Netzerkundung zum ad-hoc Datenaustausch zwischen mobilen Maschinen

Bei der Automatisierung von Maschinenverbünden spielt der Datenaustausch eine entscheidende Rolle und muss vielfältigen Anforderungen in Hinblick auf Datenmenge, Robustheit, Verfügbarkeit etc. gerecht werden. Die Entwicklung der Technologien im Bereich Mobilfunk (3G, 4G, 5G) hat in den letzten Jahren dazu beigetragen, viele auf Daten basierende Applikationen und Dienste zu ermöglichen. Für die direkte Zusammenarbeit von Maschinen sind die derzeitigen Technologien allerdings auf Grund ihrer technischen Eigenschaften und vor allem der Verfügbarkeit weniger gut geeignet. Hier zeigen lokale und für den Augenblick geschaffene Funknetze Vorteile, da diese ohne zentrale Infrastruktur auskommen können und auf Grund der eigenen Bereitstellung verfügbar sind. Allerdings führt das Fehlen einer zentralen, koordinierenden Instanz zu anderen Herausforderungen. Die vorliegende Arbeit greift dieses Thema auf und widmet sich der Frage, wie in einem mobilen Ad-hoc-Netz hochfrequent Daten zwischen mehreren Teilnehmern unter den Restriktionen ausgetauscht werden können, die dem folgenden Szenario geschuldet sind: In einem Katastrophenfall soll ein Maschinenverbund aus mehreren kleinen Quadrokoptern und bodengebundenen Fahrzeugen ein Gebiet aufklären, ohne von externer Infrastruktur abhängig zu sein. Dabei soll er eine hohe Flexibilität sowohl bzgl. der Anzahl der Teilnehmer aufweisen als auch der, der hohen Mobilität geschuldeten, hochdynamischen Veränderung der Netztopologie. Zur Bestimmung der Position von z. B. Verunglückten oder zur Kartierung soll zudem eine relative Positionierung der Teilnehmer zueinander erfolgen, welche einen hochfrequenten Austausch aller Positionsrohdaten im Verbund erfordert. Um die Frage zu beantworten, wird zunächst ein Überblick über die Grundlagen sowie den Stand der Technik und der Forschung gegeben. Anschließend wird basierend auf den konkreten Anforderungen eine Methode vorgestellt, die eine hochfrequente, dezentrale Ermittlung der Netztopologie ermöglicht. Diese dient als Basis für einen Austausch der Positionsrohdaten, der für die Relativpositionierung erforderlich ist. Der Austausch ist gleichsam dezentral organisiert, aber dennoch koordiniert. Dieser taktbasierte und mittels der GNSS-Zeit synchronisierte Ansatz wird sowohl im Rahmen simulativer Untersuchungen für eine große Varianz an Netztopologien evaluiert als auch in praktischen Feldversuchen. Bei diesen Versuchen konnte ein erfolgreicher Datenaustausch in urbanen und auch in ruralen Szenarien realisiert werden.