux de transmission à caractère non répétable. Les créneaux ITDMA doivent être marqués de manière à être réservés à une trame supplémentaire. Cela permet à un appareil d'annoncer à l'avance ses allocations pour un fonctionnement autonome et continu.

L'ITDMA est utilisé à trois reprises :

• entrée du réseau de liaison de données;
• modifications et transitions temporaires dans les intervalles de rapports périodiques ;
• annonce préalable des messages relatifs à la sécurité.

Le RATDMA est utilisé lorsqu'un appareil doit allouer un créneau qui n'a pas été annoncé au préalable. Cela se fait généralement pour le premier créneau de transmission ou pour les messages à caractère non répétable.

Le FATDMA est utilisé uniquement par les stations de base. Les créneaux FATDMA alloués sont utilisés pour les messages répétitifs.

Le SOTDMA est utilisé par les appareils mobiles fonctionnant en mode autonome et continu. Le but du schéma d'accès est d'offrir un algorithme d'accès qui résout rapidement les conflits sans intervention des stations de contrôle.

Un slot AIS a une longueur de 26,66 ms. La modulation des données est de 9600 bits/s, chaque slot a donc une capacité maximale de 256 bits. Le cadrage est dérivé de la norme HDLC , décrite dans la norme ISO/IEC 13239:2002.

Chaque emplacement est structuré comme suit : <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>

• Préambule 24 bits : il s'agit d'une séquence de 0101...
• Drapeau de départ : 0x7e
• Charge utile de 168 bits, il s'agit du corps d'un message AIS. Pour les messages nécessitant plus de données, plusieurs slots (maximum 5) doivent être utilisés.
• 16 bits CRC-16-CCITT : polynôme 16 bits pour calculer la somme de contrôle.
• Drapeau d'arrêt : 0x7e
• Tampon 24 bits utilisé pour le bourrage de bits , la gigue de synchronisation et le délai de distance.

Notez que le signal sur la porteuse VHF est codé NRZI et utilise le bourrage de bits pour éviter les arrêts involontaires qui pourraient autrement se produire dans les données. Ainsi, les bits bruts doivent d'abord être décodés et les bits de bourrage supprimés pour arriver au format de message réellement utilisable décrit ci-dessus.

Tous les messages AIS transmettent 3 éléments d’information de base :

1. Le numéro MMSI du navire ou de l'équipement qui contient l'émetteur (station de base, bouée, etc.)
2. L'identification du message transmis (Voir tableau ci-dessous)
3. Un indicateur de répétition conçu pour être utilisé pour répéter des messages au-dessus des obstacles par des dispositifs relais.

Le tableau suivant donne un résumé de tous les messages AIS actuellement utilisés.

Les équipements AIS échangent des informations avec d'autres équipements à l'aide de phrases NMEA 0183 .

La norme NMEA 0183 utilise deux phrases principales pour les données AIS

• !AIVDM (données reçues d'autres navires)
• !AIVDO (informations sur le navire)

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

En ordre:

!AIVDM : Le type de message NMEA, les autres messages de périphérique NMEA sont restreints 1 Nombre de phrases (certains messages en nécessitent plus d'une, le maximum est généralement de 9) 1 numéro de phrase (1 sauf s'il s'agit d'un message composé de plusieurs phrases) Le blanc est l'ID du message séquentiel (pour les messages à plusieurs phrases) A Le canal AIS (A ou B), pour les transpondeurs à double canal, il doit correspondre au canal utilisé 14eG;... Les données AIS codées, en utilisant AIS-ASCII6 0* Fin des données, nombre de bits inutilisés à la fin des données codées (0-5) Somme de contrôle NMEA 7D (norme NMEA 0183 CRC16) 

L'utilisation de l'AIS est obligatoire pour les navires de classe A et largement utilisée par les navires de classe B. Elle doit donc être transmise dans un système open source sur des canaux radio maritimes désignés. En particulier, sur la bande mobile maritime VHF, qui est désignée par l'Union internationale des télécommunications comme couvrant 156 et 174 MHz. L'échange de données sur des fréquences radio ouvertes rend les services AIS vulnérables aux transmissions malveillantes, notamment l'usurpation d'identité, le détournement et la perturbation de la disponibilité.

Ces menaces affectent à la fois la mise en œuvre chez les fournisseurs en ligne et la spécification du protocole, ce qui rend les problèmes pertinents pour toutes les installations de transpondeurs (estimées à plus de 300 000).

Les sites Web de surveillance des navires accessibles au public s'appuient sur des flux de données largement non authentifiés provenant d'un réseau de récepteurs AIS exploité par des bénévoles, dont les messages peuvent être relativement facilement falsifiés en injectant des paquets AIS dans le flux de données brutes, ou en direct à l'aide d'équipements légèrement plus complexes tels que le SDR . Les communications de navire à navire sont cependant envoyées par des transpondeurs de classe B qui sont certifiés pour fournir uniquement la position GPS à partir d'un récepteur intégré, de sorte que le contournement de ces messages nécessiterait une usurpation du SDR ou du GPS .

Les services AIS comprennent des stations de base gérées par le gouvernement qui exploitent les systèmes de trafic maritime (VTS) et la couverture de surveillance côtière. L'AIS est vulnérable aux attaques qui surchargent les créneaux horaires en envoyant de faux signaux AIS ou en générant de faux signaux de détresse. Les navires confrontés à une congestion de leur équipement embarqué calibré AIS peuvent utiliser des dispositifs d'aide à la navigation alternatifs (AtoN), qui déterminent la position du navire et la sécurité de son parcours. Cependant, les AtoN virtuels sont plus sensibles à l'usurpation d'identité que les AtoN physiques. Des acteurs ont interféré avec les transmissions AIS en brouillant, en usurpant ou en émettant des signaux de détresse.

Les brouilleurs sont des appareils de faible puissance qui transmettent des signaux GPS dans les mêmes fréquences que d'autres signaux GPS ou AIS pour interrompre ou masquer la transmission dans la même fréquence. En octobre 2022, une attaque de brouillage près du pont du Grand Belt au Danemark (en danois : Storebæltsbroen) a interrompu les transmissions des navires pendant 10 minutes. Au total, neuf navires dans un rayon de 50 sur 30 km ont été touchés et n'ont pas pu transmettre de signaux AIS ou GPS. Les navires touchés comprenaient quatre cargos, deux ferries et le « Nymfen P524 », un patrouilleur danois qui escortait à ce moment-là deux navires de guerre russes, le « Stoikiy 545 » et le « Soobrazitelny 531 ».

L’usurpation d’identité AIS a été observée dans le cadre d’exercices navals. En décembre 2019, un incident d’« explosion » d’AIS près de l’île d’Elbe a généré des milliers de faux signaux AIS provenant de navires de guerre battant pavillon néerlandais qui sont apparus sur une période de 24 minutes divisée en trois intervalles : trois minutes pour la première attaque, 4 minutes pour la deuxième attaque et seulement quelques secondes pour la troisième. Les systèmes AIS peuvent atténuer la congestion en réduisant la distance des transmissions reçues. Cependant, cette congestion n’a pas été immédiatement résolue, car tous les faux signaux ont été générés dans un rayon de 11 NM. Une étude de 2021 menée par Androjna et al. attribue l’usurpation d’identité à un exercice de guerre électronique navale étant donné que l’erreur de gigue et les niveaux RSSI des messages falsifiés correspondaient à ceux de vrais navires de guerre.

Le 18 juin 2021, les récepteurs AIS de Chornomorsk , en Ukraine, ont signalé que le HMS Defender et le HNLMS Evertsen naviguaient prétendument vers la base militaire russe de Sébastopol en Crimée annexée alors que les navires étaient amarrés en toute sécurité à Odessa , selon de nombreux flux de webcams en direct du port et des témoins, ce qui implique que des données AIS falsifiées ont été injectées dans le système par une partie inconnue. Quelques jours plus tard, les 22 et 23 juin, les navires ont quitté Odessa et ont effectivement navigué le long des côtes de Crimée, la Russie accusant la flotte d'avoir violé son territoire tandis que le commandement britannique a insisté sur le fait que les navires naviguaient dans les eaux internationales.

En mars 2021, un incident similaire a été enregistré par les forces armées suédoises dont les navires ont été présentés à tort par l'AIS comme s'ils naviguaient dans les eaux russes près de Kaliningrad .

En juillet 2021, le chercheur Bjorn Bergman a découvert près de 100 séries de fausses données AIS entre septembre 2020 et août 2021, la quasi-totalité d'entre elles étant des faux navires de guerre de l'OTAN et d'Europe. Il a déclaré que les données apparaissaient dans le système comme si elles avaient été reçues par des récepteurs terrestres (et non par satellite), ce qui l'a amené à penser que les données ne sont pas introduites par de fausses transmissions radio, mais plutôt injectées dans les flux de données utilisés par les sites Web AIS. Todd Humphreys, directeur du laboratoire de radionavigation de l'université du Texas à Austin, a déclaré : « Bien que je ne puisse pas dire avec certitude qui fait cela, les données correspondent à un modèle de désinformation auquel nos amis russes ont l'habitude de se livrer. »

L’usurpation d’identité AIS a également été utilisée pour influencer et faire progresser les objectifs géopolitiques des États. En 2019, des acteurs étatiques iraniens ont usurpé les signaux AIS pour forcer un pétrolier britannique, le Stena Impero, à naviguer dans les eaux iraniennes, où il a été saisi et utilisé comme monnaie d’échange dans les négociations d’échange.

L’utilisation de l’usurpation d’identité AIS ne se limite pas à des fins militaires ou politiques. Les données maritimes ont révélé plus de 500 cas de navires manipulant leurs systèmes de navigation par satellite pour dissimuler leur position. Son utilisation s’étend des flottes de pêche chinoises dissimulant des opérations dans des eaux protégées, aux pétroliers dissimulant des escales dans des ports pétroliers iraniens, aux porte-conteneurs masquant des voyages au Moyen-Orient, et apparemment aussi au trafic d’armes et de drogue.

Entre 2008 et 2018, des acteurs de l’océan Austral ont dissimulé des opérations de pêche illégales en manipulant le registre du navire « Andrey Dolgov » et en transmettant jusqu’à 100 signaux AIS simultanés et identiques pour masquer la position du navire.

En mars 2021, une enquête du Conseil de sécurité des Nations Unies sur les évasions de sanctions de la République populaire démocratique de Corée a révélé que des navires sans pavillon avaient livré des produits pétroliers raffinés à la RPDC de mai 2020 à octobre 2020. Des images satellite du 8 juillet 2020 ont enregistré l'un des navires étudiés, l'An Ping, livrant du pétrole raffiné non déclaré à Nampo, en Corée du Nord. Entre juin et juillet 2020, pendant la période de livraison, le navire n'a pas transmis de signaux AIS.

Les dispositifs de méaconisation interceptent, enregistrent et rediffusent des signaux AIS authentiques. Contrairement aux dispositifs de brouillage, les utilisateurs peuvent intentionnellement transmettre à des fréquences et à des heures choisies. Cependant, le méaconisme ne peut pas falsifier les données de transmission et a uniquement la capacité de rediffuser des transmissions antérieures. Les signaux préenregistrés transmis par les dispositifs de méaconisation trompent les terminaux en les faisant traiter le signal reçu comme une indication qu'un navire se trouve à ce moment précis à l'endroit où le signal a été enregistré pour la première fois.

Les émetteurs et les récepteurs peuvent protéger les systèmes de navigation des navires contre les attaques AIS en équipant les appareils de protocoles qui authentifient les signaux envoyés et valident les signaux reçus.

Techniques d'analyse des signaux et des états

Les récepteurs surveillent les horodatages des signaux pour vérifier leur plausibilité. Par exemple, un récepteur peut signaler comme suspect un bateau qui atteint un certain point plus rapidement que ce qui est plausible compte tenu des positions du récepteur et de l'émetteur, ainsi que du retard, de la fréquence et d'autres points de données fournis dans les signaux transmis. Les systèmes peuvent utiliser un ou les deux types de récepteurs pour filtrer les entrées et se défendre contre les attaques par usurpation ou par méaconing. Ils ne peuvent pas se protéger contre les attaques par brouillage étant donné qu'il n'y a pas de signaux à mesurer et à comparer les uns aux autres si les transmissions sont étouffées. Les systèmes équipés de récepteurs instantanés enregistrent les transmissions par intermittence, tandis que les récepteurs de suivi enregistrent en continu des signaux GNSS spécifiques. Dans le cas d'usurpation ou de méaconing, ce dernier fournit un contrepoint authentique aux données AIS manipulées.

Techniques de réseau d'antennes/techniques multi-antennes

Les navires équipés de plusieurs antennes peuvent utiliser des points de données de dimension spatiale pour détecter la direction d'arrivée (DOA) des signaux. Cette technique permet de se défendre contre les données AIS falsifiées en signalant différents signaux provenant de la même direction.

Les techniques d’antennes intelligentes peuvent également fonctionner à l’unisson pour utiliser un précodage à forçage nul afin de contourner les attaques de brouillage en transmettant des signaux dans des canaux de fréquence inverses à la fréquence ciblée.

Systèmes inertiels

Les systèmes inertiels sont des dispositifs qui mesurent la position d'un navire au fil du temps à l'aide de capteurs de mouvement et de gyroscopes. Ces dispositifs estiment les positions futures en fonction des mesures de vitesse, d'accélération et d'orientation. Les anomalies détectées qui s'écartent du modèle attendu peuvent être signalées pour une inspection plus approfondie.

Les mesures de chiffrement protègent les informations en garantissant que les informations confidentielles parviennent à la cible visée si celle-ci dispose d'une clé de déchiffrement unique. La transmission peut également cacher des informations (un « filigrane ») qui vérifient l'identité de l'expéditeur. Ces mesures garantissent que les acteurs ne peuvent pas usurper l'identité de signaux authentiques s'ils ne disposent pas de ces codes ou informations secrets.

Les protocoles d'authentification incluent les signatures numériques de l'expéditeur qui dirigent les destinataires vers des clés de déchiffrement distribuées par des tiers qui vérifient l'identité du destinataire. Cependant, les signatures numériques ne peuvent pas se défendre contre le méaconing car le message de signature authentique a été enregistré parallèlement à la transmission d'origine.

Les systèmes peuvent également utiliser des protocoles TESLA (Timed Efficient Stream Loss-Tolerant Authentication) pour décrypter les transmissions via des clés secrètes qui sont envoyées uniquement après que le message crypté a été détecté par le système. Les chaînes TESLA se forment lorsque chaque message décrypte le précédent et le suivant. Les longues chaînes sont inefficaces ; cependant, elles sont hautement protégées contre l'usurpation d'identité, car les acteurs auraient besoin d'accéder à tous les anciens messages de la chaîne.

Les contre-mesures d'attaque AIS ne peuvent pas défendre en cas de perturbation des signaux GNSS (ou GPS), dans laquelle tous les systèmes basés sur GNSS, y compris l'AIS, cesseront de fonctionner.

Les essais d’armes antisatellites observés par les États-Unis, l’Inde, la Chine et la Russie ont démontré que les acteurs étatiques ont la capacité de détruire des satellites et d’entraîner la destruction de systèmes basés sur le GNSS. En novembre 2021, la Russie a lancé un missile terrestre qui a détruit un satellite de l’ère soviétique, Kosmos-1408, créant un nuage de débris spatiaux à grande vitesse en orbite au même niveau que la Station spatiale internationale et d’autres satellites.

Il existe un nombre croissant de publications sur les méthodes d'exploitation des données AIS pour la sécurité et l'optimisation de la navigation, à savoir l'analyse du trafic , la détection des anomalies, l'extraction et la prédiction des itinéraires, la détection des collisions, la planification des itinéraires, le routage météorologique, l'estimation de la réfractivité atmosphérique et bien d'autres