Exklusive Kommunikationsmodul 02.02.2023, 07:00 Uhr

Endlich Problem für autonome Drohnenflüge gelöst

Drohnen können vor allem im professionellen Einsatz auf internationaler Ebene auch außerhalb der Sichtweite der steuernden Person geflogen werden. Fraunhofer-Forschende haben gemeinsam mit Partnern ein ganz neues Mobilfunk-System vorgestellt, das sogar in Gegenden funktioniert, wo für solche Flüge bisher das Netz zu schlecht war.

Drohne

Dieser Wingcopter transportiert Güter in Malawi.

Foto: Falco Seliger

Die Drohnen-Technologie hat in den vergangenen Jahren enorme Fortschritte gemacht und ist längst im Alltag angekommen. Fotografen nutzen beispielsweise bezahlbare Geräte für hochwertige Luftaufnahmen, und Landwirte spüren über Drohnen mit Infrarotkameras Rehkitze auf Feldern auf. Der nächste Schritt steht kurz bevor: Nach der aktuellen Gesetzeslage in Deutschland muss der Pilot stets Blickkontakt zur Drohne haben, doch es ist absehbar, dass diese Regelung zumindest im professionellen Bereich früher oder später gekippt wird – aktuell laufen Projekte, die klären sollen, wie Drohnen am besten für die Flugsicherung sichtbar werden.

Schlechtes Mobilfunknetz stört autonome Drohnenflüge

International ist die Branche schon einen Schritt weiter. Beispielsweise in Malawi werden Drohnen eingesetzt, um die Bevölkerung während der Regenzeit mit Medikamenten, Blutkonserven und anderem lebenswichtigen Material zu versorgen. Die Flugfähigkeit der Drohnen steht also prinzipiell außer Frage, aber es gibt ein Problem, das auch über deutschem Boden auftreten kann: die Schwächen des Mobilfunknetzes.

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Das ist in zweierlei Hinsicht eine Herausforderung. Auf der einen Seite müsste das Netz aktuell noch verwendet werden, um eine Kommunikation mit der Flugüberwachung sicherzustellen. Auf der anderen Seite soll es die Fernsteuerung der Drohne sichern. Genau dafür haben Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI zusammen mit Partnern eine Lösung gefunden. Im Projekt SUCOM haben sie ein neues Mobilfunk-System entwickelt.

Drohnen pendeln zwischen verschiedenen Funkmasten

Bei autonomen Drohnen, die über Mobilfunk kommunizieren, ist die Verbindung häufig nicht sonderlich stabil. Abgesehen von einer fehlenden Netzabdeckung haben Experten und Expertinnen noch eine andere Erklärung parat: Sie gehen davon aus, dass die Drohnen wegen ihrer Flughöhe in der Reichweite von mehreren Funkmasten sind und zwischen den verschiedenen Funkzellen hin und her springen, was mitunter zu zwischenzeitlichen Verbindungsabbrüchen führt.

Forschende des Fraunhofer HHI haben wiederum erkannt, dass die Kommunikationsprotokolle, mit denen Drohnen arbeiten, das Problem sind. Sie sollen eigentlich den Datenfluss zwischen der Drohne und der Fernsteuerung sicherstellen, kommen mit der schwankenden Datenübertragung aber nicht klar. Teilweise gehen daher ganze Datenpakte verloren.

So gelingt Echtzeitkommunikation über 5G mit Profinet

Im Kooperationsprojekt SUCOM haben die Fraunhofer Forschenden in Zusammenarbeit mit dem hessischen Drohnenhersteller Wingcopter GmbH, der Emqopter GmbH und der CiS GmbH neue Kommunikationsprotokolle entwickelt, die mit schwankenden Datenströmen besser klarkommen. Im Ergebnis war es möglich, unter anderem Daten wie Luftlagebilder, Position, Flughöhe, Flugrichtung, Geschwindigkeit problemlos zu übertragen. Das ist eine wichtige Voraussetzung für autonom fliegende Drohnen, weil sie die Sicherheitsanforderungen der Luftfahrt erfüllen müssen.

Drohnen können mit dem Fraunhofer-Modul nachgerüstet werden

„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 wieder abbrach, arbeitete das SUCOM-Modul stabil. Dank unserer neuen Protokolle ist die Kommunikation so stabil, dass es nicht zu Unterbrechungen kommt.“

Wichtig: Es ist möglich, Drohnen mit dem SUCOM-Mobilfunk-Modul nachzurüsten. So konnten die Forschenden auch einen großen Praxistest starten: In Malawi sind bereits Drohnen in der Luft, die mit dem Modul ausgestattet wurden. Sie starten von vier Flugfeldern aus. Fernpiloten geben die aktuelle Route in den Computer ein und definieren bestimmte Wegpunkte, an denen sich die Drohnen orientieren sollen. Die Daten werden auf die Drohnen überspielt und gelangen dafür erst zu einem Server in Kapstadt, dann weiter zum SUCOM-Modul und schließlich zum angeschlossenen Flight-Controller auf der Drohne.

Smartphones mit 5G starten durch

Die Fernpiloten überwachen den Drohnenflug in Echtzeit. Zur Sicherheit sind die Fluggeräte zusätzlich mit Satelliten-Technik ausgestattet. Außerdem wäre es möglich, die Drohnen über eine sichere VPN-Verbindung vom Smartphone aus zu steuern. Die Drohnen legen bei diesem Test übrigens Strecken von über 40 Kilometern zurück.

Zwischen Kapstadt und Malawi in Echtzeit Drohnen-Daten austauschen

Die Verbindung funktioniert, und nicht nur das: Sie ist so schnell, die Daten der Drohnen aus Malawi in Echtzeit im Fraunhofer HHI in Deutschland ankommen. Ein Datenpaket braucht via Mobilfunk von der Drohne über den Server in Kapstadt bis nach Berlin nur 170 Millisekunden.

Einen zweiten Praxistest haben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen im Norden Brandenburgs überflogen. Dort liegt eines der größten Funklöcher Deutschlands mit einem Durchmesser von 14 Kilometern: Die Drohne überflog das Waldgebiet ohne Unterbrechungen in der Kommunikation.

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Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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