Mesh-Netzwerke für Drohnenschwärme ohne Mobilfunkanbindung

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen entwickeln ein mobiles Ad-hoc-Mesh-Netzwerk für zivile Drohnenschwärme. Die Technologie soll mehrere Drohnen dezentral verbinden und Kommunikation auch dort ermöglichen, wo Mobilfunk fehlt oder ausfällt.

Drohnenschwärme brauchen robuste Kommunikation

Drohnenschwärme können auf Großbaustellen den Baufortschritt dokumentieren, Offshore-Windenergieparks überwachen oder nach Naturkatastrophen bei der Suche nach Überlebenden unterstützen. Damit solche Schwärme koordiniert arbeiten können, müssen die einzelnen Drohnen zuverlässig Informationen austauschen.

Bislang werden zivile Drohnenschwärme häufig zentral über eine Mobilfunkanbindung gesteuert. Die Kommunikation verläuft dabei sternförmig über einen zentralen Knotenpunkt, meist einen Mobilfunkmast. Fällt dieser aus oder ist keine Netzabdeckung vorhanden, kann der Schwarm nicht mehr kooperativ arbeiten.

Dezentrales Mesh statt zentralem Knoten

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen arbeitet deshalb an einem mobilen Ad-hoc-Mesh-Netzwerk. In diesem Netzwerk sind mehrere Drohnen dezentral miteinander verbunden und können beispielsweise über Bluetooth LE kommunizieren.

Jede Drohne fungiert als Knotenpunkt. Daten müssen nicht direkt an jede andere Drohne übertragen werden, sondern können über mehrere Zwischenknoten weitergereicht werden. Damit bleibt der Informationsaustausch auch ohne äußere Kommunikationsanbindung möglich.

Für industrielle und zivile Anwendungen ist dieser Ansatz relevant, weil viele Einsatzorte keine stabile Mobilfunkversorgung bieten. Dazu zählen abgelegene Regionen, Katastrophengebiete, große Baustellen oder Offshore-Anlagen.

Ultra-Low-Power für kleine zivile Drohnen

Dezentrale, hochdynamische Netzwerke werden bisher vor allem im militärischen Bereich eingesetzt. Diese Systeme sind laut Fraunhofer IIS häufig groß, teuer und für schwere Drohnen ausgelegt. Im Ultra-Low-Power-Bereich fehlen bislang geeignete Mesh-Netzwerke.

Der Ansatz des Fraunhofer IIS soll dagegen energieeffizient und kostengünstig sein. Da die Verbindung etwa über Bluetooth LE laufen kann, eignet sich die Technologie für kleine und leichte Drohnen im zivilen Einsatz.

Für Systemintegratoren und Lösungsanbieter eröffnet das eine wichtige Perspektive. Eine lokale, energiesparende Kommunikationsarchitektur kann Schwarmanwendungen ermöglichen, ohne auf Mobilfunkinfrastruktur angewiesen zu sein.

Heartbeats bauen Netzwerkwissen auf

Technisch arbeitet das System tabellenbasiert. Die Drohnen senden regelmäßig sogenannte Heartbeats, auch Advertisements genannt, aus. Diese Signale zeigen anderen Knoten im Netzwerk: Ein Gerät ist vorhanden.

Wenn sich zwei Knoten gegenseitig registrieren, ergänzen sie ihre lokalen Tabellen. Darin speichern sie, welche anderen Geräte im Netzwerk erkannt wurden. Wiederholt sich dieser Prozess alle paar Sekunden, entsteht schrittweise ein Überblick über das gesamte Netzwerk.

Ein Datenpaket kann dann von Knoten zu Knoten weitergegeben werden, bis es sein Ziel erreicht. Die notwendigen Informationen werden iterativ aufgebaut. Für Anwender soll sich die Kommunikation später wie eine direkte Eins-zu-Eins-Verbindung anfühlen.

Relevanz für autonome Einsätze

In der Praxis könnten mehrere Drohnen automatisch aus einem Koffer starten, eine Formation bilden und ihre jeweiligen technischen Fähigkeiten kombinieren. So ließe sich beispielsweise die Reichweite eines Schwarms erhöhen oder eine dreidimensionale Karte erstellen.

Besonders relevant ist das für Anwendungen, bei denen Drohnen unabhängig von externer Infrastruktur agieren müssen. Dazu gehören Einsätze in Krisengebieten, Umweltmonitoring, Infrastrukturinspektion oder schwer zugängliche Industrieumgebungen.

Die Grundlage der Entwicklung stammt aus Projekten der GAIA-Initiative. Dort arbeitet das Fraunhofer-Team an satellitengestützten Tiersendern für Geier in Namibia, die ebenfalls dezentral miteinander kommunizieren können.

Prototyp für kommendes Jahr geplant

Die Forschenden haben die Funktionsweise der Technologie bereits in einer Simulation gezeigt. Aktuell laufen Laboruntersuchungen mit Bluetooth-Geräten, die Daten über mehrere Knoten hinweg verarbeiten.

Ein Prototyp soll voraussichtlich im kommenden Jahr präsentiert werden. Erste Ergebnisse zeigt Dr. Manuel Schrauth mit seinem Team auf der diesjährigen Internationale Luft- und Raumfahrtausstellung ILA vom 10. bis zum 14. Juni in Berlin.

Weitere Informationen finden Sie auf der Webseite des Fraunhofer IIS:
https://www.iis.fraunhofer.de/de/pr/2026/pressemitteilung-mesh-netzwerke-drohnen.html