船载自动识别系统(Automatic Identification System-AIS),是在甚高频(VHF)海上移动频段采用时分多址接人( Time Division Multiple Access-TDMA)技术,自动广播和接收船舶静态信息( Static data)、动态信息(Dynamic data)、航次相关信息(Voyage related data)和安全相关短消息( Short safety-related messages),实现船舶识别、监视和通信的系统。船舶安装AIS设备,可自主改善船舶避碰,而不依赖雷达系统自动获取航行信息、发送船舶数据的一种新型的船用助航设备。

AIS 船载移动设备又分为A类和B类(如图3-1所示)。A类采用自组织时分多址(Self Organized Time Division Multiple Access -SOTDMA)技术,满足IMO 关于AIS 船载移动设备的所有相关要求。B类设备有采用SOTDMA技术和载波侦测时分多址(Carrier-sense TDMA,CSTDMA)技术的两种,是功能简化的AIS设备,可以不完全满足IMO 关于AIS 船载移动设备的装载要求,用于非SOLAS 公约要求的船舶,目的在于使其能够在AIS 网络中实现船舶互见。

NO. | AIS产品 |
1 | 船载AIS(A型)SOTDMA:自组织时分多址 |
2 | 船载AIS(B型SO)SOTDMA:自组织时分多址 |
3 | 船载AIS(B型CS)CSTDMA:载波侦测时分多址 |
4 | 搜救飞机AIS |
5 | 航标AIS终端 |
6 | AIS基站 |
CLASS A 与 CLASS B 的区别,包括通信制式的区别、静态报告的区别、报告更新率的区别、报文通信的区别。
通信制式的区别:SOTDMA & CSTDMA
SOTDMA:
SOTDMA协议将每个VHF信道的时间划分成固定长度的时隙,1MIN为1帧,1帧分成2250个时隙,1个时隙是6.7MS,可传输256b的信息,一个位置报占用一个时隙,其他报文可根据需要占用2-3个时隙,AIS设备按照SOTDMA协议,寻找空闲时隙发送本船信息,时隙分配根据通信链路的工作状态实时进行动态调整。
AIS工作频率AISI/161.975MHZ,AIS2/162.025MHZ,获得无线传输的带宽为25KHZ或12.5KHZ,调制采用GMSK方案,数据编码为NRZI,数据传输速率为9600baud。
SOTDMA的基础是将时间分成独立的时隙“SLOT”,在此特殊时隙内只有一个台(船台、岸台等)能发送。AIS共用二个VHF频道(AIS1和AIS2),每一个频道每分钟有2250时隙,时间标准采用UTC。当使用SOTDMA协议的AIS台(A类或B类)初次开机时,它首先侦听通信状况,发射的电台在发射的电文中包含未来时隙的选择,借助于辖区内发射电台占有时隙及未来预约时隙的了解,AIS台就能确定自己的发射时隙和未来预约时隙。决定时隙的算法是ITU标准M.1371的一部分,每个台在组织方式内决定自己的发射时隙就是SOTDMA技术,SOTDMA算法嵌入在每个AIS设备的软件内。
CSTDMA:
CSTDMA(CLASS B采用) 系统也是通过侦听现存的通信情况来决定一个空闲时隙的,如果侦听到某一时隙没有被使用,它就用这个时隙发射——在标称时隙开始时间2MS后发射,这2MS是用来侦听CLASS A发射的存在。由于CLASS B不预约未来的时隙且每次发射只占一个时隙,因此,它们对VHF数据链负载的影响是非常小的。
对于特殊的发射,CLASS B 设备在一个10s周期内随机选择10个候选时隙来识别,集中在标称报告时间,然后依次测试每一时隙直到找到一个能发射的空闲时隙。如果10个时隙都被占用,则取消发射直到下一个发射周期。这个补充的细节减小了与邻近CLASS B台重复发射冲突的可能性。该冲突会产生一连串的混淆报文。
CLASS B做出的发射决定是根据在候选时隙内有没有另一台在发射,接收到的信号强度是不是比在最后60秒内收到的最小信号大10dB。这意味着CS设备不但能在没占用的时隙内没有明显的信号时工作,而且也能在时隙部分或全部占有时工作。假如占有的时隙内接收到的信号强度不大于临界值10dB,该时隙就可用于发射。这自动复用了被较远距离台占用的时隙。此外,随着通信量的增加,该临界值也增加,使得有效运行的区域缩小。
静态报告的区别:
A级设备具备通过消息5周期性发送标准A级设备静态报告的功能。
SOTDMA B级设备具备通过消息19周期性发送标准B级设备静态报告的功能。消息19是扩展的Class B位置报告,增加了船舶类型和大小等信息,可以被其它A级设备识别。由于消息19占用了两个时隙,所以CSTDMA的Class B不能使用该消息。
CSTDMA B级设备通过消息24发送静态AIS数据报告,消息24包括24A和24B两部分,24A发射1min后应发射24B。由于消息24是新增加的,原来的Class A船舶不能识别该消息,导致一些没有软件升级的Class A船舶不能识别安装CSTDMA的Class B船舶。
按照IEC 62287-1标准,以CSTDMA 方式工作的AIS,位置报告(消息18)的报告速率为:
当航速SOG > 2kn,30s
当航速SOG ≤ 2kn,3min
按照ITU-RM. 1371 规范,以SOTDMA 方式工作的AIS,其报告速率为:
A级AIS | 报告周期 | B级AIS | 报告周期 |
抛锚、停泊或速度≤3节 | 3分钟 | 航行速度≤2节 | 3分钟 |
抛锚、停泊或速度>3节 | 10秒 | 辅助导航 | 3分钟 |
航行速度0-14节 | 10秒 | 航行速度2-14节 | 30秒 |
航行速度0-14节并改变航向 | 3秒 | ||
航行速度14-23节 | 6秒 | 航行速度14-23节 | 15秒 |
航行速度14-23节并改变航向 | 2秒 | ||
航行速度>23节 | 2秒 | 航行速度>23节 | 5秒 |
航行速度>23节并改变航向 | 2秒 |
报文通信的区别:
A级和SOTDMA的B级设备严格按照ITU-RM. 1371 规范设计,寻址报文最长936bit,广播报文最长1008bit,可以进行文字消息的通信,还可以进行中文短消息的通信,方便用户使用,对该系统在我国的推广应用具有积极的促进作用。
按照IEC 62287-1标准,CSTDMA仅允许发射与安全有关的文字消息,发射消息长度不能超过一个时隙,寻址报文最长96bit,广播报文最长128bit,不能进行自动回复。
SO B类AIS与CS B类AIS的比较:
欧美之间对B类AIS设备使用SOTDMA协议还是CSTDMA协议争议较大:主张使用SOTDMA协议的认为CSTDMA协议没有时隙预约能力,船舶报告不稳定可靠,而主张使用CSTDMA协议的认为SOTDMA选择时隙的方法与A类相同,不但占用当前发射时隙,还要预约未来时隙,这在船舶数量大的区域会造成信道拥堵。
一些A类AIS不能识别CS B类AIS的船名等静态信息:一是先前安装的A类设备没有识别CS B类的功能,这在A类设备升级后,问题会完美解决;另一是CSTDMA时隙复用方法造成的,当某一区域的AIS终端数量超过饱和值时,A类能正常发送信息,CS B类也能正常收发信息,但对复用时隙的B类终端发送的信息,A类终端不能正确解调,也就是不能识别此B类终端。这个问题随着A、B类终端数量的增加而日益严重。
当AIS辖区内终端数量不多时,由于SOTDMA的B类AIS与目前的AIS系统采用完全相同的网络协议,对其它AIS船舶-船舶、港口-船舶的正常消息广播和通信基本没有影响;CSTDMA的B类AIS也一样。
当AIS辖区内终端数量达到饱和值时,SOTDMA B类和CSTDMA B类都会对SOTDMA A系统产生影响,美国海岸警卫队研究和发展中心(US Coast Guard Research and Development Center)对Florida和San Francisco二个水域进行了计算机模拟,结果表明大量CSTDMA B类终端的存在并没有对SOTDMA系统造成严重影响,根据这个研究成果,IEC提出了有关CSTDMA的标准。

