Technologische Basis und Systemarchitektur

Mobile Ad-hoc-Netzwerke (MANETs) bilden hierfür die konzeptionelle Grundlage. Sie zeichnen sich durch eine dezentrale Organisation aus, in der jeder Teilnehmer – ob Soldat, Gefechtsfahrzeug oder unbemanntes System – gleichzeitig als Endgerät und als Router fungiert (Dualität der Knoten). Diese Netzwerke sind selbstkonfigurierend und selbstheilend, da Knoten nach der Aktivierung automatisch ihre Nachbarn erkennen und Verbindungen aufbauen, was eine Multi-Hop-Kommunikation ohne feste Topologie ermöglicht.

Innerhalb des militärischen Spektrums ist eine spezielle Ausprägung von MANETs im LBO-Kontext relevant:

VANETs (Vehicular Ad-hoc Networks): Dienen der Vernetzung von Landfahrzeugen untereinander sowie der Anbindung an Basen oder Hauptquartiere. Hierbei wird zwischen der Kommunikation im Stand (At-The-Halt) und in der Bewegung (On-The-Move) differenziert.

Militärische Anforderungen: Resilienz vor Verfügbarkeit

Im Gegensatz zu zivilen Standards, die oft eine hohe Verfügbarkeit anstreben, liegt der militärische Fokus auf maximaler Resilienz. Da Störungen und Verbindungsabbrüche im Gefechtsfeld unvermeidlich sind, muss das IP-Netzwerk in der Lage sein, sich nach Ausfällen autonom und in nahezu Echtzeit wiederaufzubauen.

Weitere Kernanforderungen umfassen:

1. Software-defined Networking (SDN): Auslagerung der „Intelligenz“ des Netzwerks ermöglicht Großteiles autarke, unbemannte Rekonfiguration bei Veränderungen und Bedrohungslagen.
2. Massendaten-Kapazität: Sensoren und Aufklärungssysteme produzieren Unmengen an Daten, die „robuste Datenautobahnen“ und ein intelligentes Bandbreitenmanagement erfordern.
3. Interoperabilität: Die Einhaltung multinationaler Vorgaben wie Federated Mission Networking ist essenziell für die Zusammenarbeit mit Bündnispartnern.

Die Vernetzungsfähigkeit der militärischen VANETs unterliegt physikalischen und protokollarischen Grenzen, die über die bloße Erreichbarkeit hinausgehen. Im Folgenden wird diese Dynamik anhand von Stabilitätsgrenzen detailliert erläutert.

Korrelation von Sendezeitanteil und Vernetzungsfähigkeit

Die Vernetzungsfähigkeit eines mobilen Verbundes ist kein statischer Zustand, sondern korreliert massiv mit einem „Sendezeitanteil“ der einzelnen Einheiten. In einem militärischen Szenario ist sie in Abhängigkeit von Dynamik zu differenzieren, und zwar im Stand, in Bewegung (Marsch) und bei Verlust.

Unsere Simulationen heben folgende kritische Zustände der Netzwerktopologie hervor:

Gegenmaßnahmen bei zu geringer Sendezeit sind entweder eine Erhöhung der Einheitenanzahl und/oder eine “Smart Steuerung“ der Sendezeitfenster über alle Einheiten hinweg.

Die Grenzen traditioneller IP-Routingprotokolle

Traditionelle Link-State-Protokolle (LSP) wie OSPF oder IS-IS wurden für statische Infrastrukturen entwickelt und stoßen in hochmobilen VANETs an ihre Grenzen.

• Konzeptionsbedingte Einschränkungen: Bei den klassischen Routingprotokollen ist zu unterscheiden zwischen einer direkten „Nachbarschaftsbeziehung“ und der „Topologiedynamik“. LSP adressieren sehr gut das Degradieren der unmittelbaren Nachbarschaft. Die Topologiedynamik kann dahingegen nur in geringem Umfang abgefangen werden.
• Inkonsistenz: In VANETs führen hochfrequente Topologieänderungen zu einem kontinuierlichen Austausch von Link-State-Informationen sowie zu häufigen SPF-Neuberechnungen. Ab einer bestimmten Änderungsrate kann die „Routinglogik“ nicht mehr schnell genug konvergieren, sodass einzelne Knoten noch die veralteten oder inkonsistenten Zustandsinformationen nutzen. Dies führt zu suboptimalen Pfaden, erhöhter Signalisierungslast sowie temporären Routing-Schleifen (Micro-Loops).
• Konvergenz-Kollaps: Die Konvergenzzeit der LSP kann in hochdynamischen Szenarien größer werden als die durchschnittliche Lebensdauer einer stabilen Routenwahl. Dadurch befindet sich das Netzwerk praktisch in einem permanenten Rekonvergenzzustand.
• Skalierbarkeit: Diese altbekannte Achillesferse der LSP in den industriellen Topologien ist inzwischen zu vernachlässigen. Jedoch schlägt sie mit voller Wucht für militärische hochskalierbare VANETs (deutlich mehr als 100 Knoten) zu.

Lösungsansatz: SDMN®-gestützte Netzwerksteuerung

Da hochdynamische VANET Umgebungen keine universelle „Patentlösung“ erlauben, setzt dainox auf adaptive, softwaredefinierte Netzwerkmechanismen, die speziell für militärische Kommunikationsszenarien entwickelt wurden.

• SDMN® Framework: Im Gegensatz zu klassischen Routingverfahren ermöglicht der Ansatz eine dynamische und bedarfsorientierte Steuerung von Kommunikationspfaden (Zustände). Die Reduzierung des kontinuierlichen Signalisierungsaufwand bietet Vorteile, insbesondere in Netzen mit häufigen Topologieänderungen.
• Orchestrierungstool AutOr® begleitet dabei alle Phasen JMEI (Joining, Membership and Exit Instructions).
• Automatische Optimierung der Ressourcen: Für den Einsatz auf Standard-Hardware (COTS-Router) werden maßgeschneiderte Kombinationen bekannter Routingtechniken genutzt, um so den Skalierbarkeits- und Dynamikanforderungen eines VANETs gerecht zu werden.

Durch diesen Lösungsansatz schafft dainox maßgeschneiderte COMMS-Grundlagen für hochskalierbare und resiliente taktische Kommunikationsnetze bereit zu stellen.

Autoren:
Bernd Kohler, Director Business Development, Senior Security Consultant, dainox
Dr. Christopher Metter, Network Solutions Consultant, dainox
Dr. Artavazd Tarhanjan, CIO, Network Solutions Architect, dainox

Kontakt: [email protected]

Abonnieren Sie unseren WhatsApp-Kanal, um die Neuigkeiten direkt auf Ihr Handy zu erhalten. Einfach den QR-Code auf Ihrem Smartphone einscannen oder – sollten Sie hier bereits mit Ihrem Mobile lesen – diesem Link folgen: