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Die ELP GmbH zeigt auf dem KSK Symposium das Man Portable Unit Gen 5 (MPU5), eine umfassende Kommunikationslösung, die u.a. von FLIR Systems als Funklösung für seine unbemannten Systeme genutzt wird.

Die Sicherstellung einer störungsfreien und geschützten Kommunikation ist die Voraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz. Häufig sind die jeweiligen Einsatzparameter im Vorfeld nur unzureichend oder gar nicht bekannt, eine weitere Herausforderung stellt die Vielfalt der Daten dar, die ausgetauscht werden sollen: Lageinformationen, Koordinaten (inklusive deren Änderung), Bilder (Einsatzort, Vorkommnisse), Videos (z.B. Aufklärung durch UAV), aber auch Steuersignale für diverse Endgeräte (Roboter, UAV, Kameras). Je nach Einsatzszenario müssen zudem verschiedene Systeme parallel genutzt oder Zusatzsysteme (z.B. Repeater) eingebunden werden, um die Reichweite zu steigern oder Geländebeeinflussungen zu kompensieren.

Das MPU5 erlaubt den Anschluss einer großen Anzahl an Peripheriegeräten. Sprach-, Video- und Datensignale können so zwischen verschiedenen Plattformen ausgetauscht werden. (Foto: ELP GmbH)

Um den gestiegenen Anforderungen gerecht zu werden, bietet FLIR Systems (ehemals Endeavor Robotics) das Man Portable Unit Gen 5 (MPU5) von Persistent System (Deutschlandvertrieb über die ELP GmbH) als Funklösung für die Steuerung und Bildübertragung seiner Erkundungs- und Manipulationsroboter an. Ziel der Ingenieure war es, die Reichweite und die Resistenz gegenüber Übertragungsabbrüchen zu erhöhen.

Aufbau und Leistungsdaten

Das MPU5 besteht aus einem Grundgerät (Chassis), welches als kleiner Rechner mit einem 1GHz Quad-Core ARM Prozessor und einem Android 5-Betriebssystem fungiert. Über diverse Anschlüsse lässt sich das Gerät mit jedem Computer (oder auch Smartphone) verbinden und über eine benutzerfreundliche Oberfläche konfigurieren. Steht kein Computer zur Verfügung ist es auch möglich, nach Anschluss eines Monitors, direkt über das bordeigene Betriebssystem zu arbeiten.

Das MPU5 weist folgende Leistungsdaten auf:

  • 2 GB RAM Arbeitsspeicher
  • 128 GB Flashspeicher
  • HDMI-Displayanschluss
  • USB-Schnittstellen für Tastatur / Maus
  • Steuerung von unbemannten Systemen direkt im Gerät integrierbar
  • Kamerasteuerung über das Gerät
  • Auswechselbare Funkmodule und damit Wahl verschiedener Frequenzbänder (u.a. L-, S-, C-Band)
  • bis zu 100 Mbit/s Datendurchsatz
  • Schutzklasse IP68 (staub-/wasserdicht; Untertauchen bis 20 m für 30 min.)
Das Chassis mit auswechselbaren Frequenzmodulen. (Foto: ELP GmbH)

Alle Daten werden über den „Advanced Encryption Standard AES-256“ (256-Bit-Verschlüsselung) verschlüsselt übertragen. Dieser ist in den USA für die Übermittlung staatlicher Dokumente der höchsten Geheimhaltungsstufe zugelassen. Neben einem Computeranschluss verfügt das MPU5 auch über diverse Ports zum Anschließen von weiteren Geräten wie Kameras, PTT (push-to-talk)-Geräten für den Sprechfunk, Tablets, Smartphones und weiteren Audioendgeräten wie Headsets oder Lautsprecher. Ein RoIP (Radio-over-IP) Port erlaubt zudem die Verbindung des MPU5 -Systems mit älteren Funkgeräten anderer Hersteller.

MIMO und MANET: Reichweite und Netzwerkeigenschaft des MPU5-Systems

Die Übertragungstechnik des MPU5-Systems gleicht der eines WLAN-Routers, das heißt es muss jederzeit der Empfang und das Versenden unterschiedlicher Datenpakete sichergestellt sein. Um hier eine möglichst hohe Effizienz und Übertragungssicherheit zu erreichen, wird die sogenannte MIMO (Multiple Input Multible Output)-Technik genutzt. Das MPU5 besitzt drei Antennen, welche folgende Funktionen ermöglichen:

  1. Gleichzeitiger Empfang und Versand unterschiedliche Datenpakete (z.B. zeitgleich Sprechfunk, Video und Ansteuerung eines UAV).
  2. Nutzung sogenannter Multipath-Effekte (Signale können verschiedene Wege durch ein Gelände nehmen) und Reflektionen zur besseren Kommunikation und Distanzerhöhung.

Die MIMO-Technik eignet sich vorallem bei Umgebungen mit schlechter Signalausbreitung, wie Schiffe, Tunnel oder urbanes Gelände.

Mögliches Einsatzszenario unter der Verwendung unterschiedlicher stationärer und mobiler Systeme. (Graphik: ELP GmbH)

Die größte Besonderheit des MPU5-Systems ist allerdings die Fähigkeit des Mobile Ad-hoc Networking (MANET). Dies bedeutet, dass (beliebige) Geräte des Systems in der Lage sind, selbstständig ein Netzwerk aufzubauen, wenn folgende Parameter identisch sind:

  • Funkfrequenz
  • Bandbreite
  • Verschlüsselung

Im Mobile Ad-hoc Networking (MANET) stellt jedes Gerät einen separaten Knoten dar. So ist jeder Teilnehmer Sender, Empfänger und Repeater in einem. Dies beinhaltet auch unbemannte Systeme wie Roboter, UAV oder abgesetzte Sensoren, die über ein MPU5 angesteuert werden oder Daten übertragen. Mit jedem neuen Teilnehmer erhöht sich die Dichte des Netzwerks bzw. in seiner Peripherie die Reichweite. Das jeweilige Gerät „wählt“ sich dann im Netzwerk den jeweils günstigsten Verbindungspfad. Hierdurch wird auch erreicht, dass Systeme, die zunächst keine direkte Verbindung zueinander hatten, eine Kommunikation aufbauen können. Somit ist das Installieren fester Knotenpunkte obsolet. Das Hinzufügen und Verlassen des Netzwerks erfolgt automatisch und benötigt vom Bediener keinerlei Eingreifen.

Das Resultat ist eine (technisch) unbegrenzte Reichweite und eine sehr hohe Mobilität. Ein weiterer Vorteil des Mobile Ad-hoc Networking (MANET): Das beschriebene Übertragungsprotokoll ist nicht auf die MPU5-Geräte beschränkt und kann auch genutzt werden, um entfernte Standorte per LTE, Satellitenverbindung oder Internet (via VPN), zu vernetzen.

André Forkert