Drones betrouwbaar besturen met mobiele communicatietechnologie

Drones opereren steeds vaker in gebieden buiten het zicht van de persoon die ze bestuurt. Conventionele afstandsbedieningen hebben echter een beperkt bereik. Daardoor zijn ze ongeschikt voor deze vluchten. Maar eenvoudige op mobiele netwerken gebaseerde systemen kunnen ook niet altijd een betrouwbare verbinding garanderen. Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Telecommunicatie, Heinrich-Hertz-Institut, HHI hebben hun krachten gebundeld met partners in het SUCOM-project. Doel is om een nieuw mobiel netwerksysteem te ontwikkelen dat kan worden gebruikt om drones te besturen, zelfs over lange afstanden en over moeilijk terrein.

Autonome drones die communiceren via mobiele netwerken hebben vaak geen stabiele verbinding. Een gebrek aan netwerkdekking is één verklaring voor uitval. Deskundigen vermoeden ook dat drones die op grote hoogte opereren te veel celtorens tegelijk kunnen bereiken. Daardoor wisselen ze mogelijk voortdurend van netwerkcel. Dat kan vervolgens leiden tot verbreking van de verbinding. Onderzoekers van Fraunhofer HHI ontdekten dat de communicatieprotocollen die drones gebruiken voor het regelen van de gegevensstroom tussen de drone en de controller, problemen opleveren. Als deze niet robuust genoeg zijn voor fluctuerende datasnelheden, komen sommige datapakketten langzamer aan. Sommige pakketten gaan helemaal verloren.

Nieuwe communicatieprotocollen

Fraunhofer HHI-onderzoekers hebben daarom samen met Wingcopter, de Hessische drone-fabrikant, Emqopter GmbH en CiS GmbH nieuwe communicatieprotocollen ontwikkeld. Deze zijn ongevoelig voor schokkerige datastromen. De drone blijft verbonden, zelfs als de datasnelheid fluctueert. Veiligheidskritische informatie die nodig is voor het maken van luchtfoto’s, zoals positie, hoogte, vliegrichting, snelheid en andere gegevens, kan zonder onderbreking worden doorgegeven. Dat is een belangrijke voorwaarde voor de hoge veiligheidseisen in de luchtvaart.

Hoogste niveau van betrouwbaarheid

De onderzoekers maakten een vergelijking. Ze rustten een drone uit met een commercieel beschikbaar LTE-systeem. Een andere werd voorzien van de mobiele netwerkmodule SUCOM, die over de nieuwe communicatieprotocollen beschikt. Tom Piechotta, een wetenschapper bij Fraunhofer HHI legt het verschil uit. “De verbinding met de conventionele module viel steeds weg. De SUCOM-module daarentegen zorgde voor een stabiele verbinding. Dankzij onze nieuwe protocollen is de verbinding heel stabiel. Er zijn daardoor geen onderbrekingen meer.” Voor de onderzoeker is dit een duidelijke aanwijzing dat storingen bij drones niet alleen ontstaan door een gebrek aan netwerkdekking.

Module

De mobiele netwerkmodule van SUCOM kan ook worden geïnstalleerd in drones die al in gebruik zijn. In Malawi bijvoorbeeld leveren drones tijdens het regenseizoen medicijnen, bloedvoorraden en andere vitale materialen aan de bevolking. De drones zijn nu uitgerust met deze module. Ze leggen afstanden af tot 40 kilometer.

Dronevlucht

De drones stijgen op vanaf vier vliegvelden, elk met een “piloot op afstand”. Deze piloot voert de huidige route in het systeem in. Daarnaast bepaalt hij de routepunten die de drone zullen leiden. Eén klik is voldoende om het vluchtplan naar de drone te sturen. De gegevens die hiervoor nodig zijn, worden naar een server in Kaapstad gestuurd. Van daar worden ze naar de SUCOM-module en naar de vluchtleider op de drone doorgestuurd. Onderweg volgt de piloot de drone voortdurend op afstand in real time. De drone is ook uitgerust met satelliettechnologie. Deze kan worden gebruikt als de DSL-verbinding uitvalt. Bediening via een smartphone en VPN-verbinding is eventueel ook mogelijk.

Van Malawi naar Berlijn in 170 milliseconden

Een snelle overdracht van gegevens tussen de drone en de server in Kaapstad is belangrijk. Daarom zijn aanpassingen gedaan aan de hardware en software van de server. De verbinding is nu zo snel dat de drones in Malawi in real time kunnen communiceren met Fraunhofer HHI in Duitsland. Het duurt slechts 170 milliseconden voordat een gegevenspakket via een mobiel communicatienetwerk van de drone naar Berlijn gaat via de server in Kaapstad.

Afgelegen locaties

Het SUCOM-systeem zou ook een betere dekking kunnen bieden voor andere afgelegen locaties, bijvoorbeeld in Duitsland. Om dit te demonstreren, vloog het projectteam over een groot bosgebied in het noorden van Brandenburg. Dit is een van de grootste dode hoeken van het netwerk in Duitsland. Het heeft een diameter van 14 kilometer. De vlucht was een succes. Dankzij de SUCOM-module verloren de drones op geen enkel moment tijdens de vlucht hun verbinding.

Foto: Wingcopter in Malawi (Foto: Falco Seliger)
Lees ook: St. Antonius test vervoer van medische materialen met drones