Hinweis zum Urheberrecht
Studienarbeit zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-15951
URL: http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus/volltexte/2010/1595/
Entwurf und Implementierung eines sicheren Kommunikationsframeworks fur Flugdrohnen
Design and Implementation of a secure communications framework for UAVs
Franzmann, Florian
| SWD-Schlagwörter: |
| VANET , Kommunikationsprotokoll , IP , Drohne <Flugkörper> , Flugkörper |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): |
| Quadrokopter, Echtzeitsystem, Fernsteuerung |
| Freie Schlagwörter (Englisch): |
| Quadcopter, Quadrotor helicopter, Real-Time System, Remote control |
| Fakultät: |
| Technische Fakultät |
| DDC-Sachgruppe: |
| Informatik |
| Dokumentart: |
| Studienarbeit |
| Sprache: |
| Deutsch |
| Erstellungsjahr: |
| 2009 |
| Publikationsdatum: |
| 28.01.2010 |
| Kurzfassung in Deutsch: |
| Ein Quadcopter ist ein Luftfahrzeug, das Auftrieb durch vier nach oben gerichtete Rotoren erzeugt. Erst die Fortschritte der jüngeren Vergangenheit im Bereich
der Rechenleistung eingebetteter Systeme haben es ermöglicht, auf Basis eines
Mikrocontrollers und Sensoren aus dem Luftfahrzeug-Modellbau Fluggeräte nach
Bauart eines Quadcopters zu verwirklichen. Ein solcher Quadcopter ist ein echtzeitkritisches System, wodurch sich Einschränkungen beim Entwurf der Software
ergeben.
Dieses Werk beschreibt die Konzeption und Implementierung eines flexiblen, wiederverwendbaren und sicheren Kommunikationsframeworks für Flugdrohnen, das
den Anforderungen dieser Echtzeitumgebung entspricht. Es ermöglicht, Telemetriedaten und Nachrichten über aufgetretene Ausnahmesituationen vom Quadcopter
an seine Bodenstation zu übertragen und Steuerinformationen entgegenzunehmen.
Ein im Rahmen dieser Arbeit verwirklichter Wartungs-Modus erlaubt es, die
Sensoren des Quadcopters ohne Gefahr für Hardware und Personen zu kalibrieren.
Die Übertragung zwischen Quadcopter und Bodenstation findet drahtlos statt,
weswegen Verschlüsselung und Authentifizierung notwendig sind, um Manipulationen vorzubeugen.
Die Interaktion mit dem Benutzer erfolgt durch eine graphische Benutzeroberfläche, deren Entwurf und Implementierung Teil des Projekts war. Sie bereitet
empfangene Telemetriedaten mittels statistischer Methoden auf und visualisiert
diese. Ein virtuelles Cockpit dient dazu, Steuerinformationen entgegenzunehmen
und Telemetriedaten mit Hilfe in der Luftfahrt üblicher Instrumente anzuzeigen.
Die Versendung komplexerer Steuerinformationen, wie z. B. Flugpläne, wurde
vorbereitet. Abschließend wird die Erweiterbarkeit des Kommunikationsframeworks
am Beispiel der Integration eines GPS-Gerätes in die Hard- und Software des
Quadcopters nachgewiesen. |
| Kurzfassung in Englisch: |
| A quadcopter is an aircraft that generates lift using four upward facing rotors.
Recent progress in the field of embedded computing now allows for building such
aircraft based on micro controllers and remote-controlled model sensors. Since a
quadcopter is a real-time critical system restrictions concerning software design
apply.
This document describes the concept and implementation of a flexible, reusable
and secure communications framework for drone aircraft, that is adapted to a
real-time environment. It is capable of sending both telemetry data and exception
notifications to its ground station as well as of processing control messages.
A maintenance mode permits the user to calibrate the quadcopter’s sensors
without danger to the hardware or bystanders.
As ground station and quadcopter communicate by wireless means encryption
and authentication is imperative in order to prevent manipulation.
Design and implementation of a graphical user interface for interacting with
the quadcopter was part of this project. The graphical user interface processes
received telemetry data using statistical means and shows them on screen. It’s
virtual cockpit accepts instructions and displays telemetry data using common
aircraft instruments.
The communications framework is prepared to process complex control messages.
In conclusion the framework’s extensibility is demonstrated by integrating a GPS
device into the quadcopter’s hard- and software. |
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