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自動識別システム（AIS ）は、船舶に搭載されたトランスポンダを使用する自動追跡システムであり、船舶交通管制サービス（VTS）によって利用されています。元々は地上通信システム（船舶間、船舶と陸上間）として設計されましたが、現在では衛星も信号トラフィックのパッシブ受信に使用されています。いくつかの例外を除き、AISトラフィックは、送信者がその近傍のすべての関係者に対して継続的にステータスを通知する形式です。AIS情報は、船舶レーダーを補完するものであり、レーダーは物体を独立して検出するのに対し、AISは他の船舶から送信される情報の精度に依存するため、船舶レーダーは水上輸送における衝突回避の主要な手段であり続けています。技術的にも運用的にも異なりますが、AISは航空機に対して同様の機能を果たすADS-Bシステムと類似しています。
AIS機器から提供される固有識別番号、位置、針路、速度などの情報は、画面または電子海図表示情報システム（ECDIS）に表示できます。AISは、船舶の当直士官を支援し、海事当局が船舶の動きを追跡および監視できるようにすることを目的としています。AISは、標準化されたVHFトランシーバーと、全地球測位システム（ GPS）受信機などの測位システム、およびジャイロコンパスや旋回率計などの他の電子航行センサーを統合しています。
国際海事機関の海上人命安全条約では、総トン数300トン以上の国際航海船と、大きさに関わらず全ての旅客船にAISを搭載することが義務付けられています。 [ 1 ]様々な理由から、船舶はAISトランシーバーをオフにすることができます。[ 2 ] 2021年時点で、AISを搭載した船舶は164万4000隻以上ありました。[ 3 ]
AISは基本的にセキュリティを提供しておらず、参加者の協力、法律による規則の執行、および妥当性評価に依存している。
AISは、主に船舶が自船の航路周辺の海上交通状況を把握し、また自船が他の船舶に認識されることを目的としています。そのためには、専用のVHF AISトランシーバーが必要です。このトランシーバーは、AIS対応のチャートプロッターやコンピューターモニター上で周辺の海上交通状況を表示すると同時に、自船に関する情報を他のAIS受信機に送信します。港湾当局やその他の陸上施設は、受信機のみを装備することで、自船の位置情報を送信することなく周辺の海上交通状況を把握できます。AISトランシーバーを搭載した船舶であれば、このようにして非常に高い信頼性で海上交通状況を確認できますが、通信範囲はVHF帯の約10～20海里に限定されます。
適切なチャートプロッターが利用できない場合は、ShipPlotter、GNU AIS、OpenCPNなどのいくつかのコンピュータアプリケーションのいずれかを使用して、ローカルエリアのAISトランシーバー信号をコンピュータ経由で表示できます。これらは、AIS周波数に同調した改造された船舶用VHF無線電話からの信号を復調し、コンピュータが読み取ってモニターに表示できるデジタル形式に変換します。このデータは、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークを介して共有できますが、ネットワークで使用される無線受信機の集合範囲に制限されます。[ 4 ]コンピュータAIS監視アプリケーションと通常のVHF無線トランシーバーにはAISトランシーバーがないため、送信する必要のない陸上施設で使用したり、小型船舶がローカルトラフィックを表示するための専用AISデバイスの安価な代替として使用したりできますが、もちろん、ユーザーはネットワーク上の他のトラフィックからは見えません。
AIS データの二次的かつ計画外の新たな用途は、AIS 受信機を必要とせずにインターネット上で公開して閲覧できるようにすることです。衛星とインターネットに接続された陸上局の両方から収集されたグローバル AIS トランシーバー データは集約され、多数のサービス プロバイダーを通じてインターネット上で利用可能になります。このように集約されたデータは、インターネット対応デバイスであればどこでも閲覧でき、世界中のどこからでもほぼグローバルなリアルタイムの位置データを提供します。典型的なデータには、船名、詳細、位置、速度、地図上の進行方向が含まれ、検索可能で、潜在的に無制限のグローバル範囲を持ち、履歴がアーカイブされます。このデータのほとんどは無料ですが、衛星データやアーカイブの検索などの特別なサービスは通常有料で提供されます。データは読み取り専用で、ユーザーは AIS ネットワーク自体には表示されません。インターネットにデータを提供している陸上 AIS 受信機は、主に多数のボランティアによって運営されています。[ 5 ] AIS モバイル アプリも、Android、Windows、iOS デバイスですぐに使用できます。インターネットベースのAISサービスプロバイダーの一覧については、以下の外部リンクを参照してください。船主や貨物配送業者はこれらのサービスを利用して船舶とその貨物の位置を特定し追跡し、海洋愛好家は写真コレクションに追加することができます。 [ 6 ]
最も基本的なレベルでは、AISは無線送受信機のペア間で動作します。片方は常に船舶に搭載され、もう片方は船舶、陸上、または衛星に設置されます。これらはそれぞれ、船舶間、船舶と陸上、船舶と衛星間の通信を表し、この順序で行われます。
2002年のIMO SOLAS協定には、国際航海を行う300GTを超えるほとんどの船舶にクラスA型AISトランシーバーの搭載を義務付ける条項が含まれていた。これはAIS機器の使用に関する初の義務化であり、約10万隻の船舶に影響を与えた。
2006年、AIS標準化委員会は、よりシンプルで低コストなAIS機器を実現するために設計されたクラスB型AISトランシーバーの仕様を発表しました。同年、低コストのクラスBトランシーバーが市場に登場し、多くの国で義務化が進み、あらゆる規模の船舶へのAIS機器の大規模な設置が商業的に実現可能となりました。
2006年以降、AIS技術標準委員会は、大型船舶から小型漁船、救命ボートまで、幅広い用途に対応するため、AIS規格と製品タイプの進化を続けてきました。同時に、各国政府や関係機関は、安全性とセキュリティの向上を目的として、様々な種類の船舶にAIS装置を搭載するプロジェクトを開始しました。義務化の対象は主に商用船舶であり、レジャー船舶は選択的に搭載しています。 2010年には、欧州内陸水路で運航するほとんどの商用船舶に内陸水路認定クラスAの搭載が義務付けられ、全長15mを超えるEU漁船はすべて2014年5月までにクラスAを搭載しなければならなくなった[ 7 ]。また、米国では既存のAIS搭載規則の延長が長らく保留されており、2013年中に発効する見込みである。2012年時点で、約25万隻の船舶が何らかのAISトランシーバーを搭載しており、近い将来さらに100万隻が搭載を義務付けられる見込みで、さらに大規模なプロジェクトも検討されていると推定されている。1
T-AISは、船舶間および船舶と沿岸の陸上局間の通信を指します。T-AISの通信範囲は、見通し線によってほぼ制限され、通常は最大で約74キロメートル（46マイル）です。陸上局の場合、沿岸水域を超えると視界が失われます。[ 8 ]港湾当局や海事当局が運用するトランシーバーに加えて、民間所有のトランシーバーの大規模なネットワークも存在します。
T-AISは船舶衝突回避には十分だが、グローバルなAISデータの包括的な収集はできない。
1990年代には、AISは宇宙から検出できるとは予想されていませんでした。しかし、AISは水平方向よりも垂直方向の到達距離がはるかに長く、高度500km以上の低軌道衛星でも受信できます。地上では互いに視界に入らないものの、同時に衛星からは見える送信機が周波数を再利用することが、衛星によるAISメッセージの確実な受信における主要な技術的課題となっています。言い換えれば、衛星の検出範囲はAISネットワークのセルサイズよりもはるかに大きいのです。S-AISは真にグローバルなAISカバレッジを実現できる可能性がありますが、その制約のため、地上ネットワークの受信性能やほぼゼロの遅延に匹敵することはありません。衛星は地上システムを置き換えるのではなく、補完するものです。
2005年以降、様々な組織が衛星搭載受信機を用いたAIS信号の検出実験を行っており、2008年以降はL3Harris、exactEarth、ORBCOMM、Spacequest、Spireといった企業や政府機関が衛星にAIS受信機を搭載するようになった。
ノルウェーの大学生が製作した2機のnCubeキューブサット（nCube-2は2005年10月27日打ち上げ、nCube-1は2006年7月26日打ち上げ）は、いずれも失敗に終わった。これらの衛星は、船舶とAISを搭載したトナカイを追跡することを目的としていた。
2006年12月16日、空軍研究所のTacSat-2が打ち上げられ、AIS信号の捕捉に成功した最初の衛星となった。フェーズドアレイアンテナを搭載していた。[ 9 ] [ 11 ]
2009年7月29日、SpaceQuestはAprizeSat -3とAprizeSat-4を打ち上げた。両衛星は分離から1時間後に運用を開始し、2周目でデータ収集を開始した。最初の160分で20万件のAISメッセージが捕捉された。[ 12 ] 2010年には、ハワイ沖で米国沿岸警備隊のSARTテストビーコンを受信することができた。[ 13 ] 2010年7月、SpaceQuestとカナダのexactEarthは、AprizeSat-3とAprizeSat-4のデータをexactEarthシステムに組み込み、exactAIS(TM)サービスの一部として世界中で利用可能にするという取り決めを発表した。
2010年6月1日、国際宇宙ステーション（遠地点：422km）に搭載されたNORAIS SDR受信機が稼働を開始し、技術実証に成功しました。典型的な好条件の日には、22,000の送信者から400,000件の位置報告を受信しました。2011年10月の報告では、82,000の固有のMMSI番号から合計1億1,000万件のメッセージを受信したとされています。NORAIS-1は、2015年2月1日にNORAIS-2ハードウェアアップグレードに置き換えられるまでの213週間の運用期間中に、142,000の固有の船舶から合計3億5,000万件のAISメッセージを受信しました。NORAIS-2は、4つのAISチャンネルすべてを同時に受信することができました。
2009年、ORBCOMMは米国沿岸警備隊との契約に基づき、宇宙からAISメッセージを収集する能力を実証するためにAIS対応衛星を打ち上げた。2009年、ルクセンブルクに拠点を置くLuxspace社はRUBIN-9.1衛星（AIS Pathfinder 2）を打ち上げた。この衛星はSESおよびREDU Space Servicesと共同で運用されている。[ 14 ] 2011年後半から2012年初頭にかけて、ORBCOMMとLuxspaceはVesselsat AISマイクロサテライトを打ち上げた。1つは赤道軌道、もう1つは極軌道（VesselSat-2とVesselSat-1）である。
2010年7月12日、ノルウェーのAISSat-1低軌道ナノ衛星が二次ペイロードとして極軌道に打ち上げられ、成功しました。この衛星の目的は、北極圏における海上活動の監視を改善することでした。[ 15 ] [ 16 ] AISSat-2は2014年7月8日に同じミッションパラメータで打ち上げられ、2023年10月まで運用されました。AISSat -3の打ち上げロケットは2017年11月28日に失敗しました。AISSat -4は2026年に打ち上げられる予定です。
2011年4月20日、インド宇宙研究機関（ISRO）は、インド洋の捜索救助（SAR）区域における海上交通を監視するためのS-AISペイロードを搭載したResourcesat-2を打ち上げた。AISデータは国立リモートセンシングセンターで処理され、インド宇宙科学データセンターに保管される。
2013年2月25日、1年間の打ち上げ延期を経て、オールボー大学はAAUSAT3を打ち上げました。これは重量800グラムの1Uキューブサットで、電子システム学科の学生のみによって開発されました。従来型の受信機とSDRベースの受信機の2つのAIS受信機を搭載しています。このプロジェクトはデンマーク海事安全局によって提案され、後援されました。AAUSAT3は大成功を収め、最初の100日間で80万件以上のAISメッセージと、1MHzの無線信号の生サンプルを複数ダウンロードしました。AAUSAT3は両方のAISチャンネルを同時に受信し、クラスAとクラスBの両方のメッセージを受信しています。打ち上げ費用を含めたコストは20万ユーロ未満でした。
カナダを拠点とするexactEarthのAIS衛星ネットワークは、8基の衛星を使用してグローバルなカバレッジを提供しています。2017年1月から2019年1月にかけて、このネットワークはL3Harris Corporationとの提携により、Iridium NEXT衛星コンステレーションに58個のホストペイロードを搭載することで大幅に拡張されました。[ 17 ]さらに、exactEarthはABSEA技術の開発にも携わっており、これにより同社のネットワークはクラスAだけでなく、クラスBタイプのメッセージの大部分を確実に検出できるようになります。
ORBCOMMは、18基のAIS対応衛星を含むグローバル衛星ネットワークを運用しています。ORBCOMMのOG2（ORBCOMM第2世代）衛星は、船舶追跡やその他の海上航行および安全対策のためにAIS搭載船舶からの送信を受信して報告し、世界中に16か所あるORBCOMMの既存の地上局にダウンロードするための自動識別システム（AIS）ペイロードを備えています。[ 18 ]
2014 年 7 月、ORBCOMM はフロリダ州ケープカナベラルからSpaceX のFalcon 9 ロケットで最初の 6 基の OG2 衛星を打ち上げました。各 OG2 衛星には AIS 受信機ペイロードが搭載されています。6 基の OG2 衛星はすべて軌道に正常に投入され、打ち上げ後すぐに ORBCOMM にテレメトリデータの送信を開始しました。2015 年 12 月、同社は SpaceX の Falcon 9 ロケットでさらに 11 基の AIS 対応OG2 衛星を打ち上げました。この専用打ち上げは、ORBCOMM の次世代衛星コンステレーションを完成させるための 2 回目で最後の OG2 ミッションとなりました。[ 18 ]現在の OG1 衛星と比較して、ORBCOMM の OG2 衛星は、より高速なメッセージ配信、より大きなメッセージサイズ、高緯度でのより優れたカバレッジを実現するように設計されており、ネットワーク容量も増加しています。[ 18 ]
2017年8月、Spire Global Inc.は、40基以上のナノ衛星群に支えられた機械学習（VesselsとPredict）で強化されたS-AISデータを提供するAPIをリリースした。[ 19 ]
HawkEye 360衛星群は、無線周波地理空間情報製品の一部としてAIS（自動船舶識別装置）を処理している。
光学画像とレーダー画像をS-AIS信号と関連付けることで、エンドユーザーはあらゆる種類の船舶を迅速に識別できます。S-AISの大きな利点は、レーダー、光学、ESM、GMDSS SARSATやAMVERなどのSAR関連ツールといった他の情報源からの追加情報と容易に関連付けられることです。衛星レーダーやその他の情報源は、特定の海域内のすべての船舶を検出することで海上監視に貢献できます。これは、長距離救助活動の調整やVTSの問題に対処する際に特に役立ちます。
時間の経過とともにその利用が増加したため、一部の沿岸地域（シンガポール海峡、中国の巨大港、日本の一部など）では船舶の数が非常に多くなり、AIS の性能に影響が出ています。トラフィック密度が増加すると、システムの範囲が狭くなり、更新頻度がよりランダムになります。このため、VHF データ交換システム (VDES) が開発されました。[ 20 ]これは追加の新しい周波数で動作し、それらをより効率的に使用して、安全な通信と電子航行のために 32 倍の帯域幅を可能にします。[ 21 ] VDES は ITU M.2092 で定義されています。[ 22 ]
AISの本来の目的は衝突回避のみでしたが、その後多くの応用分野が開発され、現在も開発が続けられています。AISは現在、以下の用途で使用されています。
AISトランシーバーは、トランシーバーに内蔵されたVHF送信機を介して、位置、速度、航行状態などの情報を定期的に自動的に送信します。この情報は、船舶の航行センサー、通常は全地球航法衛星システム（GNSS）受信機とジャイロコンパスから取得されます。船舶名やVHFコールサインなどのその他の情報は、機器の設置時にプログラムされ、定期的に送信されます。信号は、他の船舶に搭載されたAISトランシーバーや、VTSシステムなどの陸上システムで受信されます。受信した情報は、画面やチャートプロッターに表示され、レーダー表示とほぼ同じように他の船舶の位置を示します。データはブロードキャスト（1つの送信機からすべての受信機へ）され、多重アクセス（衝突回避）はSOTDMAによって処理されます。
AIS規格は、個々の製品タイプを規定する「タイプ」と呼ばれる複数の下位規格で構成されています。AISシステム規格で規定されている主な製品タイプは以下のとおりです。
AIS受信機は送信を行わないため、AIS規格には規定されていません。AISシステムの完全性に対する最大の脅威は、規格に準拠しないAIS送信です。そのため、送信を行うすべてのAIS機器は、厳密な仕様に基づいて設計されています。しかし、AIS送受信機は、AIS規格の要件に従い、すべて複数のチャネルで送信を行います。したがって、シングルチャネルまたは多重化受信機では、すべてのAISメッセージを受信できません。すべてのAISメッセージを受信できるのは、デュアルチャネル受信機のみです。
AISは、IMOの技術委員会によってIMOの支援のもと開発された技術です。技術委員会は、一連のAIS製品仕様を策定し、公表してきました。各仕様は、他のすべてのAISデバイスと正確に連携するように綿密に設計された特定のAIS製品を定義しており、これによりAISシステムの世界的な相互運用性が確保されています。仕様の完全性を維持することは、AISシステムの性能、そしてこの技術を使用する船舶および当局の安全にとって極めて重要であると考えられています。そのため、ほとんどの国では、AIS製品が特定の公表仕様に準拠していることを独立機関によって試験および認証されることを義務付けています。権限のある機関によって試験および認証されていない製品は、必要なAIS公表仕様に適合しない可能性があり、したがって現場で期待どおりに動作しない可能性があります。最も広く認知され、受け入れられている認証は、R&TTE指令、米国連邦通信委員会、およびカナダ産業省によるもので、いずれも資格のある独立した試験機関による独立した検証を必要とします。
ITU M.1371-5では、AISトランシーバーが送信できるトップレベルメッセージの種類が27種類（64種類のうち）定義されています。[ 36 ] [ 37 ]
AISメッセージ6、8、25、26は、「アプリケーション固有メッセージ」（ASM）を提供し、これにより「管轄当局」は追加のAISメッセージサブタイプを定義できます。メッセージには「宛先指定型」（ABM）と「ブロードキャスト型」（BBM）の2種類があります。宛先指定型メッセージは宛先MMSIを含みますが、プライベートではなく、どの受信者でも復号できます。
ASM の最初の使用例の 1 つは、セント ローレンス水路で AIS バイナリ メッセージ (メッセージ タイプ 8) を使用して水位、閘門の順序、および天候に関する情報を提供することでした。パナマ運河では、AIS タイプ 8 メッセージを使用して運河沿いの雨と閘門内の風に関する情報を提供しています。2010 年に、国際海事機関は、タイプ 6 および 8 メッセージの次の ASM の反復を定義する回覧 289 を発行しました。[ 38 ] Alexander、Schwehr、および Zetterberg は、権限のある当局のコミュニティが協力して、これらのメッセージとその使用場所の地域登録簿を維持することを提案しました。[ 39 ]国際航路標識および灯台当局協会(IALA-AISM) は現在、地域固有のアプリケーション メッセージの収集プロセスを確立しています。[ 40 ]
各 AIS トランシーバーは、1 つの VHF 送信機、2 つの VHF TDMA受信機、1 つの VHFデジタル選択呼出(DSC) 受信機、および標準的な海上電子通信 ( NMEA 0183 、別名 IEC 61162)を介して船上ディスプレイおよびセンサー システムへのリンクで構成されています。タイミングは、クラス A ユニットの適切な同期とスロット マッピング (送信スケジューリング) に不可欠です。そのため、すべてのユニットは、全地球航法衛星システム( GPSなど) 受信機に同期された内部タイム ベースを備えている必要があります。[ 41 ]この内部受信機は、位置情報にも使用できます。ただし、位置情報は通常、GPS、LORAN-C、慣性航法システムなどの外部受信機によって提供され、内部受信機は位置情報のバックアップとしてのみ使用されます。AIS によってブロードキャストされるその他の情報は、利用可能な場合は、標準的な海上データ接続を介して船上機器から電子的に取得されます。通常、AIS を搭載したすべての船舶は、方位情報、位置 (緯度と経度)、「対地速度」、および旋回率を提供します。目的地や到着予定時刻などのその他の情報も提供される場合があります。
各AISステーションは、データリンクのトラフィック履歴と他のステーションの将来の行動予測に基づいて、独自の送信スケジュール（スロット）を決定します。あるステーションからの位置報告は、各周波数で60秒ごとに設定される2,250個のタイムスロットのいずれかに適合します。AISステーションは、スロット送信の重複を避けるため、互いに継続的に同期します。AISステーションによるスロット選択は、定義された間隔内でランダム化され、4～8分のランダムなタイムアウトが設定されます。ステーションがスロット割り当てを変更すると、新しい位置とその位置のタイムアウトの両方を通知します。このようにして、他の船舶の近くで突然無線通信範囲内に入ったステーションを含め、新しいステーションからの信号は必ず船舶に受信されます。
IMOの性能基準によれば、船舶の報告に必要な容量は最低でも毎分2,000タイムスロットですが、本システムは毎分4,500タイムスロットを提供します。SOTDMAブロードキャストモードでは、スロットの共有によりシステムを400～500%過負荷状態にすることができ、 船舶間モードでは8～10海里以内の距離にある船舶に対してほぼ100%のスループットを維持します。システムが過負荷状態になった場合、船舶運航者にとってより重要な近距離の目標を優先するため、遠距離の目標のみがドロップアウトの対象となります。実際には、本システムの容量はほぼ無制限であり、多数の船舶を同時に収容することが可能です。
システムの通信範囲は、他のVHFアプリケーションと同様です。VHF無線機の通信範囲は複数の要因によって決まりますが、主な要因は送信アンテナの高さと品質、および受信アンテナの高さと品質です。波長が長いため、伝搬特性はレーダーよりも優れており、陸地がそれほど高くなければ、曲がり角や島の裏側にも到達可能です。海上での見通し距離は、公称20海里（37km ）です。中継局を利用することで、船舶とVTS局の両方の通信範囲を大幅に改善できます。
このシステムはデジタル選択呼出システムとの下位互換性があり、陸上のGMDSSシステムが低コストでAIS運用チャネルを確立し、AIS搭載船舶を識別・追跡することを可能にする。また、既存のDSCベースの送受信システムを完全に置き換えることを目的としている。
陸上AISネットワークシステムは現在、世界中で構築されています。完全なルーティング機能を備えた、最大規模のリアルタイムシステムの一つは中国にあります。このシステムは2003年から2007年にかけて構築され、Saab TranspondereTech社によって提供されました。中国の海岸線全体が、3つの主要地域に70台のコンピュータサーバーを含む、ホットスタンバイ構成の約250の基地局でカバーされています。約25の船舶交通管制サービス（VTS）センターを含む数百の陸上ユーザーがネットワークに接続され、海上状況を確認できるほか、SRM（安全関連メッセージ）を使用して各船舶と通信することもできます。すべてのデータはリアルタイムです。このシステムは、船舶と港湾施設の安全性とセキュリティを向上させるために設計されました。また、ソケットベースの接続とIEC AIS標準プロトコルを使用してVTSユーザーまで接続するSOAアーキテクチャに従って設計されています。基地局にはホットスタンバイユニット（IEC 62320-1）が搭載されており、ネットワークは第3世代のネットワークソリューションです。
2007 年初頭までに、AIS 基地局の新しい世界標準である IEC 62320-1 規格が承認されました。古い IALA 勧告と新しい IEC 62320-1 規格は、一部の機能で互換性がないため、付属のネットワーク ソリューションをアップグレードする必要があります。これはユーザーに影響はありませんが、システム ビルダーは新しい規格に対応するためにソフトウェアをアップグレードする必要があります。AIS 基地局の標準は長らく待望されていました。現在、クラス A モバイルを使用したアドホック ネットワークが存在します。基地局は、地域内の AIS メッセージ トラフィックを制御できるため、パケットの衝突の数を減らすことが期待されます。
AISトランシーバーは、航行中は船舶の速度に応じて2～10秒ごとに、停泊中は3分ごとに以下のデータを送信します。
このデータは、衝突回避や船舶監視に使用する船舶の軌道を計算するために使用できます。[ 3 ]
さらに、以下のデータが6分ごとに放送されます。
クラス B トランシーバーは、クラス A トランシーバーよりも小型でシンプル、かつ低コストです。各トランシーバーは、1 つの VHF 送信機、2 つの VHFキャリアセンス時分割多重アクセス(CSTDMA) 受信機 (両方とも VHFデジタル選択呼出(DSC) 受信機として交互に動作)、および GPS アクティブ アンテナで構成されています。データ出力フォーマットは方位情報をサポートしていますが、一般的にユニットはコンパスに接続されていないため、このデータはめったに送信されません。出力は、 RS-232 および/または NMEA フォーマットの標準 AIS データ ストリーム (38.400 kbit/s)です。利用可能な帯域幅の過負荷を防ぐため、送信電力は 2 W に制限されており、約 5～10 マイルの範囲が得られます。
クラスBユニットには、以下の4つのメッセージが定義されています。
多くのメーカーが、AISトラフィックを監視するために設計されたAIS受信機を提供しています。これらは、両方の周波数を同時に監視するために2つの受信機を備えている場合もあれば、周波数を切り替える場合もあります（その場合、もう一方のチャネルのメッセージを見逃しますが、価格は安くなります）。一般的に、電子チャートプロッターやコンピュータに表示するために、RS-232、NMEA、USB、またはUDPデータを出力します。専用無線機に加えて、ソフトウェア無線機も信号を受信するように設定できます。[ 43 ]
AISは、世界的に割り当てられた海洋無線帯域のチャンネルであるAIS 1とAIS 2を使用します。
これらの2つのチャネルは、従来の音声デュプレックスチャネル87と88を分割することでAIS用に利用可能になりました。これらは、現在シンプレックス音声に使用されるチャネル87Aと88A、およびAIS 1とAIS 2と改名されAIS専用に使用されるチャネル87Bと88Bに分割されました。
ほとんどのAIS送信は、複数のメッセージの連続送信で構成されています。このような場合、メッセージとメッセージの間には、AIS送信機はチャネルを変更する必要があります。
AISメッセージは送信前にNRZIエンコードされなければならない。
AISメッセージは、ガウス最小シフトキーイング（GMSK）変調方式を用いて送信されます。データ送信に使用されるGMSK変調器の帯域幅×時間積は、最大0.4（公称値の最大値）である必要があります。
GMSK符号化されたデータは、VHF送信機を周波数変調するべきである。変調指数は0.5であるべきである。
伝送ビットレートは9600 ビット/秒です。
通常のVHF受信機は、フィルタリングを無効にすればAISを受信できます（フィルタリングはGMSKデータを破壊します）。ただし、無線機からの音声出力はデコードする必要があります。これを行うことができるPCアプリケーションはいくつかあります。
AISメッセージを送信する自動機器が多数存在するため、競合を避けるために、RF空間はフレーム単位で構成されます。各フレームは正確に1分間続き、毎分境界で開始されます。各フレームは2250個のスロットに分割されます。送信は2つのチャネルで行われるため、1分あたり4500個のスロットが利用可能です。機器の種類と状態、およびAISスロットマップの状態に応じて、各AIS送信機は次のいずれかの方式を使用してメッセージを送信します。
ITDMAアクセス方式では、デバイスは繰り返し不可能な送信スロットを事前に通知できます。ITDMAスロットは、追加のフレーム用に予約されるようにマークする必要があります。これにより、デバイスは自律的かつ継続的な動作のための割り当てを事前に通知できます。
ITDMAは、以下の3つの場面で使用されます。
RATDMAは、デバイスが事前に通知されていないスロットを割り当てる必要がある場合に使用されます。これは通常、最初の送信スロット、または繰り返し不可能な特性を持つメッセージの場合に行われます。
FATDMAは基地局のみで使用されます。FATDMAに割り当てられたスロットは、繰り返し送信されるメッセージに使用されます。
SOTDMAは、自律的かつ連続的に動作するモバイルデバイスで使用されます。このアクセス方式の目的は、制御局の介入なしに、競合を迅速に解決するアクセスアルゴリズムを提供することです。
AISスロットの長さは26.66ミリ秒です。データ変調速度は9600ビット/秒なので、各スロットの最大容量は256ビットです。フレーミングは、 ISO/IEC 13239:2002で規定されているHDLC規格に基づいています。
各スロットは以下のように構成されています。 <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>
VHF搬送波の信号はNRZI符号化されており、意図しないストップフラグの発生を防ぐためにビットスタッフィングが用いられています。そのため、上記で説明した実際の使用可能なメッセージ形式を得るには、まず生のビットを復号し、スタッフィングビットを除去する必要があります。
すべてのAISメッセージは、3つの基本的な情報要素を送信します。
以下の表は、現在使用されているすべてのAISメッセージの概要を示しています。
AIS機器は、NMEA 0183センテンスを使用して他の機器と情報を交換します。
NMEA 0183規格では、AISデータに2つの主要な文を使用します。
NMEA 0183規格の標準的なAISメッセージの例：!AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sd<L9i:a;WF>062D,0*7D
順番に：
!AIVDM: NMEAメッセージタイプ、その他のNMEAデバイスメッセージは制限されています 1. 文の数（メッセージによっては複数文が必要な場合があり、通常は最大9文まで） 1 文番号（複数文のメッセージでない限り1） 空白部分は、メッセージの連番ID（複数文メッセージの場合）です。 A AISチャンネル（AまたはB）。デュアルチャンネルトランスポンダの場合は、使用するチャンネルと一致させる必要があります。 14eG;... AIS-ASCII6を使用したエンコードされたAISデータ 0* データの終了、エンコードされたデータの末尾にある未使用ビット数（0～5） 7D NMEAチェックサム（NMEA 0183規格CRC16）
AISの使用はクラスA船舶に義務付けられており、クラスB船舶でも広く使用されているため、海洋指定無線チャネル上のオープンソースシステムで送信されなければならない。[ 44 ]特に、国際電気通信連合によって156～174MHzに及ぶと指定されているVHF海上移動帯域である。[ 45 ]オープン無線周波数でのデータ交換は、AISサービスをスプーフィング、ハイジャック、可用性の妨害などの悪意のある送信に対して脆弱にする。[ 44 ]
これらの脅威は、オンライン プロバイダーでの実装とプロトコル仕様の両方に影響を及ぼし、すべてのトランスポンダ設置 (30 万以上と推定) に関連する問題となります。[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]
一般に公開されている船舶監視ウェブサイトは、ボランティアが運営する AIS 受信機ネットワークからの認証されていないデータフィードに大きく依存しており、そのメッセージは、生データストリームに AIS パケットを挿入したり、GMSK モデムやソフトウェア無線機などのやや複雑な機器を使用して無線で簡単に偽造することができます。AIS トランスポンダは、統合された GPS 受信機からの実際の位置のブロードキャストのみを許可している場合があり、素人がそれらを使用して何でも送信することはできません。しかし、セキュリティの観点から、モデムまたはGPS スプーフィングによる任意の AIS メッセージ生成は、構築に高度な技術を必要とせず、AIS スプーファーはライセンスされたトランスポンダと同じくらい簡単に使用できます。[ 50 ]
AIS サービスには、船舶交通システム (VTS) や沿岸監視カバレッジを運用する政府管理の基地局が含まれます。[ 51 ] AIS は、偽の AIS 信号を送信したり、偽の遭難信号を生成したりしてタイムスロットを過負荷にする攻撃に対して脆弱です。[ 51 ]船上の AIS 校正機器が混雑している船舶は、船舶の位置と航路の安全性を判断する代替航行援助装置 (AtoN) を使用する場合があります。[ 51 ]ただし、仮想 AtoN は物理的な AtoN よりもなりすましに脆弱です。[ 51 ] 攻撃者は、ジャミング、なりすまし、またはミーコニングによって AIS 送信を妨害してきました。
ジャマーは、他の GPS または AIS 信号と同じ周波数で GPS 信号を送信して、同じ周波数での送信を妨害または隠蔽する低出力デバイスです。[ 52 ] 2022 年 10 月、デンマークのグレートベルト橋 (デンマーク語: Storebæltsbroen) 付近でのジャミング攻撃により、船舶の送信が 10 分間中断されました。[ 53 ] 50 × 30 km の範囲内にある合計 9 隻の船舶が影響を受け、AIS または GPS 信号を送信できなくなりました。[ 53 ]影響を受けた船舶には、貨物船 4 隻、フェリー 2 隻、および当時ロシアの軍艦 2 隻「Stoikiy 545」と「Soobrazitelny 531」を護衛していたデンマークの巡視船「Nymfen P524」が含まれていました。[ 53 ]
AISスプーフィング（海運業界ではファーストパーティスプーフィングとも呼ばれる）は、特に送信船の位置に関する偽の情報を含むAIS信号を送信する行為である。これは、 GPSスプーフィングとも呼ばれるGNSSスプーフィング攻撃とは異なり、GNSSスプーフィング攻撃では、全地球測位衛星になりすました第三者から遠隔で誤った位置情報を与えられたために、AIS送信機が船員の意思に反して偽の位置情報を送信する。[ 54 ] [ 55 ]
AIS スプーフィングは海軍演習で使用されていることが確認されています。2019 年 12 月、エルバ島付近で発生した AIS 「バースト」事件では、オランダ船籍の海軍艦艇から数千もの偽の AIS 信号が生成され、24 分間にわたって 3 つの間隔で出現しました。最初の攻撃は 3 分間、2 回目の攻撃は 4 分間、3 回目の攻撃はわずか数秒でした。[ 56 ] AIS システムは受信送信距離を短縮することで混雑を緩和できます。[ 56 ]しかし、偽信号はすべて半径 11NM 以内に生成されたため、この混雑はすぐには解消されませんでした。[ 56 ] Androjna らによる 2021 年の研究では、スプーフィングされたメッセージのジッター誤差と RSSI レベルが実際の軍艦のものと一致していたことから、このスプーフィングは海軍の電子戦演習によるものだとされています。[ 57 ]
2021年6月18日、ウクライナのチョルノモルスクにあるAIS受信機は、多数のライブ港湾ウェブカメラ映像と目撃者の証言によると、 HMSディフェンダーとHNLMSエヴァーツェンが併合されたクリミアのセヴァストポリにあるロシア軍基地に向かって航行していると報告したが、実際には両艦はオデッサに安全に停泊していた。これは、何者かがシステムに偽造AISデータを注入したことを示唆している。[ 58 ]数日後の6月22～23日、両艦はオデッサを出港し、実際にクリミア沿岸を航行した。ロシアは艦隊が領海を侵犯したと非難したが、英国軍司令部は両艦が国際水域を航行したと主張した。[ 59 ]
2021年3月には、スウェーデン軍の船舶がAISによって誤ってカリーニングラード近郊のロシア領海を航行していると表示されたという同様の事件が記録された。[ 60 ]
2021年7月、研究者のビョルン・ベルグマンは、2020年9月から2021年8月にかけて偽造されたAISデータが100件近く見つかったことを報告した。そのほとんどがNATOとヨーロッパの軍艦の偽造データだった。[ 61 ]ベルグマンは、データが地上受信機（衛星受信機ではない）で受信されたかのようにシステムに現れたことから、偽の無線送信によってデータが導入されているのではなく、AISウェブサイトで使用されるデータストリームに注入されていると考えた。[ 61 ]テキサス大学オースティン校の無線航法研究所所長のトッド・ハンフリーズは、「誰がこれをやっているのかは断言できないが、このデータはロシアの友人たちがよく行う偽情報工作のパターンに合致している」と述べた。[ 61 ]
AISスプーフィングの使用は、軍事目的や政治目的に限られません。海事データによると、船舶が位置を隠すために衛星航行システムを操作した事例は500件以上ありました。その使用は、保護水域での操業を隠す中国漁船団、イランの石油港への寄港を隠すタンカー、中東での航路を隠蔽するコンテナ船、そして武器や麻薬の密輸にも及んでいると報告されています。[ 62 ]
2008年から2018年の間に、南極海では「アンドレイ・ドルゴフ」号の登録を操作し、最大100個の同一のAIS信号を同時に送信して船の位置を隠すことで、違法漁業活動を偽装した。[ 63 ]
2021年3月、国連安全保障理事会による朝鮮民主主義人民共和国の制裁回避に関する調査で、無国籍船が2020年5月から10月にかけて北朝鮮に精製石油製品を輸送していたことが判明した。[ 64 ] 2020年7月8日の衛星画像では、調査対象船の1隻である安平号が北朝鮮の南浦で未報告の精製石油を輸送している様子が記録されている。 [ 64 ] 2020年6月から7月にかけての輸送期間中、同船はAIS信号を送信していなかった。[ 64 ]
このセクションは VDE のみに適用されます。 ミーコニング装置は、本物の AIS 信号を傍受、記録、再生します。[ 65 ]ジャミング装置とは異なり、ユーザーは選択した周波数と時間に意図的に送信できます。[ 65 ]ただし、ミーコニングは送信データを偽装することはできず、以前の送信を再生する機能しかありません。[ 65 ]ミーコニング装置によって送信される事前記録された信号は、端末をだまして、受信した信号を、船舶がまさにその瞬間に信号が最初に記録された場所にいることを示すものとして処理させます。[ 65 ]
送信機と受信機は、送信された信号を認証し、受信した信号を検証するプロトコルをデバイスに装備することで、船舶航行システムをAIS攻撃から保護できます。2021年の論文では、帯域幅の不足のため、これは現状では実現不可能であると推定されています。デジタル署名は通常、署名対象のAISメッセージよりも長くなります。デジタル署名の配布には、利用可能なVDE帯域幅のかなりの部分が消費されます。また、VDEが義務付けられていない限り、AISメッセージの署名はオプションに過ぎません。[ 66 ]
海上航行の安全と最適化のために AIS データを活用する方法に関する文献が増えつつあり、具体的には、交通分析、異常検出、経路抽出と予測、衝突検出、経路計画、気象ルーティング、大気屈折率推定など多岐にわたる[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] 。
彼の調査では、昨年9月まで遡り、数千マイルに及ぶ複数のAISデータプロバイダーからの100セット近いメッセージが見つかった。さらに心配なことに、影響を受けた船舶は、少なくとも2隻の米国の原子力潜水艦を含む、ほぼすべてヨーロッパとNATO諸国の軍艦だった。...バーグマンは、偽のAISトラックの氾濫をどの国、組織、個人に直接結びつける証拠は見つかっていない。しかし、それらはロシアの戦術と一致していると、テキサス大学オースティン校の無線航法研究所所長のトッド・ハンフリーズは述べている。...HMSディフェンダーのAISトラックが偽造されたわずか2日後、ロシア軍はクリミア沿岸近くを航行中の駆逐艦に警告射撃を行ったとされている。 「もしあの砲弾が命中し、ロシアがNATO艦艇が自国の領海内で活動していたと主張したと想像してみてください」とハンフリーズ氏は言う。「西側諸国は不正だと非難するかもしれませんが、ロシアが十分な量の偽情報を流し込めば、彼らの侵略行為が正しかったかどうかがはっきりしない状況を作り出すことができます。彼らはそういった曖昧な領域で活動することを好むのです。」