We weten allemaal hoe het voelt wanneer de accu van je mobiele telefoon bijna op is, dat onrustige gevoel dat je op het punt staat van alle communicatiemogelijkheden te worden afgesneden. Maar wat als je telefoon bijna leeg is net op het moment dat er een ramp plaatsvindt, en de batterijduur van je telefoon letterlijk het verschil tussen leven en dood kan uitmaken? TU Delft onderzoeker Indushree Banerjee heeft een vernieuwend, rechtvaardig systeem voor rampencommunicatie ontworpen dat levens kan redden door de batterijduur van smartphones te verlengen.

‘Gouden periode’

Wanneer er een natuurramp plaatsvindt, hebben hele groepen mensen vaak geen toegang meer tot conventionele communicatie-infrastructuur en kunnen zij hun telefoon niet meer opladen doordat de elektriciteit is uitgevallen. De eerste 72 uur na een ramp – de zogenoemde ‘gouden periode’ – zijn cruciaal om levens te redden. Het duurt vaak kostbare uren voordat (internationale) reddingsteams ter plaatse arriveren. Banerjee: “Het is essentieel dat getroffen gemeenschappen in staat zijn om zichzelf te redden. Daarvoor hebben ze een betrouwbaar communicatiesysteem nodig om hun eigen hulp te organiseren, juist wanneer conventionele communicatie- en elektriciteitsinfrastructuur is beschadigd of niet meer werkt. Daarnaast moet het systeem iedereen die door de ramp is getroffen gelijke kansen op overleving bieden, ongeacht of de accu van hun telefoon nou vol of bijna leeg is.”

Aardbeving

Het ligt Banerjee aan het hart om technische oplossingen te ontwerpen die burgers zelfredzamer maken. Daarmee wil ze de maatschappij vooruithelpen. Ze is opgegroeid in een hechte gemeenschap waarin het vanzelfsprekend is dat mensen elkaar helpen. Maar wat haar echt motiveerde om ethische aspecten op te nemen in technische oplossingen, waren twee grote incidenten die ze heeft meegemaakt.

In 2013 werkte ze, nadat ze in Schotland haar Master had afgerond, als onderzoeksassistent in de Indiase stad Kolkata (Calcutta). Een enorme wolkbreuk in de deelstaat Uttarakhand veroorzaakte toen een aardverschuiving en grootschalige overstromingen met verwoestende gevolgen. De tweede gebeurtenis vond plaats toen ze in 2015 haar grootouders in Kolkata bezocht en ze de schokken voelde van de aardbeving die Nepal op dat moment trof. Banerjee: “Deze twee gebeurtenissen hadden een enorme impact op me. Ik ervoer de wanhoop en zag gewonden die dringend medische hulp nodig hadden. Maar vanwege de beschadigde telecommunicatiesystemen konden zij de autoriteiten niet bereiken. Toevallig had ik net een stapel artikelen gelezen over sherpa’s die mensen hielpen nadat een aardbeving had plaatsgevonden. Als die sherpa’s en de lokale gemeenschap, die de omgeving immers het beste kennen, nou een app zouden hebben die hen zou helpen te communiceren dan zouden er heel veel levens kunnen worden gered.” Hier ligt de kiem van het idee om een eerlijk systeem voor rampencommunicatie te ontwikkelen.

SOS – Self-Organisation for Survival

Ad-hocnetwerken voor rampencommunicatie bestaan al zo’n 40 jaar: het concept zelf is niet nieuw. Het innovatieve van het SOS (‘Self-Organisation for Survival’) rampencommunicatiesysteem dat Banerjee heeft ontworpen, zit hem in het recht om te communiceren en verbonden te blijven, ongeacht verschillen in accuduur. “Dàt stond centraal in het ontwerpproces”, legt Banerjee uit.

Dynamische netwerkhubs

Om het verschil in accuduur te neutraliseren, heeft Banerjee een protocol (een set algoritmes) ontwikkeld. Dit protocol wijst aan volle telefoons in een rampgebied de status van dynamische netwerkhub toe. Zo ontstaat er een robuust en betrouwbaar netwerk dat in getroffen gemeenschappen iedereen gelijke communicatiekansen biedt. Het algoritme is getest in een simulatiemodel. Het model liet zien dat dankzij het SOS-systeem meer mensen verbonden blijven dan anders mogelijk was geweest. Dit helpt om gemeenschappen weerbaarder te maken en mensenlevens te redden en de gevolgen van een ramp te beperken.

Hoe het werkt

Van verbinding maken met een andere telefoon of het verzenden, ontvangen of doorsturen van een bericht raakt je batterij leeg. Het SOS-systeem is zo ontworpen dat een telefoon alleen verbinding maakt met de meest opgeladen telefoon die binnen bereik is. Dit bespaart enorm veel energie, aangezien de telefoon niet voortdurend op zoek hoeft naar signalen van andere telefoons die verder weg zijn. Het beperken van het aantal contacten zorgt er ook voor dat de batterij een stuk langer mee gaat. Daarnaast zijn mensen in beweging, waardoor het aantal telefoons binnen bereik voortdurend wisselt en niet één telefoon de hele tijd als netwerkhub hoeft te dienen. Het communicatiesysteem is ontwikkeld om autonoom en zelf-organiserend te functioneren, zodat het niet uitmaakt wanneer een telefoon het netwerk verlaat. Het systeem maakt dan gewoon contact met de dichtstbijzijnde volle telefoon, die vervolgens als netwerkhub fungeert. Dat maakt rampencommunicatie mogelijk voor burgers die direct hulp nodig hebben maar die nog maar weinig batterijduur hebben. Dat is anders dan de generieke netwerktopologie die aan de basis ligt van huidige oplossingen voor rampencommunicatie. Deze oplossingen vormen zoveel verbindingen dat ze niet 72 uur lang de gewenste functionaliteit kunnen bieden. Met het SOS-systeem worden telefoons met een minder volle batterij ontzien, zodat deze langer in de lucht blijft en alle participanten gelijke kansen hebben.

Levensduur van telefoon accu: generieke netwerktopologie versus SOS

Zoektocht

Wat Banerjees onderzoek uitzonderlijk maakt, is dat van de honderd papers over communicatienetwerken voor en door burgers die ze voor haar onderzoek heeft uitgeplozen er maar 21 rekening hielden met batterijduur en dat er in geen enkele paper werd gekeken naar gelijke kansen. “Dat verraste me en maakte me nog vastberadener om een sociaal rechtvaardig communicatiesysteem te ontwikkelen”, vertelt Banerjee. Maar haar zoektocht verliep niet zonder problemen.

Buiten de kaders

Het bleek moeilijk om toegang te krijgen tot feitelijke gegevens tijdens eerdere rampen. “Hoeveel berichten er tijdens een rampsituatie worden verstuurd, hangt af van de omvang van de getroffen populatie en verschilt per ramp; dat maakt het moeilijk om een systeem te ontwikkelen dat in elke situatie effectief werkt. Ik moest aannames maken over het aantal verbindingen dat telefoons maken, aangezien dat invloed heeft op de batterijduur”, legt Banerjee uit. Een andere uitdaging was  dat er vaak geen elektriciteit is om telefoons op te laden gedurende rampen. Daarnaast moest ze ervoor zorgen dat oudere smartphones ook gebruik konden maken van het systeem. Banerjee: “Dat dwong mij om buiten de kaders te denken, wat uiteindelijk heeft geresulteerd in een flexibel, dynamisch systeem dat door iedereen kan worden gebruikt.” Het SOS-systeem moet bijdragen aan het ontstaan van een collectieve openbare voorziening en een rechtvaardig gebruik daarvan. In een noodsituatie mag het systeemontwerp niet leiden tot vooringenomenheid tegen en uitsluiting van mensen met een minder volle batterij of vergelijkbare communicatiemiddelen. Binnen dit project is eerlijkheid (‘fairness’) gedefinieerd in de zin van gelijkheid en maatschappelijke rechtvaardigheid.

App

De volgende stap is het ontwikkelen van de app, zodat het SOS-systeem in de praktijk kan worden getest. Samen met andere onderzoekers wil Banerjee nu graag samenwerken met internationale instanties voor humanitaire hulpverlening. “Het voelt goed om gemeenschappen die door een ramp zijn getroffen te helpen zelfredzamer te worden, en ik ben er trots op dat het SOS-systeem een bijdrage kan leveren aan het oplossen van een van de grote uitdagingen waar humanitaire hulpverlening mee te maken heeft”, besluit Banerjee stralend.