Executive Secretary

Workshop Water Resilience through Digitization "STRUCTURES 2025"

XIV International Symposium on Structures, Geotechnics and Construction Materials

STRUCTURES 2025

Workshop Water Resilience through Digitization

SFrelay: an Energy Efficient Relay Mechanism to Mitigate Blind Spots in LoRa-based Networks
Set Favorite

Low Power Wide Area Network (LPWAN) technologies are ideal for collecting data in remote locations with challenging propagation environments. LoRaWAN, which uses the LoRa radio modulation, is considered the leading LPWAN technology. However, LoRa’s communication range often decreases in real-world deployments due to attenuation and fading effects, resulting in packet losses and errors. In rural areas, for instance, the performance is highly dependent on the terrain topology, where a mountain can create a shadow zone. Although adding gateways can improve coverage, it is not always feasible due to installation costs or location constraints.

Many works address blind spots with multi-hop solutions that introduce high traffic overhead and result in high energy consumption. A more lightweight alternative is for disconnected nodes (DNs) to discover neighbouring nodes (Relay Nodes, RNs) that can reach a gateway (GW). However, RNs must periodically wake up to relay packets from DNs to the GW, increasing their energy consumption. In remote deployments, frequent maintenance is impractical. Thus, an energy-efficient relaying mechanism design is essential to reduce energy consumption and minimize battery replacements. To this end, we propose SFrelay, a novel energy-efficient relaying mechanism to mitigate blind spots in LoRa-based networks. SFrelay maintains peer-to-peer synchronization between DNs and RNs, offering sufficient communication opportunities to ensure a good packet delivery ratio. Through an optimal balance between synchronization and communication parameters, SFrelay outperforms existing solutions in terms of energy consumption, mainly in scenarios with long transmission periods. The results have been validated through analytical modelling, simulation, and testbed experiments.


Las tecnologías de redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) son ideales para recopilar datos en ubicaciones remotas con entornos de propagación adversos. LoRaWAN, utilizando la modulación LoRa, se considera la tecnología LPWAN líder. Sin embargo, su alcance de comunicación disminuye en implementaciones reales debido a atenuación y desvanecimiento, provocando pérdidas de paquetes y errores. Las zonas rurales dependen de la topología del terreno, donde una montaña puede crear una zona de sombra. Aunque añadir puertas de enlace puede mejorar la cobertura, no siempre es viable por los costes de instalación o limitaciones de ubicación.

Muchos trabajos abordan los puntos ciegos con soluciones multisalto con alta sobrecarga de tráfico y resultan en alto consumo energético. Una alternativa es que nodos desconectados (DN) descubran nodos vecinos (Nodos de Reenvío, RN) que alcanzan una puerta de enlace (GW). Los RNs deben activarse periódicamente para reenviar paquetes a la GW, aumentando su consumo energético. En implementaciones remotas, el mantenimiento frecuente resulta impráctico siendo fundamental diseñar un mecanismo de retransmisión energéticamente eficiente para minimizar los reemplazos de batería. Para ello, proponemos SFrelay, un novedoso mecanismo de reenvío energéticamente eficiente para mitigar los puntos ciegos. Mantiene la sincronización punto a punto entre DNs y RNs, ofreciendo suficientes oportunidades de comunicación para garantizar una buena razón de entrega de paquetes. Equilibrando óptimamente parámetros de sincronización y comunicación, supera a soluciones existentes en términos de consumo energético en escenarios con largos periodos de transmisión. Los resultados se han validado mediante modelado analítico, simulación y experimentos reales.


About The Speaker

Eduardo Enrique Gómez Escoriza

Ing. Eduardo Enrique Gómez Escoriza

UCLV Flag of Cuba

Discussion

Practical Info
Spanish / Español
Not defined
10 minutes
Salon 1
Authors
Ing. Eduardo Enrique Gómez Escoriza
Dr. Erik Ortiz Guerra
Ph. D. Héctor Cruz Enriquez
Roald Van Glabbeek
Keywords
blind spots
lora
lorawan
mecanismo de re-envío
multihop
multisalto
relaying mechanism
sfrealy
zonas de silencio
Documents