LoRa εναντίον Zigbee: Ποια είναι η καλύτερη τεχνολογία για συνδεσιμότητα IoT

Τις τελευταίες δεκαετίες, το Διαδίκτυο των Πραγμάτων έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο, καθιερώθηκε ως ο βασιλιάς της τεχνολογίας σε όλους τους τομείς της ζωής. Από έξυπνα wearables μέχρι οικιακούς αυτοματισμούς έως έξυπνες πόλεις, Το IoT είναι σαν ένα σπίτι που καίγεται, συνεχίζει να ανοίγει νέες δυνατότητες, ανανεώνοντας τις επιχειρήσεις και τις ζωές μας. Ως βάση μετάδοσης του IoT, Η τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας έχει γίνει ένα καυτό θέμα, με διάφορες τεχνολογίες που φέρνουν νέες για να μοιραστούν μια μεγάλη πίτα της αγοράς IoT. Από τα πιο δημοφιλή ασύρματες τεχνολογίες, αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στις διαφορές μεταξύ LoRa και Zigbee.

Ανάπτυξη IoT: εισαγωγή στα LoRa και Zigbee

Υπάρχουν πολλές τεχνολογίες ασύρματης επικοινωνίας σε εφαρμογές IoT που μπορούν να βοηθήσουν στη δημιουργία ενός τοπικού ή ευρείας περιοχής δικτύου. Η ασύρματη τεχνολογία του LAN περιλαμβάνει WiFi 2,4 GHz, Zigbee, Bluetooth, και τα λοιπά., και το WAN περιλαμβάνει 2G/3G/4G, και τα λοιπά. Πριν από δίκτυα μεγάλης περιοχής χαμηλής ισχύος (LPWAN), φαινόταν ότι έπρεπε να διαλέξεις μεταξύ χαμηλής ισχύος και μεγάλης απόστασης. Με την υιοθέτηση της τεχνολογίας LPWAN, it’s possible to maximize longer-range communications and lower-power consumption, εξοικονομώντας επιπλέον κόστος.

Τι είναι το LoRa

Το LoRa σημαίνει ραδιόφωνο μεγάλης εμβέλειας, το οποίο είναι ένα ασύρματο πρότυπο WAN χαμηλής κατανάλωσης που υιοθετήθηκε και προωθείται από την American Semtech Company. Βασίζεται στην τεχνολογία εξάπλωσης φάσματος, είναι μια από τις τεχνολογίες ασύρματης επικοινωνίας του LPWAN, έχει καλές επιδόσεις όσον αφορά την απόσταση μετάδοσης και την κατανάλωση ενέργειας.

Το LoRa έχει μεγαλύτερες αποστάσεις από άλλες ασύρματες τεχνολογίες για την ίδια κατανάλωση ενέργειας, παρέχοντας ένα απλό σύστημα με μεγάλες αποστάσεις, μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, και υψηλή ικανότητα κλιμάκωσης δικτύων αισθητήρων. Η κάλυψη της σύνδεσης Lora είναι 3-5 φορές αυτή της παραδοσιακής επικοινωνίας ραδιοσυχνοτήτων. Στο παρόν, Το LoRa έχει διαδοθεί σε όλο τον κόσμο και σταδιακά εφαρμόζεται στο Internet of Things.

Τι είναι το Zigbee

Το Zigbee είναι ένα πρωτόκολλο ασύρματου δικτύου για μετάδοση σε μικρές αποστάσεις, που είναι κατάλληλο για μετάδοση δεδομένων μεταξύ μιας σειράς ηλεκτρονικών εξαρτημάτων με μικρή απόσταση μετάδοσης, χαμηλός ρυθμός μετάδοσης και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Πήρε το όνομά του από τον ζιγκ-ζαγκ χορό των μελισσών, καθώς οι μέλισσες χορεύουν πάντα με τα φτερά τους για να επικοινωνήσουν τη θέση της γύρης στους συντρόφους τους.

Ως μικρής εμβέλειας, χαμηλής πολυπλοκότητας, χαμηλή ενέργεια, τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας χαμηλού κόστους, Η τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας ZigBee βασίζεται στο IEEE802 15.4 ασύρματο πρότυπο στη δικτύωση, λογισμικό ασφάλειας και εφαρμογών. Η ευρεία εφαρμογή του Zigbee σε έξυπνα σπίτια και βιομηχανικό Internet of Things αποδεικνύει ότι είναι μια αξιόπιστη και αποτελεσματική λύση ασύρματου δικτύου.

Σύγκριση χαρακτηριστικό προς χαρακτηριστικό μεταξύ LoRa και Zigbee

Το LoRa και το Zigbee είναι διαφορετικά πρότυπα για ασύρματη επικοινωνία. Για να καταρρίψουμε τις διαφορές, Το επόμενο μέρος θα σας δείξει μερικές από τις κοινές και ασυνήθιστες συγκρίσεις μεταξύ LoRa και Zigbee.

Ζώνη συχνοτήτων: Το LoRa έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε συχνότητες μεταξύ 863 προς το 870 MHz στην Ευρώπη, 902 προς το 928 MHz στην Αμερική, 915 προς το 928 MHz στην Ασία, και 2.4 GHz παγκοσμίως, ενώ το Zigbee εκπέμπει πάνω από 868MHz στην Ευρώπη, 915 MHz στην Αμερική, και το παγκόσμιο πρότυπο 2,4 GHz Industrial Scientific and Medical (ΘΕΩΡΙΑ) ζώνη συχνοτήτων.

Εύρος μετάδοσης: Όσον αφορά το εύρος μετάδοσης, η μέγιστη εμβέλεια για ασύρματες συνδέσεις που βασίζονται σε Zigbee είναι 100 Μ, ενώ για τη LoRa, μπορεί να επεκταθεί πολύ μέχρι 15-20 χλμ. Στο LoRa, το εύρος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως πύλες εσωτερικών ή εξωτερικών χώρων, χρησιμοποιημένη κεραία, και τα λοιπά. Κατά μέσο όρο, Το LoRa μπορεί να μεταδώσει σήματα από πάνω 3 μίλια (4.7 χλμ) σε αστικές περιοχές και 10 μίλια (16 χλμ) ή περισσότερο σε αγροτικές περιοχές.

Κατανάλωση ενέργειας: Το ρεύμα εκπομπής του τσιπ LoRa είναι κοντά σε αυτό του Zigbee, και το ρεύμα λήψης του LoRa είναι χαμηλότερο από αυτό του Zigbee, και τα δύο έχουν χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Γενικά μιλώντας, ο αριθμός των πακέτων δεδομένων που αποστέλλονται και λαμβάνονται από το τερματικό του συστήματος Zigbee σε δικτύωση και κανονική λειτουργία είναι μεγαλύτερος από αυτόν του LoRa, και αυτές οι αλληλεπιδράσεις θα αυξήσουν επίσης την κατανάλωση ενέργειας.

Ρυθμός δεδομένων: Ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων του LoRa ποικίλλει από 300 bps να 37.5 kbps, ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο εύρος ζώνης και τον παράγοντα διασποράς. Το Zigbee είναι σε θέση να παραδίδει δεδομένα με ρυθμό 250 kbps, 100 kbps, 40 kbps, και 20 kbps.

Τοπολογία: Η αρχιτεκτονική δικτύου LoRa υιοθετεί μια τοπολογία star-of-stars, στις οποίες πύλες αναμεταδίδουν μηνύματα μεταξύ των μεμονωμένων τελικών συσκευών και του κεντρικού διακομιστή δικτύου. Υπάρχουν διάφορες τοπολογίες δικτύου στο Zigbee, συμπεριλαμβανομένου του αστεριού, δέντρο, δίκτυα peer-to-peer και mesh. Κάθε τοπολογία έχει διαφορετικά αποτελέσματα στη δρομολόγηση των μηνυμάτων και στη σύνδεση συσκευών.

Κόστος: Λόγω της υπεραστικής επικοινωνίας, ισχυρή ικανότητα διείσδυσης στον τοίχο, και μεγάλη χωρητικότητα συστήματος LoRa, ο αριθμός των πυλών LoRa που απαιτούνται από τον ίδιο αριθμό τερματικών είναι πολύ μικρότερος από αυτόν των πυλών Zigbee, που μπορεί να εξοικονομήσει το κόστος δικτύωσης του συστήματος. Σε σύγκριση με το Zigbee, η εγκατάσταση και η εγκατάσταση συσκευών LoRa είναι απλούστερες, γεγονός που μειώνει σημαντικά το κόστος εγκατάστασης τους.

	LoRa	Zigbee
Αρχή προδιαγραφών	Συμμαχία LoRa	Συμμαχία Zigbee
Έτος ανάπτυξης	2009	1998
Πρότυπο	IEEE 802.15.4	IEEE 802.15.4
Ζώνη συχνοτήτων	863 προς το 870 MHz, 902 προς το 928 MHz, 915 προς το 928 MHz, 2.4 GHz παγκοσμίως	868MHz, 915 MHz, 2.4GHz
Εύρος μετάδοσης	3 μίλια (4.7 χλμ) σε αστικές περιοχές, 10 μίλια (16 χλμ) ή περισσότερο στις αγροτικές περιοχές	10 προς το 100 μέτρα
Κατανάλωση ενέργειας	300 bps να 37.5 kbps	χαμηλός
Ρυθμός δεδομένων	χαμηλότερο σε σύγκριση με το Zigbee	20 kbps (868 MHz), 40Kbps (915 MHz) , 250 kbps (2.4GHz)
Τοπολογία	αστέρι	αστέρι, δέντρο, peer-to-peer και mesh
Κόστος	χαμηλός	Μέσης
Εφαρμογή	χρησιμοποιείται ως ευρεία περιοχή Δίκτυο	χρησιμοποιείται ως LR-WPAN δηλ. ασύρματο προσωπικό δίκτυο χαμηλής ταχύτητας

Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των LoRa και Zigbee

Τα διαφορετικά χαρακτηριστικά των LoRa και Zigbee καθορίζουν ότι θα έχουν διαφορετικά πλεονεκτήματα και περιορισμούς. Με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους παραπάνω, Εδώ είναι μια εισαγωγή στα κύρια πλεονεκτήματα και περιορισμούς των LoRa και Zigbee.

Πλεονεκτήματα του LoRa

• Μεγαλύτερη εμβέλεια: Αυτό είναι ένα από τα εξέχοντα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας LoRa. Η εμβέλεια επικοινωνίας των αισθητήρων LoRa μετριέται σε χιλιόμετρα.
• Η χαμηλή ισχύς ισοδυναμεί με περισσότερη μπαταρία: Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας σημαίνει ότι οι συσκευές LoRa έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, που μπορεί να επιτύχει διάρκεια ζωής μπαταρίας μεγαλύτερη από 10 χρόνια.
• Αξιοσημείωτη ανοσία στις παρεμβολές: Η LoRa υιοθετεί τεχνολογία εξάπλωσης φάσματος, το οποίο βελτιώνει σημαντικά την ικανότητα κατά των παρεμβολών της ασύρματης επικοινωνίας LoRa. Ακόμα κι αν αποστέλλονται σήματα στον κεντρικό υπολογιστή με την ίδια συχνότητα ταυτόχρονα, these signals won’t interfere with each other, αντιμετωπίζοντας έτσι διεξοδικά το σημείο πόνου που παρεμποδίζεται εύκολα η ασύρματη επικοινωνία σήματος.
• Εύκολη και γρήγορη ανάπτυξη: Το δίκτυο LoRa βασικά υιοθετεί μια τοπολογία αστέρων, χειρίζεται λιγότερο εύρος ζώνης, και είναι εύκολο να επεκταθεί. Είναι μια προφανής επιλογή για πρακτικές αναπτύξεις IoT όπου η μετάδοση δεδομένων είναι ασταθής.

Περιορισμοί του LoRa

• Δεν είναι ιδανικό για μεγάλα ωφέλιμα φορτία δεδομένων: Το LoRa δεν είναι ιδανικό για μεγάλα ωφέλιμα φορτία δεδομένων επειδή επεξεργάζεται λιγότερο εύρος ζώνης και μεταδίδει λιγότερα ωφέλιμα φορτία δεδομένων.
• Ραδιοφωνικά δίκτυα χωρίς άδεια: Το LoRaWAN λειτουργεί σε ραδιοφωνικά δίκτυα χωρίς άδεια, και καθώς οι συσκευές LoRa και οι αναπτύξεις δικτύου αυξάνονται, ενδέχεται να αντιμετωπίσετε παρεμβολές σε αυτή τη συχνότητα.
• Λιγότερο ασφαλής: Το επίπεδο δικτύου LoRa και το επίπεδο εφαρμογής δημιουργούνται από το ίδιο κλειδί ρίζας και τυχαίο αριθμό και δεν είναι απομονωμένα μεταξύ τους. Ως εκ τούτου, υπάρχουν κίνδυνοι διαρροής απορρήτου δεδομένων και παραποίησης δεδομένων λόγω διαρροής ιδιωτικού κλειδιού.

Πλεονεκτήματα του Zigbee

• Ευέλικτη δομή δικτύου: Υπάρχουν περισσότερες από μία δομές δικτύου του Zigbee, αλλά λόγω της μικρής απόστασης επικοινωνίας του Zigbee και της αδύναμης ικανότητας διείσδυσης σε τοίχους, η επέκταση του δικτύου είναι δύσκολη.
• Υψηλή ασφάλεια: Το Zigbee υιοθετεί τον αλγόριθμο κρυπτογράφησης AES-128, που παρέχει ασφάλεια τριών επιπέδων κατά τη μετάδοση δεδομένων. Οι μεμονωμένες εφαρμογές μπορούν να προσδιορίσουν ευέλικτα τις ιδιότητες ασφαλείας τους.
• Σύντομη καθυστέρηση: Σύντομη καθυστέρηση σημαίνει ότι ο Zigbee ανταποκρίνεται αμέσως, τυπικά εναλλαγή από κατάσταση αναστολής λειτουργίας σε κατάσταση λειτουργίας σε 15 ms. Εξάλλου, ένας κόμβος μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο σε 30 ms, περαιτέρω εξοικονόμηση ενέργειας.
• Μεγάλη χωρητικότητα δικτύου: Ένα δίκτυο Zigbee περιλαμβάνει έως 255 Κόμβοι δικτύου Zigbee, εκ των οποίων η μία είναι κύρια συσκευή και οι άλλες συσκευές εξαρτημένης λειτουργίας. Εάν συνδέονται μεταξύ τους μέσω συντονιστή δικτύου, ολόκληρο το δίκτυο μπορεί να υποστηρίξει περισσότερα από σημαντικά 64,000 Κόμβοι δικτύου Zigbee.

Περιορισμοί του Zigbee

• Υψηλό κόστος: Λόγω της μικρής απόστασης επικοινωνίας του Zigbee, το κόστος είναι υψηλό για εφαρμογές που απαιτούν την ανάπτυξη μεγάλου αριθμού κόμβων. Και όταν κάτι πάει στραβά, το κόστος αντικατάστασης θα είναι υψηλό.
• Περιορισμένη κάλυψη μετάδοσης: Η περιορισμένη κάλυψη σημαίνει ότι το Zigbee εφαρμόζεται κυρίως σε εσωτερικά περιβάλλοντα και όχι σε εξωτερικούς χώρους.
• Σύνθετη ανάπτυξη: Το ασύρματο δίκτυο Zigbee περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό τερματικών κόμβων και πυλών, Έτσι η δικτύωση είναι περίπλοκη και η επέκταση του δικτύου δύσκολη.

Διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης συνδεσιμότητας Zigbee και LoRa

Οι LoRa και Zigbee γεννιούνται για εντελώς διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης. Based on the advantages of LoRa’s long-distance transmission, σούπερ ικανότητα κατά της εμπλοκής, και χαμηλή κατανάλωση ρεύματος, Τα κοινά σενάρια εφαρμογής του περιλαμβάνουν έξυπνες πόλεις, έξυπνα σπίτια, έξυπνα κτίρια, έξυπνη περιβαλλοντική παρακολούθηση, έξυπνη μέτρηση, έξυπνη γεωργία, έξυπνο αγρόκτημα, έξυπνη βιομηχανία, έξυπνο λιανικό εμπόριο, έξυπνη εφοδιαστική, Έξυπνη πυροπροστασία, και τα λοιπά. Για να είμαι ακριβής, Η Lora κάνει τα σενάρια εφαρμογής να επεκτείνονται απρόσκοπτα από εσωτερικό σε εξωτερικό και ακόμη και σε ολόκληρη την κοινότητα.

Η ευρεία ζώνη συχνοτήτων επικοινωνίας και η μικρή απόσταση επικοινωνίας καθορίζουν την εφαρμογή της λύσης Zigbee. Τα κοινά σενάρια εφαρμογών περιλαμβάνουν το έξυπνο σπίτι, έξυπνη μέτρηση, έξυπνη γεωργία, έξυπνη ενέργεια, και τα λοιπά. Το Zigbee προτιμάται περισσότερο στον τομέα αυτόματου ελέγχου και τηλεχειρισμού, και σχημάτισε μια οικολογική αλυσίδα ορισμένης κλίμακας στον οικιακό αυτοματισμό και στον βιομηχανικό έλεγχο πεδίου. Με την εμβάθυνση της εφαρμογής, Zigbee’s own limitations make Zigbee products encounter a bottleneck. Την ίδια στιγμή, Η LoRa μπαίνει στο IoT με ισχυρή δυναμική και γίνεται ο ισχυρός της αντίπαλος.

LoRa εναντίον Zigbee: τι να επιλέξετε για καλύτερη συνδεσιμότητα

Η σύγκριση των LoRa και Zigbee είναι σαν να συγκρίνεις μήλα και πορτοκάλια. Το LoRa είναι ανώτερο από το Zigbee όσον αφορά την εμβέλεια και την κατανάλωση ενέργειας. Το Zigbee ευνοείται στην επικοινωνία μικρής εμβέλειας και στο εσωτερικό περιβάλλον. Όσο για το ποια ασύρματη τεχνολογία είναι καλύτερο να επιλέξετε για συνδεσιμότητα IoT, it’s obvious that the result is based on usage. Μπορείτε να επιλέξετε το καλύτερο σύμφωνα με τις συγκεκριμένες επιχειρηματικές σας ανάγκες.

Για γενικούς σκοπούς, Το LoRa είναι μια πολύ πιο αποτελεσματική επιλογή σε περίπτωση εφαρμογών IoT που απαιτούν μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, μεγάλος αριθμός συνδέσεων και εντοπισμός τοποθεσίας. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν έξυπνη ανάγνωση μετρητή νερού, έξυπνη γεωργία, έξυπνο πάρκινγκ, που μπορεί να λύσει το πρόβλημα της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της μεγάλης απόστασης, παρακολούθηση θέσης προσωπικού, έξυπνη κοινότητα και ούτω καθεξής. Το LoRa μπορεί επίσης να ενσωματωθεί με άλλες τεχνολογίες όπως το WiFi, Bluetooth, μεγάλα δεδομένα, και περισσότερα για την παροχή καλύτερης συνδεσιμότητας.

Εν τω μεταξύ, Το Zigbee είναι επίσης μια αξιόπιστη λύση ασύρματου δικτύου, που είχε μακρά ιστορία στον βιομηχανικό τομέα και χρησιμοποιείται για απομακρυσμένη παρακολούθηση και έλεγχο. Δημιουργείται ως απάντηση στην αυξανόμενη ζήτηση για βιομηχανικούς αυτοματισμούς για αξιόπιστη ασύρματη μετάδοση δεδομένων. Η λύση δικτύου Zigbee mesh θα βελτιώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα και τη διαλειτουργικότητα των συσκευών IoT.