Sicherheit: Drohnen brauchen ein einheitliches Betriebssystem

Zur Aufklärung, zum Transport und als Hobbyobjekt: Drohnen sind dabei, den Alltag zu verändern. Doch so vielfältig die Anwendung, so unterschiedlich sind auch die Betriebssysteme. Dabei würde eine vernetzte und offene Plattform für alle Geräte einiges erleichtern.

2. November 2015 um 12:00 Uhr / Von Ferdinand Thommes

Eine Drohne des französischen Kurierdienstes Geopost Bild: Boris Horvat/AFP/Getty Images

Die Geschichte der Drohnen begann im militärischen Bereich, im Jahr 1931 in Großbritannien. Führerlose Fluggeräte wurden entwickelt, um heikle Missionen zu übernehmen. In den letzten Jahren wurden immer mehr Drohnen vom Militär eingesetzt, unter anderem bei den unrühmlichen Tötungen von Terroristen durch die USA und Großbritannien, bei denen der Tod vieler Unbeteiligter in Kauf genommen wurde. .

Aber wie schon so oft werden Entwicklungen des Militärs auch im zivilen Bereich übernommen. So beschäftigt sich die Maker-Szene bereits seit Jahren mit Drohnen und nutzt sie auf vielfältige Weise friedlich. Auch der industrielle Bereich setzt Drohnen verstärkt ein, als Transportmittel für Lasten. In der Wissenschaft dienen sie, mit Kameras und Sensoren ausgestattet, der Erkundung und Überwachung. So unterschiedlich die Anwendungsbereiche von Drohnen sind, so unterschiedlich sind deren Betriebssysteme.

In den nächsten Jahren wird es wichtig werden, offene Systeme zu bevorzugen, wenn es um die Standardisierung der Software zum Betrieb von Drohnen geht. Denn offene Standards verhindern sogenannte Walled Gardens und erhöhen die Sicherheit. Außerdem beschleunigen sie die Forschung und Entwicklung. Die bisherigen Systeme sind davon meist weit entfernt. Im militärischen Bereich sind die Betriebssysteme in einer Blackbox untergebracht. Daran ändert auch die Tatsache nichts, dass etwa die US-Marine 2012 begann, auf Linux umzustellen , um der Virenanfälligkeit von Microsofts Betriebssystem zu entgehen. Luftwaffe und Heer werden folgen.

Standardisierung ist auch wichtig für die Sicherheit im Luftraum, es muss einen Mindeststandard an Sicherheitsmaßnahmen geben. Setzt jeder Hersteller ein anderes proprietäres geschlossenes System ein, wird der Staat mit Überregulierung reagieren und viele Chancen der neuen Technologie abwürgen. Hier wird eine vernetzte, offene Plattform gebraucht.

Breites Spektrum

Zwei Beispiele sollen den Stand der derzeitigen Entwicklung aufzeigen. Beide Ansätze haben ganz oder teilweise Linux als Basis und sind für unterschiedliche Segmente des Drohnenmarkts ausgelegt. Für die kleineren Drohnen, die privat als Hobby genutzt werden oder im kommerziellen Einsatz überwachen sowie aufzeichnen, hat Canonical auf Basis des Quellcodes von Ubuntu Core die für das gesamte IoT konzipierte Distribution Ubuntu Snappy Core veröffentlicht. Am anderen Ende des Spektrums entwickelt der 31-jährige MIT-Absolvent und Flug-Enthusiast Jonathan Downey, der eine eigene Fluglizenz besitzt und einige Flugrekorde hält, mit seiner Firma Airware eine standardisierte, aber in weiten Teilen geschlossene Plattform auch für größere Drohnen, die im industriellen Umfeld zum Einsatz kommen.

Open-Source-Framework für alle UAV

Unter dem Schirm der Linux Foundation will seit letztem Jahr das kollaborative Projekt Dronecode Entwickler und Industrie zusammenbringen. Neben Intel und Qualcomm zählen derzeit 44 spezialisierte Unternehmen wie 3D Robotics, Erle Robotics, Yuneec oder Matternet zu den Unterstützern. Rund 1.300 Entwickler haben dabei ein Open-Source-Framework zum Ziel, das als offener Standard für Software bei unbemannten Flugobjekten im privaten und kommerziellen Bereich etabliert werden soll. Im Rahmen der gerade in Dublin abgeschlossenen Linuxcon Europe fand ein Workshop zur Programmierung von Software für Drohnen unter Linux statt. Dronecode setzt für seine Linux-Lösung auf ein Standard-Debian/Ubuntu, an dem ein Real-Time-Betriebssystem (RTOS) wie etwa NuttX andockt. Den Linux-Echtzeit-Stack sieht der Projektleiter derzeit als nicht ausgereift genug an. Als Autopilot-Plattformen verwendet Dronecode die beiden Open-Source-Projekte APM/Ardupilot und das PX4-Projekt der ETH Zürich. Den Entwicklungsstand von PX4 an der Hochschule zeigt eindrucksvoll ein aktuelles Youtube-Video .

Linux für die Lüfte

Canonical hat früh erkannt, dass das Internet der Dinge und der Markt für Drohnen zu den aufstrebenden Märkten der nächsten Jahre gehören. Als ein Nebenprodukt der Entwicklung seines Mobil-Betriebssystems Ubuntu Touch entwickelte das Unternehmen Snappy Core für das Internet der Dinge, für Appliances im Bereich SDN und für die Steuerung von Drohnen. Das Herzstück sind die "Snaps" genannten Pakete, die alle benötigten Abhängigkeiten haben und im Gegensatz zu dem von Ubuntu verwendeten Debian-Paketen einfacher zu erstellen sind.

Mark Shuttleworth suchte sich für den Einstieg Partner in der Maker-Szene. Zu diesen zählt auch das spanische Unternehmen Erle Robotics, das bei seinen Robotern und Drohnen schon länger auf Linux setzt. Im letzten halben Jahr hat Erle bereits eine Drohne in einer Ubuntu Edition mit Snappy Core herausgebracht. Mitte Mai erschien der Erle-Copter Ubuntu Special Edition als Bausatz oder fertige Drohne. Derzeit versucht Erle Robotics, den Erle-Spider, eine Krabbel-Drohne mit sechs Beinen, auf Indiegogo finanzieren zu lassen . Auch beim Erle-Spider kommt Snappy Core zum Einsatz, auf dem das Robot Operating System (ROS) aufsetzt.

Snappy Core bietet aus Sicht offener Standards einige Vorteile. Es ist frei im Sinne der GPL, solange dabei Canonicals Markenrichtlinien eingehalten werden. Das Snappy-Paketformat ist einfach gestrickt und ermöglicht relativ simpel das Erstellen eigener Apps wie auch das Anlegen eines eigenen App-Stores zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten der Hardware. Zudem erlaubt das Snappy-Paketformat atomare Updates, da jedes Paket alle Abhängigkeiten selbst mitbringt. Damit können Aktualisierungen großflächig als Gesamtpaket ähnlich einem ISO-Image ausgerollt werden. Bei Problemen mit dem Update kann durch einen Rollback der vorherige Zustand leicht wiederhergestellt werden. Damit hat Canonical eine erweiterbare Plattform und kann auf künftige Entwicklungen bei Drohnen schnell reagieren.

Industrieller Einsatz

In einem etwas größeren Maßstab denkt Jonathan Downey bei Airware . Sein Autopilot heißt Flight Core, die Software hat den Namen "Aerial Information Platform" (AIP) und steuert auch große Drohnen in der Preisklasse von 20.000 bis 50.000 US-Dollar im industriellen Umfeld. Nach Ansicht von Downey wird eine standardisierte Plattform gebraucht, die eine Fülle von Applikationen und möglichst viele Hersteller von Drohnen zusammenbringt. So kann der "Flight Core" von Airware ohne viel Aufwand in verschiedenste Drohnen, unabhängig von Hersteller und Bauart, eingesetzt werden. Kunden von Airware zahlen pro Jahr 2.500 US-Dollar für die Dienste des Unternehmens. Die größten Herausforderungen, die es laut Downey zu lösen gilt, sind die Vielfalt an Anwendungsszenarien im industriellen Bereich und die Anpassung der Software an diese Szenarien in Form von Apps.

Hardware, Software und Cloud aus einer Hand

Dafür bietet Airware ein Paket aus Hardware, Software und Cloud-Diensten. Dabei wird die kleine Box mit dem Flight Core an oder in der Drohne angebracht und kommuniziert mit einem Windows-Notebook oder -Tablet am Boden, auf dem als Software die AIP läuft. Vor Flugbeginn wird damit ein Flugplan erstellt, der das Einsatzgebiet festlegt und Grenzen setzt, was Flugbahn, Höhe und zu überfliegendes Gebiet genauso betrifft wie die eigentliche Aufgabe, etwa Fotoaufnahmen im Sekundentakt.

Dabei ist Airwares Steuerungssoftware nach Aussagen von Downey im Gegensatz zu vergleichbaren Systemen auch für flugtechnisch nicht versierten Personen schnell zu erlernen. Noch in diesem Jahr sollen Airwares Nutzer mit dem Linux-basierten SDK "App Core" mit selbst entwickelten Apps die Fähigkeiten ihrer Drohnen erweitern können. Die Cloud-Plattform speichert dabei Flug- und Sensordaten.

Der Markt für Software zur Steuerung von Drohnen ist derzeit noch in der Konsolidierungsphase. Umso wichtiger ist jetzt die Festlegung möglichst offener Standards, um es einerseits Gesetzgebern zu vereinfachen, den Flugbetrieb zu regulieren und Gefahren abzuwehren. Andererseits fördert eine offene Plattform die Sicherheit der Software und befördert Forschung und Entwicklung. Der zweite Teil des Artikels betrachtet die gesetzlichen Vorgaben für Drohnenflug und die Sicherheitslage beim Hacking.