Drohnennetz bietet lebenswichtige Konnektivität in Katastrophengebieten
Eine gute Kommunikation kann in Notfallsituationen den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten. So können Rettungsmaßnahmen enorm dadurch behindert werden, dass das Mobilfunknetz aufgrund eines schweren Erdbebens lahmgelegt wurde. „Je nach den Umständen kann es Tage dauern, bis alles wieder funktioniert“, erklärt HERMES-Projektleiter Prodromos Mekikis, der derzeit als Forscher in der Forschungs- und Technologieabteilung der Hilti-Gruppe in Liechtenstein tätig ist.
Ad-hoc-Kommunikationsnetz über Drohnen
Durch dieses Szenario kamen Mekikis und sein Team auf den Gedanken, wie nützlich flexibel einsetzbare Drohnen sein könnten. Wenn Drohnen mit Kommunikationstechnologie ausgestattet werden, könnten sie ein Ad-hoc-Kommunikationsnetz für Rettungsteams bilden. Ein solches Netz könnte auch in ländlichen Gebieten mit schwacher Abdeckung oder bei Netzüberlastungen in dicht besiedelten städtischen Gebieten eingesetzt werden. Im Rahmen des HERMES-Projekts, das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde, wollte Mekikis die Realisierbarkeit dieses Konzepts nachweisen. Koordiniert wurde das Projekt von George Karagiannidis, einem Professor an der Aristoteles-Universität Thessaloniki in Griechenland. Mekikis begann mit der Ermittlung der wichtigsten Herausforderungen, die es zu bewältigen galt. „Das erste Problem ist die Konnektivität“, sagt er. „Die Konnektivität zwischen den Drohnen, zwischen Drohnen und Nutzenden und zwischen Drohnen und dem Backend des Netzwerks muss stehen.“ Ein zweites Problem ist die Energie. Die Akkulaufzeit von Drohnen ist in der Regel begrenzt – auf bis zu eine Stunde – und weitere Akkus bedeuten nur mehr Gewicht. Dann gibt es noch die Orchestrierung: Jedes Drohnennetz muss nahtlos funktionieren, damit eine ununterbrochene Verbindung aufgebaut wird.
Integration von rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen
Im Mittelpunkt des Projekts stand die Möglichkeit, rekonfigurierbare intelligente Oberflächen einzusetzen. Dabei handelt es sich um programmierbare Strukturen, die manipuliert werden können, um die Reflexion elektromagnetischer Wellen zu steuern. Die Idee ist, dass durch den Einsatz dieser Oberflächen in Drohnen eine ununterbrochene Mobilfunkverbindung stabilisiert werden kann. „Wir begannen mit theoretischen Analysen, um die Leistung von rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen mit anderen Technologien zu vergleichen“, erklärt Mekikis. „Dann führten wir Experimente durch, um die Leistung der ersten Prototypen zu bestimmen.“ Um das Energieproblem zu lösen und ein perfekt orchestriertes Drohnennetz aufzubauen, wurde eine automatisierte Software entwickelt, die auf Spieltheorie und Optimierungsalgorithmen basiert. „Wir haben über alle erforderlichen Schritte für einen sicheren und effizienten Betrieb nachgedacht – welche Drohne hat gerade wenig Energie, welche Ladestation ist besetzt, wo ist die Abdeckung besonders schwach“, erklärt Mekikis. „Diese komplexen Berechnungen mussten alle automatisiert werden.“
Kommunikationslösung für Such- und Rettungsteams
Die ausgereiften Lösungen wurden dann integriert und in einer simulierten Umgebung getestet. Dabei wurde zwar nur ein Bruchteil der Drohnen eingesetzt, die für die Aufrechterhaltung der Kommunikation bei einer realen Katastrophe erforderlich wären, dennoch konnte Mekikis die Realisierbarkeit des Systems nachweisen. „Wir haben gezeigt, dass ein solches Netz umsetzbar ist“, sagt er. „Ich sehe hier deutliche Vorteile für Such- und Rettungsteams. Das wäre für mich der nächste Schritt: Endnutzende wie diese Teams mit einbeziehen.“ Über das Projekt konnte Mekikis auch sein Interesse an der Nutzung von Technologie zum gesellschaftlichen Vorteil weiter ausbauen. „Sei Beginn meiner Karriere suche ich nach Möglichkeiten, Technologie im Sinne der Sicherheit einzusetzen und so möglicherweise Leben zu retten“, ergänzt er. „Derzeit arbeite ich daran, wie die Sicherheit und Produktivität an Baustellen über das Internet der Dinge gesteigert werden kann. Das ergänzt sich gut mit meiner Arbeit im HERMES-Projekt.“
Schlüsselbegriffe
HERMES, Drohnen, rekonfigurierbare intelligente Oberflächen, Katastrophe, Notfall, Kommunikation, elektromagnetisch, Mobilfunk
