Drohnen in Mobilfunknetzen

In jüngster Vergangenheit haben die kommerzielle Nutzung von Drohnen und deren Anwendungsmöglichkeiten zugenommen. Zum Einsatz kommen sie etwa für den Transport, zur Beobachtung landwirtschaftlicher Flächen oder Industrieanlagen, zur Überwachung und im Katastrophenfall. Allen Anwendungsfällen ist gemein, dass der Betrieb autonomer Drohnen oder Multi-Drohnensysteme eine effektive und sichere Flugkontrolle und –koordination voraussetzt. Der drahtlosen Vernetzung kommt fundamentale Wichtigkeit zu. Sie muss verlässlich und sicher sein, die Übertragung eines hohen Datenvolumens garantieren und in Einzelfällen in Echtzeit funktionieren. Die meisten kommerziellen Drohnensysteme nutzen Wi-Fi zur Übertragung von Sensordaten, während Steuerung und Kontrolle mittels hardwareabhängiger Funktechnik erfolgt. In Anbetracht der 3D-Mobilität von Drohnen, ihrer relativen Höchstgeschwindigkeit und der wechselnden Höhe, in der sie operieren, kann Wi-Fi nicht für alle Anwendungen die strengen Voraussetzungen erfüllen. Was Netzabdeckung, Zuverlässigkeit und Sicherheit betrifft, finden Drohnen größtenteils das Auslangen mit dem bestehenden Mobilfunknetz. Allerdings wurden die heutigen Mobilfunknetzte weder für Fluggeräte entwickelt noch sind sie dafür ausgelegt. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, einen theoretischen Rahmen zu schaffen, der Flugdrohnen in das existierende 5G-Mobilfunknetz einbindet. Hauptziel ist es, dass Drohnen, wenn sie im derzeitigen Mobilfunknetz eingeloggt sind, eine hohe Datenübertragungsrate im Uplink unterstützen, während die Verbindungssicherheit für die externe Kontrolle und Steuerung im Downlink erhalten bleibt. Die Einbindung von Fluggeräten soll so erfolgen, dass die normalen Mobilfunknutzer keinerlei Qualitätsverlust erleiden. Im Speziellen fokussieren wir auf Drohnenmissionen ohne Sichtverbindung, wobei die Kontrolle von Drohnenmanövern mit Hilfe eines direkt von der Drohne via 5G in Echtzeit empfangenen Videostreams von der Verarbeitungseinheit oder einer steuernden Person erfolgen soll. Des Weiteren legen wir spezielles Augenmerk auf das Erforschen der Kommunikation von Drohne zu Drohne, also auf Anwendungen für Multi-Drohnensysteme. Diese Kommunikation kann einerseits über das Mobilfunknetz und andererseits direkt über Wi-Fi erfolgen, wobei sich die Zugänge in mehrfacher Hinsicht unterscheiden: Abdeckung, Anpassungsfähigkeit, Sicherheit, Verlässlichkeit und Unterstützung der Echtzeitfunktionen. Die Anwendbarkeit wird für beide Technologien untersucht, um eine hybride Lösung zu erarbeiten, die in Übereinstimmung mit den Planungsvoraussetzungen für die jeweilige Drohnenmission situationsabhängig über die zu nutzende Drahtlostechnologie entscheidet.