پروتکل ارتباطی و پیام‌های AIS

AIS یک سامانه‌ی پخش‌محور است — نه اتصالی برقرار می‌شود، نه دست‌دهی‌ای انجام می‌گیرد و نه تأییدیه‌ای بازمی‌گردد. هر کشتی به‌سادگی پیام کوتاه خود را روی کانال مشترک می‌فرستد. مشکل اینجاست: اگر دو کشتی هم‌زمان ارسال کنند، سیگنال‌هایشان با هم تداخل می‌کند و هیچ‌کدام درست دریافت نمی‌شود.

راه‌حل AIS برای این مشکل، پروتکلی به نام Self-Organizing Time Division Multiple Access (S-TDMA) — «دسترسی چندگانه با تقسیم زمانی خودسازمان‌ده» — است که بدون نیاز به هیچ ایستگاه مرکزی کنترل‌کننده، به هر کشتی اجازه می‌دهد بازه‌ی زمانی اختصاصی خودش را پیدا کند.

ایده‌ی اصلی TDMA این است که به‌جای اینکه همه هم‌زمان صحبت کنند، هرکس نوبت زمانی مشخصی برای صحبت‌کردن دارد. در AIS، هر یک دقیقه از هر کانال رادیویی به ۲,۲۵۰ بازه‌ی زمانی مجزا تقسیم می‌شود — یعنی هر بازه تنها حدود ۲۶٫۷ میلی‌ثانیه طول می‌کشد و می‌تواند یک پیام AIS کامل را حمل کند.

وقتی یک کشتی وارد «سلول ارتباطی» می‌شود — یعنی محدوده‌ی VHF که در آن سیگنال کشتی‌های دیگر شنیده می‌شود — به ترتیب زیر عمل می‌کند:

تنظیم اندازه‌ی سلول و رفع تصادم

در مناطق پرترافیک، گیرنده‌ی AIS می‌تواند به‌طور هوشمند برد شنیداری خود را کاهش دهد تا سیگنال‌های ضعیف‌تر از کشتی‌های دوردست را نادیده بگیرد و تنها به کشتی‌های نزدیک‌تر (با سیگنال قوی‌تر) اولویت دهد. این کار امکان استفاده‌ی مجدد از همان بازه‌های زمانی در سلول‌های مجاور را فراهم می‌کند.

اگر دو کشتی به‌طور تصادفی یک بازه را هم‌زمان انتخاب کنند، مکانیزم‌های داخلی رفع تصادم به‌طور خودکار یکی از آن‌ها را وادار به جابه‌جایی به بازه‌ی دیگر می‌کنند — بدون هیچ دخالت انسانی.

گرچه S-TDMA به‌طور پیش‌فرض خودکار و غیرمتمرکز عمل می‌کند، استاندارد AIS سه حالت عملیاتی متفاوت را نیز پیش‌بینی کرده است:

پیام‌های AIS به چهار دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند که هرکدام منبع و بازه‌ی به‌روزرسانی متفاوتی دارند:

برای بهینه‌سازی مصرف پهنای باند، بازه‌ی ارسال گزارش‌های پویا به‌طور هوشمند بر اساس سرعت و وضعیت ناوبری شناور تنظیم می‌شود — هرچه کشتی سریع‌تر حرکت کند یا در حال تغییر مسیر باشد، گزارش‌ها مکررتر ارسال می‌شوند:

داده‌ی ایستا و سفر مستقل از این جدول، هر شش دقیقه یک‌بار (یا هنگام تغییر) پخش می‌شود. پیام‌های ایمنی نیز در صورت نیاز و بدون بازه‌ی زمانی ثابت ارسال می‌گردند.

فراتر از ردیابی موقعیت، AIS از قالب‌های کوتاه پیام باینری نیز پشتیبانی می‌کند که کاربردهای آن را گسترش می‌دهد:

هسته‌ی سامانه‌ی AIS روی هر کشتی، ترانسپوندر AIS است — واحدی که به‌طور معمول خودمختار عمل می‌کند اما در صورت نیاز می‌تواند از راه دور توسط یک مرجع صلاحیت‌دار (مانند VTS) کنترل شود. این واحد از چند منبع داده تغذیه می‌شود:

اتصال این سنسورها به ترانسپوندر معمولاً از طریق رابط استاندارد NMEA 0183 یا نسخه‌ی جدیدتر آن NMEA 2000 انجام می‌شود.

سخت‌افزار رادیویی: دو گیرنده، یک فرستنده

یک واحد استاندارد AIS روی کشتی معمولاً شامل موارد زیر است:

این ترکیب «دو گیرنده و یک فرستنده» افزونگی لازم را فراهم می‌کند: کشتی همیشه در حال دریافت است، حتی وقتی خودش در حال ارسال پیام است. علاوه بر این، ترانسپوندرها قابلیت تنظیم مجدد فرکانس را نیز دارند و می‌توانند در صورت دستور یک VTS ساحلی — به‌صورت دستی یا از راه دور — به کانال‌های جایگزین سوئیچ کنند.

نمایش و یکپارچه‌سازی داده

داده‌ی دریافتی AIS روی کشتی از طریق یک واحد کنترل و نمایش (CDU) به افسر نگهبان نشان داده می‌شود — به‌صورت متنی یا گرافیکی. بیشتر سامانه‌های AIS همچنین پورت‌های خروجی سریال برای یکپارچه‌سازی با سامانه‌های دیگر کشتی دارند:

برخی واحدها همچنین یک پورت اختصاصی برای راهنمای بندر (Pilot) دارند تا بدون تداخل با سامانه‌های اصلی پل فرماندهی، دستگاه خودشان را متصل کرده و مستقیماً به داده‌ی AIS کشتی دسترسی داشته باشند.