Aerial Crisis Networks
Kommunikation ist von zentraler Bedeutung, insbesondere bei Krisenereignissen wie Erdbeben und Überschwemmungen, die ein großes geografisches Gebiet betreffen und gleichzeitig zu erheblichen Ausfällen der bestehenden Infrastruktur führen. Die Ersthelfenden benötigen sofortige und zuverlässige Kommunikationsmittel, nicht nur um Such- und Rettungseinsätze zu koordinieren, sondern auch um z.B. ferngesteuerte Fahrzeuge zu betreiben, die den Einsatz begleiten. Um diese Anwendungsfälle zu unterstützen, werden im Rahmen der Mission "Aerial Crisis Networks" (ACN) Ideen und Konzepte entwickelt, wie unbemannte Luftfahrtsysteme (UAS) als fliegende Kommunikationsinfrastrukturen fungieren können. Solche Systeme sollen sofort einsetzbar sein und dabei helfen, Kommunikationsnetze von Grund auf zu schaffen oder bestehende Infrastrukturen zu ergänzen.
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UAS-basierte Kommunikationsnetze haben großes Anwendungspotenzial, um in einer Krise zu helfen. UAS sind unabhängig von der bestehenden Infrastruktur am Boden und können z.B. über nicht begehbare Gebiete fliegen. Die Fähigkeit zu schweben und Nutzlasten zu montieren, macht sie sehr flexibel einsetzbar. An bestimmten Points-of-Interest können Messungen aus der Luft oder Bilder von oben gemacht werden. Mit den von UASs bereitgestellten Kommunikationsverbindungen können diese Daten an Ersthelfende oder zentrale Einsatzleitstellen weitergegeben werden. Wir in der Mission ACN erhöhen den Einsatzbereich solcher UAS durch fortschrittliche Algorithmen für die Flug- und Missionsplanung sowie durch adaptive und resiliente Kommunikationssysteme. Diese können auch für den Fernbetrieb von UAS unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden. So bietet ACN resiliente Kommunikationswege, die mehrere Anwendungen unterstützen, wie z.B. das Sammeln von Sensordaten oder die Beobachtung eines Gebiets, während sie gleichzeitig den Menschen am Boden Kommunikationsmöglichkeiten bereitstellen.
Forschungsfrage
Wie können UASs auf den Krisenfall vorbereitet und im Krisenfall eingesetzt werden, um geeignete Kommunikationsnetze für verschiedene Akteure und deren Bedürfnisse bereitzustellen?
Programmbereiche in der Mission
Information (INF)
Zuverlässige und effiziente Datenübertragung ist ein wichtiger Aspekt der Notfallkommunikation. Im Programmbereich INF bieten wir Lösungen für den Umgang mit Unsicherheit und schwankender Konnektivität. Dabei gilt es sowohl die Reichweite der ferngesteuerten Geräte selbst zu verbessern, als auch durch den Einsatz von "Store, Carry and Forward"-Architekturen UAS als Plattformen für andere Anwendungen zu nutzen, die z.B. auf IoT-Geräten oder Smartphones von Menschen am Boden genutzt werden. Aufgrund möglicher Verzögerungen bei der Datenausbreitung erforschen wir auch, wie solche zeitlichen Informationen in Benutzeranwendungen widergespiegelt werden können, z.B. durch die Integration ungeordneter oder verzögerter Sensormesswerte in Kommandozentralen oder UAS-Steuerungssoftware.
Team: Lars Baumgärtner Mira Mezini
Kommunikation (KOM)
Der Programmbereich KOM befasst sich mit dezentralen, stadt-dimensionierten Kommunikationsnetzen, die UAS nutzen, um Kommunikation für Ersthelfende und die Allgemeinheit bereitzustellen. Zu diesem Zweck arbeiten wir an Schwärmen von UAS, die für die fristgerechte Übertragung zeitkritischer Nachrichten genutzt werden können. Mithilfe modernster Techniken des maschinellen Lernens (ML) untersuchen wir außerdem, wie man auf sich schnell verändernde drahtlose Konnektivität und Mobilität am Boden reagieren und Kommunikationsnetze anpassen kann. Dies erfordert neuartige Drahtlostechnologien und -systeme, die von Grund auf so konzipiert sind, dass sie mit ML-Algorithmen verknüpft und im laufenden Betrieb rekonfiguriert werden können.
Team: Benjamin Becker Bastian Bloessl Kai Cui Matthias Hollick Anja Klein Heinz Koeppl Markus Sommer Lin Xiang Burak Yilmaz
Cyber-Physische Systeme (CPS)
Der Programmbereich CPS befasst sich mit den technischen und operationellen Aspekten der eingesetzten UAS. Um das Potenzial von UAS in Krisenszenarien auszuschöpfen, ist es entscheidend, die UAS nahtlos in vorgegebene Prozesse zu integrieren, sodass ihr Einsatz die Ersthelfendennden nicht zusätzlich belastet, sondern sie unterstützt. Daher ist ein hohes Maß an Autonomie und Zuverlässigkeit erforderlich. CPS entwickelt Onboard-Systeme und Kommunikationsverbindungen, die resilient sind und einen sicheren Betrieb gewährleisten. In Krisenzeiten und -gebieten kann es vorkommen, dass der Luftraum nicht überwacht wird und Luftverkehrsteilnehmende wie Rettungshubschrauber auf unvorhersehbare Weise fliegen. Daher erstellt CPS auch Konzepte für den Betrieb von UAS in solch komplexen sowie in sehr niedrigen Lufträumen.
Team: Maximilian Bauer Uwe Klingauf
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