High frame-corruption is widely observed in Long Range Wide Area Networks (LoRaWAN) due to the coexistence with other networks in ISM bands and an Aloha-like MAC layer. LoRa's Forward Error Correction (FEC) mechanism is often insufficient to retrieve corrupted data. In fact, real-life measurements show that at least one-fourth of received transmissions are corrupted. When more frames are dropped, LoRa nodes usually switch over to higher spreading factors (SF), thus increasing transmission times and increasing the required energy. This paper introduces ReDCoS, a novel coding technique at the application layer that improves recovery of corrupted LoRa frames, thus reducing the overall transmission time and energy invested by LoRa nodes by several-fold. ReDCoS utilizes lightweight coding techniques to pre-encode the transmitted data. Therefore, the inbuilt Cyclic Redundancy Check (CRC) that follows is computed based on an already encoded data. At the receiver, we use both the CRC and the coded data to recover data from a corrupted frame beyond the built-in Error Correcting Code (ECC). We compare the performance of ReDCoS to (I) the standard FEC of vanilla-LoRaWAN, and to (ii) RS coding applied as ECC to the data of LoRaWAN. The results indicated a 54x and 13.5x improvement of decoding ratio, respectively, when 20 data symbols were sent. Furthermore, we evaluated ReDCoS on-field using LoRa SX1261 transceivers showing that it outperformed RS-coding by factor of at least 2x (and up to 6x) in terms of the decoding ratio while consuming 38.5% less energy per correctly received transmission.

中文翻译：

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从损坏的 LoRa 帧中进行高能效数据恢复

由于与 ISM 频段中的其他网络和类似 Aloha 的 MAC 层共存，在远程广域网 (LoRaWAN) 中广泛观察到高帧损坏。LoRa 的前向纠错 (FEC) 机制通常不足以检索损坏的数据。事实上，现实生活中的测量表明，至少有四分之一的接收传输被破坏。当丢弃更多帧时，LoRa 节点通常会切换到更高的扩展因子 (SF)，从而增加传输时间并增加所需的能量。本文介绍了 ReDCoS，这是一种应用层的新型编码技术，可改善损坏的 LoRa 帧的恢复，从而将 LoRa 节点的整体传输时间和能量投入减少数倍。ReDCoS 利用轻量级编码技术对传输的数据进行预编码。所以，随后的内置循环冗余校验 (CRC) 是基于已编码的数据计算的。在接收方，我们使用 CRC 和编码数据从损坏的帧中恢复数据，超出内置纠错码 (ECC)。我们将 ReDCoS 的性能与 (I) vanilla-LoRaWAN 的标准 FEC 和 (ii) 作为 ECC 应用于 LoRaWAN 数据的 RS 编码进行比较。结果表明，当发送 20 个数据符号时，解码率分别提高了 54 倍和 13.5 倍。此外，我们使用 LoRa SX1261 收发器对 ReDCoS 进行了现场评估，结果表明它在解码率方面的性能优于 RS 编码至少 2 倍（最多 6 倍），同时每次正确接收的传输消耗的能量减少 38.5%。在接收方，我们使用 CRC 和编码数据从内置纠错码 (ECC) 之外的损坏帧中恢复数据。我们将 ReDCoS 的性能与 (I) vanilla-LoRaWAN 的标准 FEC 和 (ii) 作为 ECC 应用于 LoRaWAN 数据的 RS 编码进行比较。结果表明，当发送 20 个数据符号时，解码率分别提高了 54 倍和 13.5 倍。此外，我们使用 LoRa SX1261 收发器对 ReDCoS 进行了现场评估，表明它在解码率方面的性能优于 RS 编码至少 2 倍（最多 6 倍），同时每次正确接收的传输消耗的能量减少 38.5%。在接收方，我们使用 CRC 和编码数据从损坏的帧中恢复数据，超出内置纠错码 (ECC)。我们将 ReDCoS 的性能与 (I) vanilla-LoRaWAN 的标准 FEC 和 (ii) 作为 ECC 应用于 LoRaWAN 数据的 RS 编码进行比较。结果表明，当发送 20 个数据符号时，解码率分别提高了 54 倍和 13.5 倍。此外，我们使用 LoRa SX1261 收发器对 ReDCoS 进行了现场评估，表明它在解码率方面的性能优于 RS 编码至少 2 倍（最多 6 倍），同时每次正确接收的传输消耗的能量减少 38.5%。我们将 ReDCoS 的性能与 (I) vanilla-LoRaWAN 的标准 FEC 和 (ii) 作为 ECC 应用于 LoRaWAN 数据的 RS 编码进行比较。结果表明，当发送 20 个数据符号时，解码率分别提高了 54 倍和 13.5 倍。此外，我们使用 LoRa SX1261 收发器对 ReDCoS 进行了现场评估，表明它在解码率方面的性能优于 RS 编码至少 2 倍（最多 6 倍），同时每次正确接收的传输消耗的能量减少 38.5%。我们将 ReDCoS 的性能与 (I) vanilla-LoRaWAN 的标准 FEC 和 (ii) 作为 ECC 应用于 LoRaWAN 数据的 RS 编码进行比较。结果表明，当发送 20 个数据符号时，解码率分别提高了 54 倍和 13.5 倍。此外，我们使用 LoRa SX1261 收发器对 ReDCoS 进行了现场评估，表明它在解码率方面的性能优于 RS 编码至少 2 倍（最多 6 倍），同时每次正确接收的传输消耗的能量减少 38.5%。