ERLANGEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Fraunhofer forscht an einem mobilen Ad-hoc-Mesh-Netz für Drohnenschwärme, das Kommunikation ohne zentrale Mobilfunkanbindung ermöglicht. Im Fokus steht ein energiesparender Ultra-Low-Power-Ansatz, der auch bei Ausfall externer Knotenpunkte den Datenaustausch im Schwarm aufrechterhält. Das Team setzt dabei auf regelmäßige „Heartbeats“ und tabellenbasierte Registrierungen, vergleichbar mit Bluetooth-Signalen beim Koppeln. Damit sollen autonome Einsätze künftig robuster werden – etwa bei Katastrophen, in denen Mobilfunkmasten ausfallen.
Drohnen, die als Schwarm zusammenarbeiten, übernehmen in autonomen Einsätzen oft unterschiedliche Rollen: von der Lageerkundung über das Erfassen von Daten bis hin zur Koordination von Manövern. In der Praxis gilt jedoch häufig ein zentrales Kommunikationsmuster: Der Austausch zwischen den einzelnen Drohnen läuft sternförmig über einen zentralen Knoten, meist eine Mobilfunkanbindung. Fällt dieser Knoten etwa durch Naturkatastrophen oder Infrastrukturprobleme aus, bricht der kooperative Informationsfluss ein. Genau hier setzt die Fraunhofer-Forschung an: Ziel ist eine dezentrale, robuste Funkbasis, die den Schwarm auch dann synchron hält, wenn außenstehende Netze nicht verfügbar sind.
Die technische Idee kommt aus der Arbeit des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen. Dort entwickeln Forschende ein mobiles Ad-hoc-Mesh-Netz, in dem mehrere Drohnen dezentral miteinander verbunden sind und beispielsweise über Bluetooth kommunizieren. Damit verlagert sich die Netzlogik weg vom „Alles zur Zentrale“-Prinzip hin zu einem mehrhopfähigen Aufbau: Drohne A kann Informationen an Drohne B weiterreichen, die wiederum andere Knoten in Reichweite erreicht. Entscheidend ist dabei die Annahme, dass im Feld nicht nur die „Drohnenreichweite“, sondern auch die „Netzreichweite“ dynamisch gedacht werden muss. Der Ansatz adressiert zudem den Engpass, dass nur ein Bruchteil der Erdoberfläche zuverlässig über Mobilfunk versorgt ist.
Historisch waren leistungsfähige Mesh-Netze lange Zeit vor allem im militärischen Umfeld verbreitet, weil entsprechende Systeme häufig teuer, groß und für schwere Plattformen optimiert waren. Für zivil genutzte, leichte und energiearme Drohnen ist diese Klassenentwicklung bislang nicht nahtlos verfügbar gewesen. Der neue Fokus liegt daher auf dem Ultra-Low-Power-Bereich: Genau dort sollen Mesh-Kommunikation und Ad-hoc-Konnektivität effizient genug sein, um ohne großen Energieeinsatz permanent oder zumindest periodisch zu laufen. Verglichen mit klassischen Funkarchitekturen bedeutet das: weniger Overhead, sparsamere Funkaktivität und eine Protokolllogik, die mit kleinen Payloads auskommt. Das Team beschreibt die Bluetooth-basierte Umsetzung als besonders kostengünstig und energiesparend.
Auf Protokollebene planen die Forschenden ein tabellenbasiertes System. Jeder Knoten, also jede Drohne im Schwarm, sendet in festen Intervallen Heartbeats beziehungsweise Advertisements aus, um Präsenz und Erreichbarkeit zu signalisieren. Vergleichbar ist das mit Bluetooth-Kopfhörern, die beim Koppeln nach Geräten suchen und dadurch sichtbar machen, „wer hier ist“. Sobald sich zwei Knoten gegenseitig registriert haben, füllen sie ihre Tabellen: Sie halten fest, welche anderen Geräte gesichtet wurden. Wenn dieser Austausch alle paar Sekunden stattfindet, entsteht schrittweise ein fast vollständiger Überblick über das Netzwerk. Obwohl einzelne Drohnen nur unvollständige lokale Sicht besitzen, kann sich ein Datenpaket über mehrere Hops fortbewegen und Informationen iterativ rekonstruieren.
Für die Nutzenden soll die Kommunikation später im Ergebnis so wirken, als wäre jede Drohne direkt mit jeder anderen verbunden. Während das technisch eine Kette aus Weiterleitungen darstellt, reduziert die Mesh-Logik die Komplexität im Betrieb: Ein Schwarm kann aus einem Koffer heraus starten, dann autonom eine Formation einnehmen und dabei die Reichweite erhöhen. Gleichzeitig können die Drohnen ihre jeweiligen Stärken nutzen, um etwa eine dreidimensionale Karte zu erstellen oder Messdaten in einem gemeinsamen Gesamtbild zu konsolidieren. Besonders relevant ist dabei die Feldrobustheit: Wenn keine externe Kommunikationsinfrastruktur existiert, bleibt die Kooperation dennoch erhalten. Genau diese Eigenschaft ist in der Praxis häufig entscheidend, wenn Einsätze zeitkritisch sind und Funkpunkte ausfallen.
Dass das Konzept funktioniert, haben die Forschenden laut eigener Darstellung zunächst in einer Simulation validiert. Der nächste Schritt ist die Übertragung auf kommerzielle Hardware, wobei aktuell Laboruntersuchungen mit Bluetooth-Geräten laufen, um die Datenverarbeitung über mehrere Knoten hinweg zu testen. Wettbewerb und Branchenvergleich zeigen, dass Mesh-Technologie zwar vielfach existiert, aber häufig entweder auf andere Funkklassen (etwa WLAN/5G-Abhängigkeiten) oder auf höhere Leistungsbudgets setzt. In der Industrie und bei Sicherheitsanwendungen werden zudem häufig proprietäre Lösungen oder Funkmodule mit integrierter Routing-Engine eingesetzt, die nicht zwingend auf Ultra-Low-Power optimiert sind. Der Ansatz von Fraunhofer zielt dagegen gezielt auf eine energiesparsame Umsetzung für kleine, leichte Drohnen.
Für Unternehmen und Integratoren ist außerdem relevant, wie sich ein solches Ad-hoc-Mesh in bestehende Sicherheits- und Compliance-Anforderungen einfügt. In autonomen Systemen zählt nicht nur die Datenübertragung, sondern auch die Integrität, Verfügbarkeit und Nachvollziehbarkeit von Funkkommunikation. Mesh-Netze erhöhen zwar die Resilienz gegen einzelne Ausfälle, schaffen aber auch neue Angriffsflächen, etwa über Störsender, unautorisiertes Beitreten oder Manipulation von Tabellen. Daher müssen Protokolle typischerweise mit Schlüsselverwaltung, Authentifizierung und Schutz vor Replay arbeiten. Aus Sicht der IT-Sicherheit ist zudem entscheidend, dass Logs und Telemetriedaten in Betriebsumgebungen – etwa bei Einsatz- oder Logistikunternehmen – kontextfähig bleiben.
Der mittelfristige Ausblick ist ambitioniert: Ein Prototyp der Technologie soll voraussichtlich im kommenden Jahr präsentiert werden, und erste Ergebnisse werden auf der diesjährigen ILA vorgestellt. Für den Markt bedeutet das vor allem eine Öffnung von Entwicklungsmöglichkeiten: Hersteller kleiner Drohnen, Systemintegratoren für Katastrophenschutz und Plattformanbieter für KI-gestützte Auswertung könnten damit neue Use Cases erschließen. Branchenexperten erwarten, dass dezentrale Netzstrukturen bei autonomen Systemen zunehmend als Standard gelten, sobald die Kosten für Kommunikation sinken und die Energieeffizienz steigt. Wenn sich das Fraunhofer-Konzept in der Hardware bewährt, könnte der nächste Schritt sein, die Routing-Logik in Richtung noch dynamischerer Topologien und stabilerer Datenraten weiterzuentwickeln – insbesondere für Echtzeit-Workloads bei gleichbleibend niedrigem Energieverbrauch.
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