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Das Wearable Smart Gateway: Revolutionäre tragbare Technologie für Ersthelfer [Anzeige]

In der Kommandozentrale beim Testen des WSG auf der UrbanShield 2015.
In der Kommandozentrale beim Testen des WSG auf der UrbanShield 2015.
geschrieben von Sponsor

Das Wearable Smart Gateway (WSG) ist das weltweit erste Kommunikations-Gateway, mit dem Ersthelfer in Echtzeit sicher Multimedia-Informationen innerhalb von Weitverkehrsnetzwerken verbreiten können.

Das von Mutualink unter Verwendung von Intel®-Technologie entwickelte WSG bietet über Einsatzzentralen und über Behördengrenzen hinweg noch nie dagewesenen Zugriff auf Echtzeit-Lageinformationen — einschließlich biometrischer, Video- und Umgebungsdaten. Die Fähigkeiten des WSG verbessern die operative Aufklärung und reduzieren die Reaktionszeiten in schnell wechselnden Umständen signifikant und helfen dadurch Ersthelfern von Polizei, SWAT, Feuerwehr und Notärzten durch schnelle und gut informierte Entscheidungsfindung die Herausforderungen der Betriebsblindheit zu überwinden.

Das WSG ist das erste Gerät, das aus der von Intel® und Mutualink angeführten Initiative Internet of Public Safety Things (IoPST) hervorgeht. Ziel dieser Initiative ist es, die nächste Generation der Ersthelfer mit nahtlos miteinander verbundenen Technologien auszurüsten, die Leben retten. Als Anerkennung der wertvollen Innovation des Projekts, erhielt die gemeinsame Initiative im Jahr 2016 den Integrated Justice Information Systems (IJIS) Institute Innovation Award.

Dieses Whitepaper beleuchtet den Hintergrund des WSG und die bei der Herstellung und Benutzung verwendeten Technologien. Als dieser Bericht verfasst wurde, befand sich das WSG in der Prototyp-Phase und die kommerzielle Einführung wurde für 2016 erwartet. Deshalb untersucht dieser Bericht auch, was bis dahin noch auf das Gerät wartet. Das WSG und seine Technologie in den Kontexten von IoPST und dem FirstNet LTE-Breitband-Netzwerk werden ebenfalls diskutiert.

Die Entstehungsgeschichte des WSG

Mutualink und seine Gründer in Wallingford, CT, verfügen über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von Kommunikations-Technologien im Bereich der öffentlichen Sicherheit. Mutualinks IP-basierende Netzwerkservices werden von Organisationen aus Bereichen wie Verteidigung und Strafverfolgung, sowie Finanzen und Gesundheitswesen verwendet. Die bestehenden Systeme kombinieren rack-basierte Hardware, Hochleistungs-Software und dem Industriestandard entsprechende End-to-End-Verschlüsselung, um die gemeinsame Benutzung von Video, Sprache und Daten zwischen den Behörden zu erleichtern.

Prototyp der Wearable Smart Gateway (WSG) Einheit

Prototyp der Wearable Smart Gateway (WSG) Einheit

Eines der Hauptprobleme von Rettungsdiensten und -behörden ist die kommunikative Interoperabilität — Unterschiede in technischen Standards und Protokollen verkomplizieren und verlangsamen den Austausch von Kerndaten zwischen Behörden. Mutualinks Geschichte, diese Hindernisse zu überwinden ist lang. Und in Anlehnung an die Pionierarbeit des Edison-Labors im Bereich der Telekommunikation im 19. Jahrhundert wurde das Innovationsteam inspiriert, seine Technologie erstmals tragbar zu gestalten. Mutualink arbeitete mit Intel zusammen und machte sich daran, die Kommunikationshindernisse mithilfe eines Systems, das nahtlos und sicher verschiedene von Ersthelfern, deren Kommandozentralen und mitwirkenden Behörden verwendete fortschrittliche Technologien zusammenführt, zu überwinden.

Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist das WSG, ein tragbares Kommunikations-Gateway, das die von Ersthelfern getragenen, gehaltenen oder sich in deren Nähe befindlichen Geräte via Wi-Fi, USB-Kabel oder Bluetooth über eine sichere VPN-Verbindung mit einem Server in der Cloud oder vor Ort mit der entfernten Kommandozentrale verbindet. Von dort aus können die Daten je nach erforderlichen Umständen nahtlos mit beliebig vielen kooperierenden Behörden oder Betroffenen geteilt werden.

Input der Ersthelfer beim Design des WSG

Der Name Mutualink ist in der Welt der Ersthelfer-Kommunikation eine feste Größe und hat sich diese Stellung durch ein tiefgreifendes Verständnis der Bedürfnisse und Ansprüche derer, die an vorderster Front stehen, verdient. In Mutualinks Geschäftsentwicklungsteam arbeiten einige ehemalige Ersthelfer mit jahrzehntelanger praktischer Erfahrung mit, auf die Verlass ist, wenn es um Fallbeispiele geht und die genau wissen, was funktioniert und was nicht.

Während der Ideenfindungsphase des WSG gingen Intel und Mutualink einen Schritt weiter und baten in einer Reihe ausführlicher Interviews aktive Ersthelfer um deren detaillierten Input in Bezug auf Bedürfnisse und Funktionen. Internes Design und Think-Tank-Sitzungen halfen dem Team dabei, die Herangehensweise noch vor der Konstruktion eines Prototyps zu verfeinern. Das Feedback der Ersthelfer gewährte auch wertvolle Einblicke in viele der besonderen Bedürfnisse der Benutzeroberfläche (UI) der Kommandozentrale und in Bezug auf die gesamte Funktionalität des Geräts.

Wie bei jeder tragbaren Technologie spielt der Formfaktor des WSG eine ausschlaggebende Rolle und vermutlich noch mehr, da dieser von der wichtigen Aufgabe der Ersthelfer, die es unterstützen soll, weder ablenken noch ihr auf irgendeine Weise im Weg stehen darf. Als Herzstück für das WSG fiel die Entscheidung auf das Intel® Edison-Modul, das dank seiner hohen Leistung, dem extrem niedrigem Energieverbrauch und der kleinen Größe ideal für diese Aufgabe geeignet ist.

Überlegungen bei der Prototypenentwicklung des WSG

Für die Entwicklung vom Konzept zum Prototypen begann das Team bei Mutualink die Arbeit mit dem Intel® Edison-Modul, das standardmäßig über Wi-Fi, Bluetooth und USB-Konnektivität und sogar noch in Kombination mit einer Batterie über einen kleinen Formfaktor verfügt. Dank der eingebauten Konnektivität kann sich das Modul mit verschiedenen Geräten am Ersthelfer verbinden — beispielsweise Kamera, Herzfrequenzmesser, Audiokommunikation und so weiter — und auch mit einem Wi-Fi-Netzwerk für WAN-Konnektivität.

Das Haupt-System-on-Chip (SoC) auf Intels® Edison Platine ist ein 22 nm Intel® Atom™ Prozessor der Serie Z34XX mit zwei Silvermont Mikroarchitektur-Kernen, die auf 500 Mhz getaktet sind und ein Intel® Quark™ Kern mit 100 MHz (um das Wind River Viper* Echtzeit-Betriebssystem (RTOS) auszuführen). Das SoC verfügt über 1 GB RAM integriert. Außerdem ist ein Speicher in Form einer 4 GB embedded Multimedia Card (eMMC) an Bord, Wi-Fi, Bluetooth 4, und USB Controller. Die Platine verfügt über einen 70-Pin-dichten Stecker (Hirose DF40) mit USB, SD, UARTs, und GPIOs.

Intel® Edison-Module werden für zahlreiche WSG-Prototypen verwendet.

Intel® Edison-Module werden für zahlreiche WSG-Prototypen verwendet.

Momentan verfügt das WSG noch nicht über 4G/LTE-Kapazitäten für unabhängige mobile Verwendung und verbindet sich stattdessen via Wi-Fi-Tethering über ein Mobiltelefon mit einem 4G/LTE-Netzwerk oder mit einem Wi-Fi-Hotspot. Eine prototypische Umsetzung passt genau auf ein ultrarobustes FirstNet-fähiges Sonim-Telefon und ergibt in dieser Verbindung eine kompakte und extrem widerstandsfähige Einheit im Taschenformat. Beim kombinierten WSG-Gerät handelt es sich um einen ergonomischen Entwurf und obwohl dieser problemlos in der Tasche einer Jacke oder Cargo-Hose getragen werden kann, ist eine noch kleinere Lösung erstrebenswert. Zu diesem Zweck untersucht ein Team auch die direkte Integration von 4G/LTE-Konnektivität.

Minimierung des Stromverbrauchs des WSG

Die Verbrauchsanforderungen des WSG sind streng, da es verwendet werden kann, um sich an jedem Ort zu jeder Zeit mit jeder Anzahl an Geräten zu verbinden, die relevante, situationsbezogene digitale Daten liefern. Zudem brauchen Ersthelfer einen einfachen Überblick über Statusindikatoren auf dem Gerät selbst. Vor dem Hintergrund dieser Anforderungen ist die Batterielebensdauer natürlicherweise eine wichtige Überlegung für den erfolgreichen Feldeinsatz des Gerätes und war ein Hauptgrund für die Wahl des Intel® Edison-Moduls.

Für die Batterie suchte das Team nach dem besten Kompromiss aus Energiekapazität und Größe, um problemlose Mobilität zu gewährleisten. Der Großteil der WSG-Prototypen wird von einer 3,7-Volt, 1200-mA Lithium-Ionen-Batterie versorgt. Je nach Anwendungsfall und Umständen kann das WSG auch an beinahe jede wiederaufladbare Batterie angeschlossen werden — beispielsweise eine 6000-mA-Einheit — wobei dann ein Kompromiss in Bezug auf das zusätzliche Gewicht eingegangen werden muss. In frühen Tests waren die WSG-Prototypen über einen Zeitraum von 12 und mehr Stunden voll einsatzbereit, was für längere Einsätze unabdingbar ist, weil die Ersthelfer sich keine Sorgen darüber machen möchten, ob ihr Arbeitsgerät geladen ist. Die Aufladung des WSG ist so einfach wie die eines Handys.

Grenzen, Lösungen und weiteres Prototyping

Mit der hier abgebildeten Ausweichlösung per USB-Verstärker-Kabel kann der USB-Anschluss angeschlossene Geräte mit Strom versorgen.

Mit der hier abgebildeten Ausweichlösung per USB-Verstärker-Kabel kann der USB-Anschluss angeschlossene Geräte mit Strom versorgen.

Eine Einschränkung des in Serie hergestellten Intel® Edison Moduls ist, dass der USB-On-the-Go (OTG)-Anschluss ein angeschlossenes Gerät nicht mit Strom versorgt, wenn dieses mit einer Spannung von 3,7 Volt läuft. Das wird dann zum Problem, wenn der Benutzer Strom für beispielsweise eine externe +5V USB-Kamera benötigt. Das Team fand eine Ausweichlösung in Form eines zusätzlichen USB-Verstärker-Kabels zwischen dem WSG und dem Peripheriegerät.

 

Wie das folgende Bild zeigt, lief ein späterer Prototyp auf einem Stack aus drei Spark Fun Platinen: Eine für das Intel® Edison Modul, eine zweite für die Batterie und das Ladegerät und die dritte für die I/O-Funktionalität.

Bei der Konstruktion einiger WSG-Prototypen wurden Spark Fun Platinen verwendet.

Bei der Konstruktion einiger WSG-Prototypen wurden Spark Fun Platinen verwendet.

Für aktuelle WSG-Prototypen wird wegen des kompakten Formfaktors und der Out-of-the-box-Funktionalität das Intel® Edison Modul bevorzugt, obwohl das Team an einer Lösung für das USB-Stromversorgungsproblem dieser Prototypen arbeitet. Die Kombination aus der Notwendigkeit einer USB-Stromversorgung und dem Wunsch On-Board-4G-LTE-Konnektivität zu verbauen, brachte das Team dazu nach einer maßgeschneiderten Lösung zu suchen, die sich gerade in der R&D-Phase befindet. Das Team berät sich auch mit Batterieherstellern, um das WSG direkt in das Batteriegehäuse zu integrieren, was zu einem verbesserten Verhältnis von Leistung zu Größe führen würde.

Auf Einsatzflexibilität ausgelegt

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit sind zentrale Gedanken bei Konzeption und Design des WSG. Das Gerät und sein Ökosystem müssen anpassungsfähig sein, wenn sich Hard- und Software verändern und neue Anwendungsfälle auftreten. Dank des auf Linux basierenden Betriebssystems und der Verwendung von JavaScript* ist die Software des WSG erweiterbar und offen, so dass neue Funktionen problemlos integriert werden können.

Darüber hinaus ist das WSG mit zwei LED-Lichtern ausgestattet, wie Abbildung 5 zeigt: Solange eine stabile Verbindung zu einem Server besteht, leuchtet das rote Licht beständig, während das gelbe Licht entsprechend des vom Gerät verarbeiteten Datenverkehrs blinkt. Die Lichter informieren den Träger über den Betriebsstatus des Geräts. Diese LEDs können programmiert werden, jede Art von visuellem Feedback zu liefern, das vom Ersthelfer oder der Einsatzzentrale als wichtig erachtet wird.

LED-Leuchtanzeigen geben den Benutzern schnelles Feedback über VPN-Status und Netzwerkauslastung.

LED-Leuchtanzeigen geben den Benutzern schnelles Feedback über VPN-Status und Netzwerkauslastung.

Die Kommandozentralen-Benutzeroberfläche

Um die Vorgabe der maximalen Flexibilität einzuhalten, besteht die Kommandozentralen-Benutzeroberfläche aus einem schlanken, webbasierten Client-Code Node.js in einem Web Application Framework. So kann der Client auf quasi jedem Gerät mit Browser, beispielsweise einem Smartphone, Tablet, Laptop oder einem an einen HDMI-Monitor angeschlossenem Intel® Compute Stick laufen. Einsatzleiter müssen möglicherweise aus der Ferne oder von unterwegs aus arbeiten oder während eines Einsatzes eine temporäre Kommandozentrale aufbauen und erhalten durch diese Herangehensweise die dafür nötige zusätzliche Flexibilität.

Die Kommandozentralen-Benutzeroberfläche des WSG ist browser-basiert und modular aufgebaut.

Die Kommandozentralen-Benutzeroberfläche des WSG ist browser-basiert und modular aufgebaut.

Die Benutzeroberfläche selbst ist darauf programmiert, alle von den Einsatzkräften gesendeten Daten, einschließlich Videostreams, Herzfrequenz, GPS-Ortsbestimmung und den Status der mit dem Netzwerk verbundenen Akteure, anzuzeigen.

Netzwerkunabhängige Sicherheit geht vor

In seiner Prototyp-Form überträgt das WSG unter Verwendung eines beliebigen kommerziellen 4G-Netzwerks Daten über Tethering via Wi-Fi an ein Mobiltelefon oder, sobald verfügbar, an das spezielle First Responder Network Authority (FirstNet) Breitband-Netzwerk zur öffentlichen Sicherheit, das momentan für den landesweiten Gebrauch in den USA entwickelt wird. Um die beste verfügbare Verbindung zu nutzen, ist das System darauf ausgelegt, in allen Netzwerken ohne Sicherheitsbeeinträchtigung zu funktionieren.

In Bezug auf die Server, die Daten vom Uplink an die Kommandozentrale und andere Beteiligte innerhalb eines nicht vertrauenswürdigen virtuellen Peer-Netzwerkes weiterleiten, ist das WSG ähnlich unabhängig, aber äußerst sicher. Es wurden verteilte Netzknoten und auf privaten Intel-Servern laufende On-Demand Remote-Anwendungsservices und neuerdings auch Amazon Web Services verwendet. Diese modulare Flexibilität erhält in vollem Umfang die Integrität der Daten und wurde ausgewählt, um den Kunden eine Konfiguration zu bieten, die ihren Ansprüchen und vorhandenen Ressourcen am besten entspricht.

Netzwerksicherheit

Systemsicherheit ist entscheidend und in der Anwendungsrealität ist das WSG potentiell anfällig für viele der Bedrohungen, die jedes normale Computersystem oder -netzwerk treffen können, beispielsweise Distributed Denial-of-Service-Angriffe und Netzwerkstörungen. Zum Schutz vor Spoofing oder Datenabhören durch Rogue-Devices verwendet das System auf jedem Gerät im Netzwerk die zertifikatsbasierte AES256-Authentifizierung, den Industriestandard.

Das Team arbeitet daran, von der Hardware-Ebene ausgehend maximale Sicherheit zu gewährleisten. So wird die Datenintegrität sichergestellt und erlaubt die Implementierung eines modernen Malwareschutzes ohne Kompromisse bei der hochwichtigen Datenübertragungsgeschwindigkeit einzugehen.

Der Datenfluss läuft ausschließlich über End-to-End-verschlüsselte VPN-Tunnel, die auf offenen Standards basierende Clients verwenden. Mutualinks Plug-Ins werden auf das WSG und den Client heruntergeladen und eine WSG-Anwendung auf dem Client baut einen VPN-Tunnel auf und übernimmt die Authentifizierung.

Neben der Netzwerkunabhängigkeit ist das WSG ähnlich flexibel, wenn es um seine Serververbindung geht. Der verschlüsselte VPN-Tunnel kann das Gerät mit einem privaten Server oder einem öffentlichen Cloud-basierten Server wie Amazon Web Services verbinden. Die Gewährleistung der Integrität der Datensicherheit ist zentral, wenn Daten über ein Netzwerk, vor allem ein öffentliches, übertragen werden. Hier kommt Mutualinks langjährige Erfahrung zum Tragen, Geräte unter Verwendung moderner Verschlüsselungs- und VPN-Technologie über Netzwerke hinweg sicher zu verbinden.

Datenaustausch zwischen Behörden

Der Fluss der Datenpakete vom WSG (auf der linken Seite dieser Abbildung) an den Server und die Kommandozentrale und weiter zu entfernten Behörden.

Der Fluss der Datenpakete vom WSG (auf der linken Seite dieser Abbildung) an den Server und die Kommandozentrale und weiter zu entfernten Behörden.

Eine der Stärken der flexiblen, offenen Architektur des WSG-Systems ist die Fähigkeit, die bereits etablierte Interoperabilität von Mutualinks vorhandenen Netzwerken und Plattformen der öffentlichen Sicherheit zu nutzen, um die Kommandozentrale aus der Ferne mit einer beliebigen Anzahl mitwirkender Behörden oder Beteiligter zu teilen.

Das cloud-basierte System ermöglicht jeder Behörde Medien mit jedem berechtigtem Beteiligten über das Mutualink-System dynamisch zu teilen. Dank des schlanken, browser-basierten Client kann die Kommandozentralen-Benutzeroberfläche auf jedem Gerät, einschließlich Laptops, Tablets und Smartphones unkompliziert geteilt werden. In der Praxis heißt das, dass ein Beteiligter an einem anderen Ort lediglich sein Telefon und eine Mutualink-App benötigt, um jedem Schritt einer aktuellen Operation zu folgen und Video, Audio und andere Daten werden per Stream live an sein Mobilgerät übertragen.

Redundanz

Entscheidend für die Gewährleistung der Integrität des WSG-Systems in den Extremsituationen, für die es entworfen wurde, ist Redundanz. Ausfälle können an verschiedensten Stellen innerhalb eines Systems auftreten: Die Hardware kann ausfallen, Verbindungen können abbrechen und der Zugang zu 4G und Wi-Fi-Netzwerken kann gestört sein, wie es in Notfallsituationen oft der Fall ist, weil viele Menschen gleichzeitig auf das Netzwerk zugreifen.

Serverseitig garantiert die in das System eingearbeitete ausfallsichere Redundanz, dass beim Ausfall eines VPN-Tunnels automatisch auf eine alternative sichere Verbindung gewechselt wird, um eine verlässliche Datenversorgung der Kommandozentrale zu gewährleisten. Hinsichtlich der Redundanz im Einsatz, entwickelt Mutualink momentan eine ganzheitliche Lösung, um die Systemintegrität des WSG und lokal verbundener Geräte in allen vorhersehbaren Netzwerkausfällen aufrecht zu erhalten.

Vorstellung von Mesh

Mutualink ist ein weltweit führender Experte für dezentrale Lösungen für Datenaustausch-Architektur. Im Kontext des Klientels aus Ersthelfern vermeidet dieses Modell die Funktion einer einzelnen Behörde als Knotenpunkt und sorgt so für gleiche Bedingungen aller Beteiligten. Die Architektur des WSG verfolgt dieses Prinzip des dezentralen Datenflusses in einem tragbaren Maßstab und die Technologielösung  Mesh ist seine logische Erweiterung und ist auf vollständige Redundanz innerhalb des Netzwerkes ausgelegt.

Das Funktionsprinzip von Mesh basiert auf dem Verschicken von Datenpaketen über eine beliebige Anzahl an Einzelgeräten innerhalb des Netzwerkes, anstatt über einen einzigen Pfad. Das bedeutet, dass die Daten beim Ausfall eines Gerätes aus welchem Grund auch immer, ihren Weg zum Empfänger finden. In der Praxis kann das auf verschiedene Arten angewendet werden: Zum Beispiel kann eine Einsatzgruppe aus vier Personen, die in räumlicher Nähe zusammenarbeiten, einen einzigen Smartphone-Hotspot verwenden, um die Daten jedes einzelnen Mitglieds an die Kommandozentrale zu übertragen.

Jedes mit WSG ausgestattete Gerät in der Umgebung (wie die im folgenden Abschnitt „Internet of Public Safety Things“ beschriebenen) kann ebenso verwendet werden, um Datenpakete zu ihrem Zielort zu übertragen. Bei den Geräten in der Umgebung kann es sich um Notbeleuchtung, Feueralarme oder Glühbirnen handeln, die nachträglich mit WSG-Fähigkeiten, einschließlich Bluetooth, Wi-Fi und 4G-Konnektivität ausgestattet werden können. Im Wesentlichen arbeitet das System automatisch, um im Netzwerk einen Weg für die Daten zu finden, gewährleistet dadurch eine hohe Redundanz und bietet gleichzeitig eine reibungslose Benutzererfahrung.

WSG ist FirstNet-fähig

FirstNet ist ein dediziertes, LTE-Breitbandnetzwerk für die öffentliche Sicherheit, dass sich momentan in der Konsultationsphase befindet, bevor es auf nationaler Ebene in den USA eingeführt wird. Es wurde als Antwort auf die endgültige Empfehlung der 9/11-Kommission als landesweites Netzwerk drahtloser Dienste ausschließlich für Ersthelfer entwickelt und umgeht gezielt die gravierenden Hindernisse unabdingbarer Kommunikationservices, die Ersthelfer zuvor erleben mussten, wenn die Kapazitäten öffentlicher Netzwerke überschritten wurden.

Es laufen bereits einige FirstNet Early Builder Projekte. Zwei davon sind das sich im Einsatz befindliche mobile JerseyNet-Netzwerk in New Jersey, das während des Papstbesuches im Jahr 2015 verwendet wurde und das FirstNet-Projekt in Harris County, Texas, bei dem bereits Technologie von Mutualink von Ersthelfern verwendet wird. Das Intel-Mutualink-Team baute die Sicherheitsfunktionen des WSG völlig neu auf, um die Datenintegrität und modernen Malwareschutz, zu gewährleisten, stellte aber gleichzeitig sicher, dass die Geschwindigkeit und Effizienz, die mit Netzwerken der öffentlichen Sicherheit in Verbindung gebracht werden, niemals beeinträchtigt werden.

Das WSG im Praxistest

Die Benutzererfahrung ist der Schlüssel zu einer erfolgreichen Einführung jeder neuen Technologie, und noch mehr, wenn es sich um eine tragbare Technologie für Ersthelfer handelt, die in sehr dynamischen Hochdrucksituationen arbeiten. Das Letzte, worüber sie sich Sorgen machen möchten ist ein neuer Ausrüstungsgegenstand. Wesentlich für die Akzeptanz und Einsatztauglichkeit des WSG für Ersthelfer sind gründliche Praxistests. Zwar ist das WSG nach wie vor ein Gerät in der Prototyp-Phase und noch nicht für den Notfalleinsatz verfügbar, doch gab es auf der Veranstaltung Urban Shield im September 2015, die genauso wertvolle — wenn nicht wertvollere — Gelegenheit, das System und die allgemeine Benutzererfahrung im simulierten Praxisbetrieb zu testen. So konnte unter den einzigartigen Belastungen einer echten Notfallsituation Feedback gesammelt werden.

Urban Shield ist eine jährliche, 48-Stunden dauernde taktische Trainingsveranstaltung im Norden Kaliforniens. Teams von Ersthelfern aus der ganzen Welt — in erster Linie SWAT-Einheiten, aber auch Feuerwehren und Notärzte — durchlaufen eine Reihe anspruchsvoller und realistischer Übungen. Die Veranstaltung bietet den Teams die Gelegenheit an Einsatztaktiken zu arbeiten und dient außerdem als Prüfstand für — und der Bewusstseinsbildung über — künftige Technologien und in diesem Fall handelte es sich bei einer davon um das WSG.

In Folge einer im Vorfeld der Veranstaltung durchgeführten Studie, in der Beratungsgespräche mit einem Team aus Ersthelfern aus Sunnyvale, Kalifornien geführt wurden, stellte Mutualink einige der auf dem Intel® Edison Modul basierenden WSG-Prototypen her. Diese konnten passgenau auf die FirstNet-fähigen Telefone montiert werden, die die Wi-Fi-Hotspot-4G-Konnektivität zur Verfügung stellten. Während der Übungen übertrug das WSG per Stream Live-Video, Herzfrequenz und Positionsdaten an die Kommandozentrale.

Ereignisszenarien waren unter anderen eine Entführung und eine Bus-Bombe, bei der die SWAT-Teams Farbpatronen anstelle von scharfer Munition verwendeten. Das Problem der Teams, das durch das WSG gelöst werden sollte, war die Notwendigkeit während einer Notfallsituation das Team in der Kommandozentrale mit detaillierteren und genaueren Informationen über die Ereignisse auf dem Einsatzgelände zu versorgen. Dabei halfen die die zusätzlichen Daten des WSG, um die Teams effizienter zu koordinieren und deren allgemeine Leistungsfähigkeit und Sicherheit zu verbessern. Zwar wurden im Ergebnis dieses Tests wichtige Lektionen gelernt, doch im Allgemeinen funktionierte das WSG wie technisch beabsichtigt und gewährte den Einsatzleitern einen zuvor noch nicht erlebten Einblick in die Lage.

Erkenntnisse aus der Benutzererfahrung

Die Benutzererfahrung ist ein Schlüsselfaktor bei der Entwicklung des WSG. Die Ersthelfer-Teams müssen Geräte nahtlos in ihre Arbeitsumgebung integrieren können, was im Falle eines tragbaren Gerätes bedeutet: auf der Person selbst. Wenn das WSG auf irgendeine Weise die Arbeit stören oder davon ablenken würde, wäre die Einführung in diesem Feld behindert. Das bedeutet, dass die Optimierung von Formfaktor, Gewicht und einfacher Handhabung unabdingbar ist.

Hinsichtlich des Formfaktors war der bei Urban Shield verwendete WSG-Prototyp nicht mit 4G ausgerüstet und musste für eine Netzwerkverbindung an ein Mobiltelefon angebunden werden (das von Benutzer ebenfalls getragen werden musste). Der für die Veranstaltung gebaute WSG-Prototyp war speziell darauf ausgelegt, mit einem FirstNet-fähigen Sonim*-Telefon verbunden zu werden. Zusammen verfügten die beiden Einheiten über einen etwa doppelt so dicken Formfaktor wie das Telefon selbst und die Ersthelfer-Teams auf der Urban Shield hatten keine Einwände gegen das Tragen des Gerätes zusätzlich zu ihrer bereits vorhandenen Ausrüstung.

Aus einer technischen Perspektive funktionierte der einfache und stabile Betrieb des WSG auf der Urban Shield erwartungsgemäß und der Test offenbarte wertvolle Erkenntnisse in Bezug auf notwendige zukünftige Verbesserungen. Ein Problem, das die Notwendigkeit von Feldversuchen hervorhob, war der sporadische Anstieg der Latenzzeit des Videostreams, der zur Folge hatte, dass das Video in der Kommandozentrale nicht synchron war — ein potentiell schwerwiegendes Problem. Mutualink nahm diese Erkenntnisse mit ins Labor zurück und verbesserte die WSG-Software, so dass diese automatisch erkennt, wenn die Bandweite gedrosselt wird und die Bildwiederholrate dann entsprechend reduziert. Zwar wurde das Video dadurch in Momenten geringerer Bandbreite weniger flüssig, aber es blieb synchron.

Mutualink prüft auch den Austausch der aktuellen Motion-JPEG-Videokompression mit dem H.264-Format, um die Videoleistung noch weiter zu verbessern. Eine andere Priorität ist der Einbau von 4G-LTE-Konnektivität in das Gerät selbst, um die Notwendigkeit eines Hot-Spots über die Verbindung mit einem Mobiltelefon zu beseitigen.

Die Instant Command Center™-Lösung

Eine wertvolle Lektion des Testes bei Urban Shield kam von der einfachen Beobachtung, dass die Platzanforderungen der Computer der Kommandozentrale ein zusätzliches Zelt neben dem für Teambesprechungen benötigten. Dadurch wurde das Team von der Kommandozentrale getrennt und die Installation zusätzlicher Ressourcen war nötig. Derartig ressourcenintensive Abläufe in hochdynamischen und anstrengenden Notfallsituationen zu vermeiden wäre offensichtlich von großem Nutzen für Ersthelfer-Teams und die erhöhte Effizienz wäre ein Ansporn für die Einführung der Technologie.

Diese Beobachtungen brachten das WSG-Team dazu, die Verwendung des auf dem Quad-Core Intel® Atom™ basierenden Intel® Compute Stick als Ersatz für die sperrigen Tower der Kommandozentrale zu prüfen. Der Gebrauch des Intel® Compute Stick in der Kommandozentrale hätte gegenüber sperrigen Towern oder sogar Laptops einige klar ersichtliche Vorteile. Der Intel® Compute Stick verfügt über einen wesentlich kleineren Formfaktor als die meisten Mobiltelefone, ist dadurch sehr portabel und bietet außerdem von Haus aus Bluetooth-, Wi-Fi- und USB-Konnektivität und kann somit problemlos in jedes Netzwerk integriert werden.

Unter Verwendung der vorinstallierten WSG-Kommandozentralen-Software müsste der Anwender den Intel® Compute Stick dann einfach an einen HDMI-fähigen Monitor anschließen, um ohne Vorbereitung innerhalb von Sekunden eine Kommandozentrale aufzubauen. Stellen Sie sich als Anwendungsbeispiel ein Notfallszenario in einem Hotel vor, wo jeder Raum mit einem Fernseher sofort in eine Kommandozentrale verwandelt werden kann. Diese Nähe zum Ort des Geschehens kann sonst nur mit wesentlich mehr Zeit- und Ressourceneinsatz erreicht werden.

In der Kommandozentrale beim Testen des WSG auf der UrbanShield 2015.

In der Kommandozentrale beim Testen des WSG auf der UrbanShield 2015.

Internet of Public Safety Things

Über das Internet der Dinge (IoT) und seine Bedeutung für die vernetzte Zukunft wurde viel geschrieben, nicht zuletzt von Intel selbst. Im Jahr 2015 findet eine wachsende Anzahl konkreter Umsetzungen revolutionärer Technologien ihren Weg in den Alltag, von Geräten zur Heimautomatisierung zu Bluetooth-Funkfeuern in Supermärkten. Intel und Mutualink erkannten eine Gelegenheit die IoT-Technologien und -Denkweisen auf den Bereich der öffentlichen Sicherheit anzuwenden, woraus die Initiative Internet of Public Safety Things (IoPST) hervorging.

Das WSG ist das erste Gerät, das als Resultat der Zusammenarbeit auf diesem Gebiet hervorgegangen ist und der Vorbote weiterer sicherheitsorientierter Innovationen. Einer der Schlüsselgedanken dabei ist, dass die Technologie im WSG nicht unbedingt tragbar gestaltet sein muss — sie kann als Teil fester Installationen in intelligenten Geräten einer ganzen Bandbreite von Zwecken dienen.

Zum Beispiel präsentierte Mutualink am Stand von Intel auf der Maker Faire in New York, einen Prototypen der intelligenten Technologie, der in einen Feueralarm passt. Anstatt die Daten in eine Kommandozentrale zu übertragen, ist eine der Ideen des Feueralarms, Ersthelfern ein dediziertes Wi-Fi-Netzwerk — WiFi911* genannt — zur Verfügung zu stellen, das mit dem Alarm aktiviert wird und auf das mit einem simplen Passwort, das Notfalleinheiten bekannt ist, automatisch zugegriffen werden kann.

Intel® Edison Modul in einem Feueralarm als Beispiel des Internet of Public Safety Things (IoPST*), präsentiert auf der Maker Faire New York, 2015.

Intel® Edison Modul in einem Feueralarm als Beispiel des Internet of Public Safety Things (IoPST), präsentiert auf der Maker Faire New York, 2015.

So wird auf elegante Weise zwei der größten Kommunikationsprobleme, denen Ersthelfer in Notfallsituationen begegnen, ausgewichen: Die Drosselung der Bandbreite durch die Panik, die zur Überlastung der Netzwerke und einer lückenhaften oder nicht vorhandenen Netzabdeckung führt und die Unmöglichkeit, Wi-Fi-Netzwerke eines Ortes zu verwenden, da diese mit einem Passwort geschützt sind.

Die WiFi911-Technologie kann an jedem Ort in jedes Gerät mit Stromversorgung eingebaut werden: zum Beispiel in Glühbirnen. Nicht nur können derartige Erweiterungen einfach in moderne Niedrigenergie-Glühlampen eingebaut werden, sondern die Verwendung von Glühbirnen zieht auch eine nette Parallele zurück zu Edison, der Mutualinks Mission der nahtlosen Vernetzung von Menschen ursprünglich inspirierte. Zu diesem Zweck hat Mutualink das im Zentrum des WSG verbaute Intel® Edison Modul bereits erfolgreich in einen Glühlampen-Prototypen eingebaut.

Preisgekrönte Innovation

Als Teil ihrer Pionierarbeit in der Initiative Public Safety Things, erhielt das Mutualink/Intel Corporation/San Mateo Sheriff Office Team den 2016 Integrated Justice Information Systems (IJIS) Institute Innovation Award. Diese Auszeichnung würdigt technische Innovationen, die wichtige Beiträge für den Fortschritt der Integration und Interoperabilität in den Bereichen Justiz, öffentliche Sicherheit oder Heimatschutz leisten. Der Ausschuss des IJIS-Instituts stimmte mit überwältigender Mehrheit für das Testprojekt WSG Urban Shield und dessen Ergebnisse und lobte Mutualink und Intel für deren Exzellenz im Bereich der außergewöhnlichen Kandidaten.

Weitere Schritte

Das WSG befindet sich momentan nach wie vor in der Entwicklung und die kommerzielle Veröffentlichung ist für 2016 geplant. Intel und Mutualink nutzen diese Zeit, um Design und Formfaktor zu verbessern, Funktionen wie 4G-LTE-Konnektivität und Videokompression hinzuzufügen und die Kommandozentralen-Benutzeroberfläche zu verfeinern und zu verbessern.

Wie bei jeden Produkt, das für ein derart anspruchsvolles Einsatzszenario konzipiert ist, wird das WSG weiterhin strengen Tests unterzogen, bevor es in einem größeren Maßstab eingeführt wird, um dann sein Potential zu realisieren: die Effizienz der Betriebsabläufe der Ersthelfer-Teams in den USA zu verbessern.

Über Mutualink

Mutualink, Inc. hat eine interoperable Kommunikations-Plattform entwickelt, die das Multimedia-Sharing von Radio, Audio, Text, Video, Dateien und Telefonkommunikation innerhalb einer Gemeinschaft in einer sicheren Umgebung ermöglicht. Mutualinks System wird aktuell von hunderten öffentlicher und privater Organisationen, einschließlich Heimatschutz und Verteidigungsanlagen, NATO-Spezialeinheiten, Polizei und Feuerwehren, Krankenhäusern, Schulen, Verkehrsbetrieben, Stadtwerken, Einkaufszentren, Casinos und anderen auf der ganzen Welt eingesetzt. Mutualink ist ein privates Unternehmen mit Hauptsitz in Wallingford, Conneticut, mit Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen in Westford, Massachusetts, Allen, Texas und Mayagüez, Puerto Rico und einem Defense Services-Büro in der Nähe von Washington, DC. Weitere Informationen finden Sie auf Mutualink.

Hier finden Sie Aktuelles über Urban Shield.

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