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Entwurf und Leistungsbewertung von Ad-hoc-Kommunikationsnetzen für den Katastrophenschutz

 

Zusammenfassung der Dissertation von Dipl.-Ing. Dr. Andreas Herbert Wolff von Markus Reitsamer (Projekt Portal KatSchutz.Info – https://twitter.com/kat_schutz)

Man kann nicht NICHT kommunizieren. Kommunikation ist überall wichtig. Im Alltag, aber besonders im Krisen- und Katastrophenfall. Ohne Verbindung keine Kommunikation. Ohne Kommunikation keine Führung. Hat die Einsatzleitung die Kommunikations-Verbindung zu den vor Ort eingesetzten Kräften völlig verloren, wird Führung mehr als schwierig.

Die vorliegende Arbeit zeigt Möglichkeiten auf, wie und unter welchen Voraussetzungen ein praxistaugliches Ad-hoc-Kommunikationsnetz für den Katastrophenschutz eingerichtet und betrieben werden kann. Die wesentliche Basistechnologie dieses Lösungsansatzes ist 802.11-basierte Kommunikation, welche im 5 GHz Band betrieben wird.

Ein zuverlässiges Kommunikationsnetz stellt die wesentliche Basis für zukünftige, IT-gestützte Dienste für Einsatz- und Rettungskräfte an einem Schadensort dar. Heutzutage basiert die Kommunikation im Katastrophenschutz auf dem digitalen Behördenfunk TETRA, bzw. in Teilen noch auf dem analogen BOS-Funk. Diese Kommunikationsformen bieten jedoch keine ausreichende Datenrate für Multimedia-Anwendungen.

Existierende Kommunikationsnetze, wie etwa das öffentliche Mobilfunknetz, können bei einer Großschadenslage überlastet sein oder beschädigt werden. Diese sind daher für Einsatzkräfte nur sehr beschränkt nutzbar. Um neue Multimedia Dienste am Schadensort zuverlässig nutzen zu können, sind Einsatzkräfte daher auf ihr eigenes lokales Kommunikationsnetz angewiesen. Für Einsatzkräfte ist dabei ein einfacher Netzaufbau wichtig, wobei die Technik den Einsatzablauf nicht behindern darf.

Zur Realisierung eines benutzerfreundlichen Netzaufbaus wird ein praxistaugliches Vernetzungskonzept vorgestellt, welches einen selbstkonfgurierenden Ad-hoc-Aufbau erlaubt. In enger Zusammenarbeit mit der Feuerwehr wurden dabei rettungsprozesskonforme Netz-Aufbaustrategien erforscht, welche die Einsatzkräfte bei ihrer Arbeit nicht einschränken und als Basis für eine zuverlässige Kommunikation genutzt werden können.

WLAN Stationen eines Netzes können sich gegenseitig stören oder durch andere Netze gestört werden. In dieser Arbeit wird daher ein neuartiges Verfahren zur Verringerung der Interferenz vorgestellt.

Der entwickelte Interference Avoidance Algorithm (IAA) deaktiviert redundante Router im Netz der Rettungskräfte. Mittels Simulation wurde gezeigt, dass in den untersuchten Szenarien im Durchschnitt eine höhere packet delivery ratio im Vergleich zur Vernetzung ohne IAA erreicht wird.

Um durch andere Netze verursachte Störungen zu verringern, wird eine Priorisierung der Kommunikation der Einsatzkräfte durch die Einführung von neuen Kommunikationsklassen vorgeschlagen. Dieses Konzept basiert auf der Modifkation der Parameter der verteilten Medienzugriffsfunktion (DCF) von WLAN, ähnlich dem IEEE 802.11e jedoch noch höher priorisiert, und wird Emergency-DCF genannt.

Für deren Leistungsbewertung wurde ein existierendes analytisches Markov-Modell modifiziert und erweitert. Anschließend wurden die analytischen Ergebnisse simulativ validiert. Die Machbarkeit des Verfahrens wird weiterhin im Experiment validiert.

Anmerkung:
Wie schaut es bei einem totalen Stromausfall (Blackout) mit dem Einsatz einer solchen 802.11-basierten Kommunikation im 5 GHz Band aus?
Ist dabei ein solches Ad-hoc-Kommunikationsnetz für Behördliche EL und Technische Einsatzleitungen (Feuerwehr, Rotes Kreuz, Technisches Hilfswerk,…) auch tatsächlich einsetzbar? Was ist dabei an technischen Geräten vorzuhalten? Und über welchen Zeitraum würden dabei die benötigen Pufferbatterien in den einzelnen Modulen die notwendige Kommunikation sicherstellen können?
Diese und ähnliche Fragen lassen sich wohl nur mittels eingehender Untersuchungen und Übungen unter einsatznahen Bedingungen klären.
Erst der Einsatz in einem wirklichen Krisenszenario wird dann endgültige Gewissheit darüber bringen, ob ein derartiges Ad-hoc-Kommunikationsnetz für den Katastrophenschutz auf 802.11- Basis eine echte Alternative zum analogen BOS-Funk und dem digitalen Behördenfunk TETRA darstellt.

Kommentar (Herbert Saurugg)

Siehe etwa auch In der Silvesternacht versagte der PolizeifunkVuK-Newsletter #10 – Blick vom Gipfel (LineApp), Mesh-Netzwerke

 

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