基于LoRaWAN的车辆网络应急框架

《IEEE Networking Letters》：LoRaWAN-Based Emergency Framework for Vehicular Networks

研究基于LoRaWAN的车辆网络安全通信系统，通过对比3GPP cellular protocols和IEEE标准，优化网络容量和灾害信息传播效率，提出低功耗长覆盖解决方案。

　　

摘要：

在构建车辆网络时，安全性、效率和可靠性是基本要求。常用的长距离（LoRa）通信协议克服了覆盖范围的限制，同时关注了可靠传输与资源消耗之间的权衡。该系统支持由电池供电的边缘设备来监控覆盖区域。通过LoRa广域网（LoRaWAN）架构，可以构建一个更加灵活且基于地理位置的网络。本文建立了一种基于广播的车辆环境发现系统，用于模拟潜在的紧急危险。文章研究了一种危机管理系统，该系统详细分析了与非离散事件相关的资源消耗情况。研究主要关注优化网络容量，并有效地将关键信息传播给受车辆相关事件影响的人群。

引言

智能交通系统（ITS）和高度自动化车辆（HAVs）的集成通过提高安全性、效率和连通性，彻底改变了现代交通方式。关键的发展包括利用车辆自组织网络（VANETs）和专用短距离通信（DSRC），从而改善了在复杂道路条件和交通动态下的实时数据交换[1]。LoRaWAN最近被部署用于促进车辆与一切事物（V2X）之间的稳健通信。该协议的低功耗要求和长距离通信能力[2]使其适用于车辆跟踪和监控等应用。与常用的通信协议（3GPP的LTE、NR-5G、Wi-Max和IEEE 802.11p/802.16e）相比，LoRaWAN在功耗效率和干扰最小方面具有优势。表I ([3], [4]) 对这些替代技术进行了比较分析，表明LoRa在覆盖范围和数据速率之间实现了最佳平衡。

表I

	LTE-M(Rel.13)	EC-GSM	NB-IOT	SigFox	LoRa	NR-5G
频段	700-900 MHz	800-900 MHz	700-900 MHz	868,902 MHz	Sub-GHz ISM	FR1(Sub-6 GHz) FR2(24.25-71.0 GHz)
数据速率	375 kbps	70 kbps	20-65 kbps	0.100 kbps	0.3 - 37.5 kbps	20 Gbps
带宽	1.08 MHz	200 kHz	200 kHz	100 Hz	125 - 250 MHz	5 - 100 MHz
传输范围	<15 公里	<15 公里	< 35 公里	农村：30 - 50 公里 城市：3 - 10 公里	农村：10 - 15 公里 城市：3 - 5 公里	农村：<450 米 城市：街区