Drones betrouwbaar besturen met mobiele communicatietechnologie

Wingcopter in Malawi. © Falco Seliger

Autonome drones die communiceren via mobiele netwerken hebben vaak geen stabiele verbinding. Een gebrek aan netwerkdekking is een verklaring voor storingen. Deskundigen vermoeden ook dat drones die op grote hoogte opereren te veel zendmasten tegelijk kunnen bereiken en blijven schakelen tussen netwerkcellen, wat kan leiden tot verbroken verbindingen.
Onderzoekers van Fraunhofer HHI daarentegen ontdekten dat de communicatieprotocollen die drones gebruiken en die de datastroom tussen de drone en de controller regelen, voor problemen zorgen. Als ze niet robuust genoeg zijn voor fluctuerende datasnelheden, komen sommige datapakketten langzamer aan en gaan sommige helemaal verloren.
Onderzoekers van Fraunhofer HHI bundelden daarom hun krachten met Wingcopter, Emqopter en CiS om nieuwe communicatieprotocollen te ontwikkelen die ongevoelig zijn voor schokkerige datastromen. De drone blijft verbonden, ook als de datasnelheid fluctueert. Veiligheidsgevoelige informatie die nodig is voor het maken van luchtfoto’s, zoals positie, hoogte, vliegrichting, snelheid en andere gegevens, kan zonder onderbreking worden verzonden – een belangrijke voorwaarde voor de hoge veiligheidseisen in de luchtvaart.

Hoogste betrouwbaarheidsniveau
“Ter vergelijking hebben we een drone uitgerust met een in de handel verkrijgbaar LTE-systeem en met onze SUCOM mobiele netwerkmodule, die de nieuwe communicatieprotocollen heeft”, zegt Tom Piechotta, een wetenschapper bij Fraunhofer HHI. “Terwijl de verbinding die de conventionele module gebruikte steeds wegviel, zorgde de SUCOM-module voor een stabiele verbinding. Dankzij onze nieuwe protocollen is de verbinding zo stabiel dat er geen onderbrekingen zijn.” Voor de onderzoeker is dit een duidelijke indicatie dat verstoringen in drones niet alleen worden veroorzaakt door een gebrek aan netwerkdekking.

De mobiele netwerkmodule van SUCOM kan ook worden geïnstalleerd in drones die al in gebruik zijn: in Malawi bijvoorbeeld leveren drones die zijn uitgerust met de nieuwe module medicijnen, bloedvoorraden en andere vitale materialen aan de bevolking tijdens het regenseizoen, over afstanden van maximaal tot 40 kilometer. Ze stijgen op vanaf vier vliegvelden, die elk een “remote pilot” hebben die de huidige route in het systeem invoert en de waypoints definieert die de drone zullen begeleiden. Met één klik stuur je het vliegplan naar de drone. De gegevens die hiervoor nodig zijn, worden naar een server in Kaapstad gestuurd, vanwaar ze naar de SUCOM-module worden verzonden en vervolgens naar de vluchtcontroller op de drone. Tijdens het transport wordt de drone continu in realtime gemonitord door de piloot op afstand. De drone is ook uitgerust met satelliettechnologie, die kan worden gebruikt als de DSL-verbinding uitvalt. Indien nodig kunnen de drones ook worden bediend via een smartphone en VPN-verbinding.

Van Malawi naar Berlijn in 170 milliseconden
Om een ​​snelle overdracht van gegevens tussen de drone en de server in Kaapstad te garanderen, werden aanpassingen gemaakt aan de hardware en software van de server. De verbinding is nu zo snel dat de drones in Malawi in realtime kunnen communiceren met Fraunhofer HHI in Duitsland. Het duurt slechts 170 milliseconden voordat een datapakket zijn weg vindt van de drone naar Berlijn via de server in Kaapstad via een mobiel communicatienetwerk.

Het SUCOM-systeem zou ook een betere dekking kunnen bieden voor afgelegen locaties in Duitsland. Om dit aan te tonen, vloog het projectteam over een groot bosgebied in het noorden van Brandenburg, een van de grootste netwerkdode plekken in Duitsland met een diameter van 14 kilometer. De vlucht was een succes. Dankzij de SUCOM-module verloren de drones op geen enkel moment de verbinding tijdens de vlucht.