Zuverlässige Fernsteuerung von Drohnen über Mobilfunk

Bislang funktioniert die Steuerung von autonomen Drohnen, die über Mobilfunk kommunizieren, oft nicht stabil. Ein neues System mit robusten Kommunikationsprotokollen soll das nun ändern und für mehr Zuverlässigkeit sorgen.

Immer häufiger fliegen Drohnen außerhalb der Sichtweite der steuernden Person und werden mithilfe mobilfunkbasierter Systeme gesteuert. Ausfälle sind hier allerdings keine Seltenheit. Neben einer fehlenden Netzabdeckung vermuten Experten, dass die Drohnen in großer Höhe Zugriff auf zu viele Mobilfunkmasten gleichzeitig haben und immer wieder zwischen den Funkzellen wechseln, was zum Verbindungsabbruch führen kann.

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Ein neues Mobilfunksystem soll nun die Steuerung der Drohnen selbst über lange Distanzen und über schwierigem Terrain gewährleisten. Entwickelt wurde es von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, des Heinrich-Hertz-Instituts (HHI), im Rahmen des Projekts „Sucom“. Zusammen mit dem hessischen Drohnenhersteller Wingcopter, dem Systemlieferanten Emqopter GmbH und dem IT-Dienstleister CiS GmbH haben sie Kommunikationsprotokolle entwickelt, die gegenüber ruckelnden Datenströmen unempfindlich sind.

Bislang verwendete Kommunikationsprotokolle für Mobilfunksteuerung von Drohnen nicht robust genug

Bisher führen diese Schwankungen dazu, dass manche Datenpakete langsamer ankommen und einige sogar ganz verloren gehen. Das ist bei den neuen Protokollen anders: Auch wenn die Datenrate schwankt, soll die Verbindung hier nicht abreißen. Sicherheitskritische Informationen für die Erstellung von Luftlagebildern wie Position, Flughöhe, Flugrichtung, Geschwindigkeit und andere Daten lassen sich unterbrechungsfrei übertragen, so die Projektpartner. Damit sei eine zentrale Voraussetzung für die hohen Sicherheitsanforderungen der Luftfahrt erfüllt.

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„Wir haben zum Vergleich eine Drohne mit einem kommerziell verfügbaren LTE-System und unserem Sucom-Mobilfunkmodul mit den neuen Kommunikationsprotokollen ausgestattet“, sagt Tom Piechotta, Wissenschaftler am Fraunhofer HHI. Während die Verbindung über das herkömmliche Modul immer abgebrochen sei, arbeitete das Sucom-Modul stabil. „Dank unserer neuen Protokolle ist die Kommunikation so stabil, dass es nicht zu Unterbrechungen kommt“, so der Forscher. Für ihn ist das ein klarer Hinweis darauf, dass Störungen bei Drohnen nicht allein auf fehlende Netzabdeckung zurückzuführen sind. Auch schon vorhandene Drohnen lassen sich mit dem im Rahmen des Projekts entwickelten Mobilfunkmodul nachrüsten.

Drohnendaten: In 170 Millisekunden stabile Datenübertragung von Malawi nach Berlin

Im Einsatz ist das Modul bereits in Malawi. Dort beliefern Drohnen die Bevölkerung während der Regenzeit mit Medikamenten, Blutkonserven und anderem lebenswichtigen Material. Dabei legen sie Distanzen von bis zu 40 km zurück. Die Drohnen starten von vier Flugfeldern aus. An jedem dieser Felder arbeitet ein Fernpilot. Er tippt die aktuelle Route in einen Computer ein und definiert Orientierungspunkte für die Drohne. Bevor die Mission auf die Drohne geladen wird, fließen die Daten zu einem Server in Kapstadt, dann weiter zum Mobilfunkmodul und dann zum angeschlossenen Flight-Controller auf der Drohne.

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Während des Flugs wird ihr Zustand kontinuierlich und in Echtzeit von den Fernpiloten überwacht. Für den Fall, dass die LTE-Verbindung ausfällt, ist die Drohne zusätzlich mit Satellitentechnik ausgestattet. Über eine VPN-Verbindung lässt sich die Drohne bei Bedarf auch vom Smartphone aus steuern. Damit ein schneller Datentransport zwischen dem Server in Kapstadt und der Drohne gewährleistet ist, wurden Serverhardware und -software angepasst. Nun ist die Verbindung so schnell, dass die Drohnen in Malawi mit dem Fraunhofer HHI in Deutschland in Echtzeit kommunizieren können. Via Mobilfunk von der Drohne über den Server in Kapstadt bis nach Berlin benötigt ein Datenpaket nur 170 ms.

Drohnenflug trotz Funkloch

Auch hierzulande könnte das neue System zum Einsatz kommen, um abgelegene Orte besser zu versorgen. Um das zu zeigen, ließen die Forschenden eine entsprechend ausgestattete Drohne ein ausgedehntes Waldgebiet im Norden Brandenburgs überfliegen. Es ist eines der größten Funklöcher Deutschlands mit einem Durchmesser von 14 km. Trotzdem funktionierte die Kommunikation mit der Drohne ohne Unterbrechungen.