Extreme Communication
In unserer heutigen Gesellschaft sind digitale Kommunikation und Konnektivität allgegenwärtig. Ein Ausfall, besonders im Krisenfall, kann daher umso verheerender sein. Ohne ein funktionierendes digitales Netzwerk können sich Einsatzkräfte nur schwer koordinieren und die Bevölkerung bleibt im Dunkeln. Die Mission Extreme Communication (ExCom) entwickelt daher resiliente Kommunikationsmöglichkeiten für Extremsituationen. Das Ziel: Auch wenn herkömmliche globale Netze wie das Internet oder Mobilfunk in Krisensituationen ausfallen, sollen Einsatzkräfte und die betroffene Bevölkerung Informationen und Daten lokal austauschen können. ExCom forscht unter anderem daran, wie mittels verschiedener Funktechnologien und unter Nutzung von Satelliten und Drohnen als fliegend Kommunikationsknoten ein robustes Krisennetz aufgespannt werden kann. Die Mission baut dabei auf Erkenntnissen der emergenCITY Missionen ACN und ReSON zu unterbrechungs- und verzögerungstoleranten Netzwerken (DTN) auf.
Kontakt
Forschungsfrage
Wie können wir Kommunikationsinfrastruktur auch unter extremen Bedingungen bereitstellen, um Krisensituationen effizient und schnell zu bewältigen?
Die Forschenden gehen von signifikant erschwerten Bedingungen aus und legen einen starken Fokus auf die Robustheit des entwickelten Systems. Es soll zuverlässig und flexibel in Katastrophengebieten einsetzbar sein – mit minimalem Konfigurationsaufwand und ohne bestehende Infrastruktur. ExCom kombiniert dazu unterbrechungstolerante Netzwerke (DTN), Long Range (LoRa) Funktechnologie und konventionelles WiFi mit Satellitenkommunikation sowie hochautomatisierten Drohnen (UAVs). Dabei liegt der Fokus nicht auf der schnellen, sondern der zuverlässigen Übertragung von Nachrichten nach der Prämisse „Eine späte Nachricht ist besser als gar keine Nachricht“, denn verlorene Nachrichten können lebensbedrohliche Konsequenzen für Einsatzteams und die Bevölkerung haben. Wenn keine direkte Kommunikationsverbindung zwischen zwei Orten verfügbar ist, müssen Informationen physisch transportiert werden. Ziel ist es, ein dynamisches Drohnennetz über einem Katastrophengebiet aufzuspannen, das Nachrichten vollautomatisiert einsammelt und ihren Transfer gewährleistet. Die Drohnen dienen dabei gleichzeitig als bewegliche Knoten in einem Mesh-Netzwerk, welches auch direkte Kommunikation erlaubt, falls ausreichend Knoten zur Verfügung stehen. Diese Kombination aus einem multi-modalen Kommunikationssystem und dessen Integration in unbemannte Flugsysteme sowie spezifischen Flugführungsstrategien verleiht der Mission ExCom großen Innovationscharakter. Die Mission wird in enger Zusammenarbeit der emergenCITY Programmbereich CPS und KOM konzipiert und durchgeführt.
Programmbereiche in der Mission
Kommunikation (KOM)
Der Programmbereich KOM entwickelt drahtlose Kommunikationsverfahren für den Extrembetrieb. Im Zentrum stehen die Entwicklung einer LoRa-basierten Verbindung zwischen UAV, Bodenstation und anderen lokalen Kommunikationsknoten sowie der verzögerungstolerante Nachrichtenaustausch zwischen Endgeräten. Der gezielte Einsatz von Satellitenkommunikation als Fallbackkanal wird untersucht. Ergänzt wird dies durch Channel-Aware Routing, das die verfügbare Bandbreite unter wechselnden Bedingungen optimal ausnutzt. Ziel ist eine Notfall-Kommunikation mit großer Reichweite, die ohne Internetverbindung, Mobilfunknetz oder vorinstallierte Infrastruktur den Einsatzkräften, aber auch der Zivilbevölkerung zur Verfügung steht.
Team: Björn Scheuermann Hendrik Wingbermühle Jonas Franz Vincenz Mechler Bastian Bloessl Matthias Hollick
Cyber-Physische Systeme (CPS)
Der Programmbereich CPS verantwortet die intelligente Flugplanung, die Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Flugführung sowie die UAV-Systemintegration. Auf Basis von AutoAPMS, einem Framework zur Modellierung und Ausführung von automatisierten Prozessen in Robotik-Systemen, werden Missionsbefehle effizient kodiert und per LoRa-Link drahtlos übertragen, sodass die Drohnen ihr Flugverhalten je nach Bedarf dynamisch anpassen können. Ein lastgesteuerter Flugplanungsalgorithmus sorgt dafür, dass UAVs ressourcenschonend dort eingesetzt werden, wo der Kommunikationsbedarf am höchsten ist. Die Konzepte wurden in Feldversuchen validiert und der automatisierte Flugbetrieb erprobt.
Team: Robin Müller Uwe Klingauf