Lakeside Labs Drohnen

Beschreibung

Ziel dieses Use Cases ist der Aufbau eines autonomen Schwarms aus Flug- und Bodenrobotern (auch Drohnen und Rover genannt), die über ein SG-Netzwerk miteinander kommunizieren, um gemeinsam Aufgaben zu erledigen, die ein einzelner Roboter nicht bewältigen kann. Die Steuerung erfolgt dabei weder manuell noch zentral, sondern die Roboter organisieren sich selbstständig mittels Sehwarmalgorithmen. Der Vorteil der Selbstorganisation ist die hohe Anpassungsfähigkeit des Schwarms an seine Umgebung bzw. seine Robustheit gegenüber dem Ausfall einzelner Sehwarmmitglieder.

Es gibt eine Reihe von Szenarien, in denen solche autonomen Boden-Luft-Roboterschwärme eingesetzt werden können. So gibt es bereits konkrete Ideen, Drohnen für den Transport von Waren einzusetzen. Ein weiteres Szenario sind Katastropheneinsätze, bei denen ein Schwarm von Drohnen rasch das betroffene Gebiet erkunden und gemeinsam mit Rover Hilfsgüter liefern oder die Evakuierung unterstützen kann. Die Vorgabe des Missionsziels erfolgt in einer Einsatzzentrale, in der auch die gesammelten Sensordaten analysiert und zu einem aktuellen Lagebild fusioniert werden. Ebenso können Roboterschwärme für verschiedene Monitoring-Aufgaben (z.B. Schutz kritischer Infrastrukturen) verwendet werden. Im Normalfall sind dabei nur geringe Datenmengen zu übertragen, wie z.B. die Position der Roboter oder Übersichtsbilder in geringer Auflösung. Diese Daten müssen jedoch mit geringer Verzögerung und sehr hoher Zuverlässigkeit übertragen werden. Im Falle von relevanten Ereignissen, wie z.B. der Detektion von Bewegungen in gesperrten Bereichen, kann kurzfristig die Notwendigkeit bestehen, hochauflösende Videodaten an einen Leitstand zu übertragen, um eine genaue Übersicht über die aktuelle Lage zu erhalten. Die Anforderungen an das SG-Netzwerk sind daher dynamisch und können auch für verschiedene Schwarmmitglieder unterschiedlich sein.

Robuste und zuverlässige Kommunikation ist eine wesentliche Grundvoraussetzung für den Einsatz und die Funktion von Roboterschwärmen. So beeinflussen unter anderem die Kommunikationsreichweite, auftretende Interferenzen oder die Funkabdeckung im Einsatzgebiet die Effektivität eines solchen Schwarms. Derzeit werden für die Steuerung von Roboterschwärmen bzw. die Übertragung von gesammelten Sensordaten oder Videos oft Funktechnologien wie WLAN oder Bluetooth eingesetzt. Diese Technologien haben jedoch Nachteile, wie z.B. eingeschränkte Funkreichweiten, oder die Anfälligkeit des Netzwerkes für Störungen, die von anderen WLAN-Netzen in der Umgebung verursacht werden. Der Einsatz von Mobilfunktechnologien, die im lizensierten Frequenzbereich arbeiten und auch für höhere Gerätedichten entwickelt wurden, ist daher eine vielversprechende Alternative. Dabei sind jedoch einige Herausforderungen zu bewältigen, die den flächendeckenden, zuverlässigen Einsatz derzeit noch nicht erlauben. Aktuelle Mobilfunknetze sind nicht für die Nutzung durch Fluggeräte ausgelegt (z.B. sind Antennen auf Mobilfunkmasten meist zum Boden hin ausgerichtet). Dies beeinträchtigt die Zuverlässigkeit der Kommunikation mit den Drohnen des Schwarms. Weitere Probleme bei der Nutzung von Mobilfunk für Drohnenkommunikation sind das häufige Wechseln zwischen Zellen (sog. "Handover") und erhöhte Interferenzen, da Drohnen aus der Luft Verbindungen zu vielen Mobilfunkmasten aufbauen können.

In diesem Use-Case sollen neue Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie die zukünftige SGMobilfunktechnologie optimal für die Kommunikation in Roboterschwärmen eingesetzt werden kann und Lösungen für die oben genannten Herausforderungen erarbeitet werden.