LoRa contro Zigbee: Qual è la tecnologia migliore per la connettività IoT

Negli ultimi decenni, l'Internet delle cose ha fatto progressi significativi, affermandosi come il re della tecnologia in tutti i ceti sociali. Dagli smart wearable alla domotica fino alle città intelligenti, L'IoT è come una casa in fiamme, continua ad aprire nuove possibilità, rinnovare le nostre attività e vite. Come base di trasmissione dell'IoT, la tecnologia di comunicazione wireless è diventata un tema caldo, con varie tecnologie che ne producono di nuove per condividere una grande torta del mercato IoT. Tra i più popolari tecnologie wireless, questo articolo si concentrerà sulle differenze tra LoRa e Zigbee.

Sviluppo IoT: introduzione a LoRa e Zigbee

Esistono molte tecnologie di comunicazione wireless nelle applicazioni IoT che possono aiutare a stabilire una rete locale o WAN. La tecnologia wireless della LAN prevede il WiFi a 2,4 GHz, Zigbee, Bluetooth, eccetera., e la WAN include 2G/3G/4G, eccetera. Prima delle reti geografiche a bassa potenza (LPWAN), sembrava che dovessi scegliere tra bassa potenza e lunga distanza. Con l'adozione della tecnologia LPWAN, it’s possible to maximize longer-range communications and lower-power consumption, risparmiando sui costi aggiuntivi.

Cos'è LoRa

LoRa sta per radio a lungo raggio, che è uno standard wireless WAN a bassa potenza adottato e promosso da American Semtech Company. Basato sulla tecnologia a spettro diffuso, è una delle tecnologie di comunicazione wireless di LPWAN, performante in termini di distanza di trasmissione e consumo energetico.

LoRa ha distanze maggiori rispetto ad altre tecnologie wireless a parità di consumo energetico, fornendo un sistema semplice con lunghe distanze, lunga durata della batteria, e un'elevata capacità di scalare le reti di sensori. La copertura della connessione Lora è 3-5 volte quella della tradizionale comunicazione a radiofrequenza. Attualmente, LoRa è stato reso popolare in tutto il mondo e gradualmente applicato all'Internet delle cose.

Cos'è Zigbee

Zigbee è un protocollo di rete wireless per la trasmissione a breve distanza, che è adatto per la trasmissione di dati tra una serie di componenti elettronici con breve distanza di trasmissione, bassa velocità di trasmissione e basso consumo energetico. Prende il nome dalla danza a zig-zag delle api mellifere, come le api danzano sempre con le ali per comunicare la posizione del polline ai loro compagni.

Come corto raggio, a bassa complessità, a bassa potenza, tecnologia di comunicazione wireless a basso costo, La tecnologia di comunicazione wireless ZigBee si basa su IEEE802 15.4 standard wireless in rete, sicurezza e software applicativo. L'ampia applicazione di Zigbee nelle case intelligenti e nell'Internet of Things industriale dimostra che si tratta di una soluzione di rete wireless affidabile ed efficiente.

Confronto caratteristica per caratteristica tra LoRa e Zigbee

LoRa e Zigbee sono standard diversi per la comunicazione wireless. Per abbattere le differenze, la parte seguente ti mostrerà alcuni dei confronti comuni e non comuni tra LoRa e Zigbee.

Banda di frequenza: LoRa è progettato per funzionare a frequenze comprese tra 863 a 870 MHz in Europa, 902 a 928 MHz in America, 915 a 928 MHz in Asia, e 2.4 GHz in tutto il mondo, mentre Zigbee trasmette oltre 868MHz in Europa, 915 MHz in America, e lo standard globale 2.4GHz Industrial Scientific and Medical (ISM) banda di frequenza.

Gamma di trasmissione: In termini di raggio di trasmissione, la portata massima per le connessioni wireless basate su Zigbee è 100 m, mentre per LoRa, può estendersi bene fino a 15-20 km. In LoRa, la portata dipende da numerosi fattori come gateway interni o esterni, antenna utilizzata, eccetera. In media, LoRa può trasmettere segnali 3 miglia (4.7 km) nelle aree urbane e 10 miglia (16 km) o più nelle zone rurali.

Consumo di energia: La corrente di trasmissione del chip LoRa è vicina a quella di Zigbee, e la corrente di ricezione di LoRa è inferiore a quella di Zigbee, entrambi hanno un consumo energetico inferiore. Parlando in generale, il numero di pacchetti di dati inviati e ricevuti dal terminale del sistema Zigbee in rete e in normale funzionamento è maggiore di quello di LoRa, e queste interazioni aumenteranno anche il consumo di energia.

Velocità dati: La velocità di trasferimento dati di LoRa varia da 300 bps a 37.5 kbps, a seconda della larghezza di banda utilizzata e del fattore di diffusione. Zigbee è in grado di fornire dati alla velocità di 250 kbps, 100 kbps, 40 kbps, e 20 kbps.

Topologia: L'architettura di rete LoRa adotta una topologia a stella delle stelle, in cui i gateway trasmettono messaggi tra i singoli dispositivi finali e il server di rete centrale. Ci sono varie topologie di rete in Zigbee, stella compresa, albero, reti peer-to-peer e mesh. Ogni topologia ha effetti diversi sull'instradamento dei messaggi e sulla connessione dei dispositivi.

Costo: A causa della comunicazione a lunga distanza, forte capacità di penetrazione nel muro, e grande capacità di sistema di LoRa, il numero di gateway LoRa richiesto dallo stesso numero di terminali è molto inferiore a quello dei gateway Zigbee, che può risparmiare il costo di rete del sistema. Rispetto a Zigbee, l'installazione e la distribuzione dei dispositivi LoRa sono più semplici, che riduce notevolmente il loro costo di installazione.

	LoRa	Zigbee
Autorità per le specifiche	Alleanza LoRa	Alleanza Zigbee
Anno di sviluppo	2009	1998
Standard	IEEE 802.15.4	IEEE 802.15.4
Banda di frequenza	863 a 870 MHz, 902 a 928 MHz, 915 a 928 MHz, 2.4 GHz in tutto il mondo	868MHz, 915 MHz, 2.4GHz
Gamma di trasmissione	3 miglia (4.7 km) nelle aree urbane, 10 miglia (16 km) o più nelle zone rurali	10 a 100 metri
Consumo di energia	300 bps a 37.5 kbps	Basso
Velocità dati	inferiore rispetto a Zigbee	20 kbps (868 MHz), 40Kbps (915 MHz) , 250 kbps (2.4GHz)
Topologia	stella	stella, albero, peer-to-peer e mesh
Costo	Basso	mezzo
Applicazione	utilizzato come Ampia Area Rete	utilizzato come LR-WPAN i.e. rete wireless personale a bassa velocità

Quali sono i pro ei contro di LoRa e Zigbee

Le diverse caratteristiche di LoRa e Zigbee determinano che avranno vantaggi e limitazioni diversi. Sulla base delle loro caratteristiche speciali sopra, ecco un'introduzione ai principali vantaggi e limiti di LoRa e Zigbee.

Vantaggi di LoRa

• Raggio più lungo: Questo è uno dei principali vantaggi della tecnologia LoRa. Il raggio di comunicazione dei sensori LoRa è misurato in chilometri.
• Bassa potenza equivale a più batteria: Il basso consumo energetico significa che i dispositivi LoRa hanno una maggiore durata della batteria, che può raggiungere una durata della batteria superiore a 10 anni.
• Notevole immunità alle interferenze: LoRa adotta la tecnologia a spettro esteso, che migliora notevolmente la capacità anti-interferenza della comunicazione wireless LoRa. Anche se i segnali vengono inviati all'host con la stessa frequenza contemporaneamente, these signals won’t interfere with each other, affrontando così a fondo il punto dolente che la comunicazione del segnale wireless è facilmente interferita.
• Distribuzione facile e veloce: La rete LoRa adotta fondamentalmente una topologia a stella, gestisce meno larghezza di banda, ed è facile da espandere. È una scelta ovvia per implementazioni IoT pratiche in cui la trasmissione dei dati è instabile.

Limitazioni di LoRa

• Non è l'ideale per carichi utili di dati di grandi dimensioni: LoRa non è l'ideale per carichi utili di dati di grandi dimensioni perché elabora meno larghezza di banda e trasmette meno carichi utili di dati.
• Reti radiofoniche senza licenza: LoRaWAN funziona su reti radio senza licenza, e man mano che i dispositivi LoRa e le implementazioni di rete crescono, potresti riscontrare interferenze su quella frequenza.
• Meno sicuro: Il livello di rete LoRa e il livello dell'applicazione sono generati dalla stessa chiave radice e numero casuale e non sono isolati l'uno dall'altro. Perciò, esistono rischi di perdita della privacy dei dati e di manomissione dei dati a causa della perdita della chiave privata.

Vantaggi di Zigbee

• Struttura di rete flessibile: Esiste più di una struttura di rete di Zigbee, ma a causa della breve distanza di comunicazione di Zigbee e della debole capacità di penetrare i muri, l'espansione della rete è difficile.
• Alta sicurezza: Zigbee adotta l'algoritmo di crittografia AES-128, che fornisce una sicurezza a tre livelli durante la trasmissione dei dati. Le singole applicazioni possono determinare in modo flessibile le proprie proprietà di sicurezza.
• Breve ritardo: Un breve ritardo significa che Zigbee risponde prontamente, in genere si passa dalla modalità di sospensione alla modalità di lavoro in 15 ms. Inoltre, un nodo può connettersi alla rete in 30 ms, ulteriore risparmio energetico.
• Grande capacità di rete: Una rete Zigbee include fino a 255 Nodi di rete Zigbee, di cui uno è un dispositivo master e gli altri sono dispositivi slave. Se collegati tra loro tramite un coordinatore di rete, l'intera rete può supportare più che considerevole 64,000 Nodi di rete Zigbee.

Limitazioni di Zigbee

• Costo alto: A causa della breve distanza di comunicazione di Zigbee, il costo è elevato per le applicazioni che richiedono la distribuzione di un gran numero di nodi. E quando qualcosa va storto, i costi di sostituzione saranno elevati.
• Copertura di trasmissione limitata: La copertura limitata fa sì che Zigbee venga applicato principalmente in ambienti interni piuttosto che in contesti esterni.
• Distribuzione complessa: La rete wireless Zigbee coinvolge un gran numero di nodi terminali e gateway, quindi la rete è complicata e l'espansione della rete è difficile.

Diversi casi d'uso della connettività Zigbee e LoRa

LoRa e Zigbee sono nati per casi d'uso totalmente diversi. Based on the advantages of LoRa’s long-distance transmission, capacità super anti-jamming, e basso consumo energetico, i suoi scenari applicativi comuni includono le città intelligenti, case intelligenti, edifici intelligenti, monitoraggio ambientale intelligente, misurazione intelligente, agricoltura intelligente, fattoria intelligente, industria intelligente, vendita al dettaglio intelligente, logistica intelligente, Protezione antincendio intelligente, eccetera. Per essere precisi, Lora fa sì che gli scenari applicativi si estendano senza soluzione di continuità dall'interno all'esterno e persino all'intera comunità.

L'ampia banda di frequenza di comunicazione e la breve distanza di comunicazione determinano l'implementazione della soluzione Zigbee. Gli scenari applicativi comuni includono la casa intelligente, misurazione intelligente, agricoltura intelligente, energia intelligente, eccetera. Zigbee è più preferito nel campo del controllo automatico e del telecomando, e ha formato una catena ecologica di una certa scala nella domotica e nel controllo del campo industriale. Con l'approfondimento dell'applicazione, Zigbee’s own limitations make Zigbee products encounter a bottleneck. Allo stesso tempo, LoRa sta entrando nell'IoT con un forte slancio e sta diventando il suo forte rivale.

LoRa contro Zigbee: cosa scegliere per una migliore connettività

Confrontare LoRa e Zigbee è come confrontare mele e arance. LoRa è superiore a Zigbee in termini di portata e consumo energetico. Zigbee è favorito nella comunicazione a corto raggio e nell'ambiente interno. Quanto a quale tecnologia wireless è meglio scegliere per la connettività IoT, it’s obvious that the result is based on usage. Puoi selezionare il meglio in base alle tue specifiche esigenze aziendali.

Per scopi generali, LoRa è un'opzione molto più efficace in caso di applicazioni IoT che richiedono la trasmissione a lunga distanza, basso consumo energetico, gran numero di connessioni e tracciamento della posizione. Le applicazioni tipiche includono la lettura intelligente del contatore dell'acqua, agricoltura intelligente, parcheggio intelligente, monitoraggio del veicolo, tracciamento della posizione del personale, comunità intelligente e così via. LoRa può anche essere integrato con altre tecnologie come WiFi, Bluetooth, grandi dati, e altro per fornire una migliore connettività.

Nel frattempo, Zigbee è anche una soluzione di rete wireless affidabile, che ha avuto una lunga storia nel campo industriale e viene utilizzato per il monitoraggio e il controllo remoto. Nasce in risposta alla crescente domanda di automazione industriale per una trasmissione dati wireless affidabile. La soluzione di rete mesh Zigbee migliorerà notevolmente l'efficienza e l'interoperabilità dei dispositivi IoT.