LoRa kontra Zigbee: Jaka jest lepsza technologia dla łączności IoT

W ciągu ostatnich kilku dekad, Internet Rzeczy poczynił znaczne postępy, zdobywając pozycję króla technologii we wszystkich dziedzinach życia. Od inteligentnych urządzeń do noszenia przez automatykę domową po inteligentne miasta, IoT jest jak płonący dom, nadal otwiera nowe możliwości, modernizacja naszych firm i życia. Jako podstawa transmisji IoT, technologia komunikacji bezprzewodowej stała się gorącym tematem, z różnymi technologiami przynoszącymi nowe, aby dzielić się dużym tortem na rynku IoT. Wśród najpopularniejszych technologie bezprzewodowe, ten artykuł skupi się na różnicach między LoRa i Zigbee.

Rozwój Internetu Rzeczy: wprowadzenie do LoRa i Zigbee

W aplikacjach IoT istnieje wiele technologii komunikacji bezprzewodowej, które mogą pomóc w ustanowieniu sieci lokalnej lub rozległej. Technologia bezprzewodowa sieci LAN obejmuje WiFi 2,4 GHz, Zigbee, Bluetooth, itp., a sieć WAN obejmuje 2G/3G/4G, itp. Przed sieciami rozległymi małej mocy (LPWAN), wydawało się, że musisz wybrać między małą mocą a dużym dystansem. Wraz z przyjęciem technologii LPWAN, it’s possible to maximize longer-range communications and lower-power consumption, jednocześnie oszczędzając na dodatkowych kosztach.

Co to jest LoRa

LoRa oznacza radio dalekiego zasięgu, który jest standardem sieci bezprzewodowej WAN o niskim poborze mocy przyjętym i promowanym przez American Semtech Company. W oparciu o technologię widma rozproszonego, jest to jedna z technologii komunikacji bezprzewodowej LPWAN, dobrze sprawdza się pod względem odległości transmisji i zużycia energii.

LoRa ma większe odległości niż inne technologie bezprzewodowe przy tym samym zużyciu energii, zapewnienie prostego systemu z dużymi odległościami, długa żywotność baterii, i duża zdolność do skalowania sieci czujników. Zasięg połączenia Lora jest 3-5 razy więcej niż w przypadku tradycyjnej komunikacji radiowej. Obecnie, LoRa została spopularyzowana na całym świecie i stopniowo stosowana w Internecie Rzeczy.

Co to jest Zigbee?

Zigbee to protokół sieci bezprzewodowej do transmisji na niewielkie odległości, który nadaje się do transmisji danych między serią elementów elektronicznych o krótkiej odległości transmisji,, niska szybkość transmisji i niski pobór mocy. Swoją nazwę bierze od zygzakowatego tańca pszczół miodnych, ponieważ pszczoły zawsze tańczą ze swoimi skrzydłami, aby przekazać swoim towarzyszom lokalizację pyłku.

Jako krótki zasięg, niska złożoność, mała moc, niedroga technologia komunikacji bezprzewodowej, Technologia komunikacji bezprzewodowej ZigBee oparta jest na IEEE802 15.4 standard bezprzewodowy w sieci, oprogramowanie zabezpieczające i aplikacyjne. Szerokie zastosowanie Zigbee w inteligentnych domach i przemysłowym Internecie Rzeczy dowodzi, że jest to niezawodne i wydajne rozwiązanie sieci bezprzewodowej.

Porównanie funkcji po funkcji między LoRa i Zigbee

LoRa i Zigbee to różne standardy komunikacji bezprzewodowej. Aby przełamać różnice, poniższa część pokaże Ci niektóre z powszechnych i nietypowych porównań między LoRa i Zigbee.

Pasmo częstotliwości: LoRa jest przeznaczony do pracy na częstotliwościach pomiędzy 863 do 870 MHz w Europie, 902 do 928 MHz w Ameryce, 915 do 928 MHz w Azji, oraz 2.4 GHz na całym świecie, podczas gdy Zigbee transmituje w Europie ponad 868 MHz, 915 MHz w Ameryce, oraz światowy standard przemysłowy i medyczny 2,4 GHz (IZM) pasmo częstotliwości.

Zasięg transmisji: Pod względem zasięgu transmisji, maksymalny zasięg połączeń bezprzewodowych opartych na Zigbee wynosi 100 m, podczas gdy dla LoRa, może rozciągać się do 15-20 km. W LoRa, zasięg zależy od wielu czynników, takich jak bramy wewnętrzne lub zewnętrzne, użyta antena, itp. Średnio, LoRa może przesyłać sygnały przez 3 mile (4.7 km) w obszarach miejskich i 10 mile (16 km) lub więcej na obszarach wiejskich.

Pobór energii: Prąd transmisyjny chipa LoRa jest zbliżony do prądu Zigbee, a prąd odbiorczy LoRa jest niższy niż Zigbee, z których oba mają mniejsze zużycie energii. Ogólnie rzecz biorąc, liczba pakietów danych wysyłanych i odbieranych przez terminal systemu Zigbee w sieci i normalnej pracy jest większa niż LoRa, a te interakcje również zwiększą zużycie energii.

Szybkość przesyłania danych: Szybkość przesyłania danych LoRa waha się od 300 bps do 37.5 kb/s, w zależności od wykorzystanej przepustowości i współczynnika rozprzestrzeniania. Zigbee jest w stanie dostarczać dane z szybkością 250 kb/s, 100 kb/s, 40 kb/s, oraz 20 kb/s.

Topologia: Architektura sieci LoRa przyjmuje topologię gwiazdy, w którym bramy przekazują wiadomości między poszczególnymi urządzeniami końcowymi a centralnym serwerem sieciowym. W Zigbee istnieją różne topologie sieciowe, w tym gwiazda, drzewo, sieci peer-to-peer i mesh. Każda topologia ma inny wpływ na routing wiadomości i łączenie urządzeń.

Koszt: Ze względu na komunikację na duże odległości, silna zdolność penetracji ścian, i duża pojemność systemu LoRa, liczba bramek LoRa wymaganych przez tę samą liczbę terminali jest znacznie mniejsza niż bramek Zigbee, co może zaoszczędzić koszty sieciowe systemu. W porównaniu z Zigbee, instalacja i wdrażanie urządzeń LoRa są prostsze, co znacznie obniża koszty ich instalacji.

	LoRa	Zigbee
Urząd ds. specyfikacji	Sojusz LoRa	Sojusz Zigbee
Rok rozwoju	2009	1998
Standard	IEEE 802.15.4	IEEE 802.15.4
Pasmo częstotliwości	863 do 870 MHz, 902 do 928 MHz, 915 do 928 MHz, 2.4 GHz na całym świecie	868MHz, 915 MHz, 2.4GHz
Zasięg transmisji	3 mile (4.7 km) w obszarach miejskich, 10 mile (16 km) lub więcej na obszarach wiejskich	10 do 100 metrów
Pobór energii	300 bps do 37.5 kb/s	niski
Szybkość przesyłania danych	niższy w porównaniu do Zigbee	20 kb/s (868 MHz), 40Kb/s (915 MHz) , 250 kb/s (2.4GHz)
Topologia	gwiazda	gwiazda, drzewo, peer-to-peer i siatka
Koszt	niski	środek
Podanie	używany jako szeroki obszar Sieć	używany jako LR-WPAN tj.. bezprzewodowa sieć osobista o niskiej szybkości

Jakie są zalety i wady LoRa i Zigbee?

Różne cechy LoRa i Zigbee decydują o tym, że będą miały różne zalety i ograniczenia. Na podstawie ich specjalnych cech powyżej, oto wprowadzenie do głównych zalet i ograniczeń LoRa i Zigbee.

Zalety LoRa

• Większy zasięg: To jedna z głównych zalet technologii LoRa. Zasięg komunikacji czujników LoRa mierzony jest w kilometrach.
• Niska moc oznacza więcej baterii: Niskie zużycie energii oznacza, że ​​urządzenia LoRa mają dłuższą żywotność baterii, który może osiągnąć żywotność baterii ponad 10 lat.
• Niezwykła odporność na zakłócenia: LoRa przyjmuje technologię widma rozproszonego, co znacznie poprawia zdolność przeciwzakłóceniową komunikacji bezprzewodowej LoRa;. Nawet jeśli sygnały są wysyłane do hosta z tą samą częstotliwością jednocześnie, these signals won’t interfere with each other, w ten sposób dokładnie rozwiązując problem, że bezprzewodowa komunikacja sygnału jest łatwo zakłócana;.
• Łatwe i szybkie wdrożenie: Sieć LoRa zasadniczo przyjmuje topologię gwiazdy, obsługuje mniejszą przepustowość, i łatwo się rozbudowuje. Jest to oczywisty wybór w przypadku praktycznych wdrożeń IoT, w których transmisja danych jest niestabilna.

Ograniczenia LoRa

• Nie jest idealny do dużych ładunków danych: LoRa nie jest idealnym rozwiązaniem dla dużych ładunków danych, ponieważ przetwarza mniejszą przepustowość i przesyła mniej ładunków danych.
• Nielicencjonowane sieci radiowe: LoRaWAN działa w nielicencjonowanych sieciach radiowych, oraz wraz z rozwojem urządzeń LoRa i wdrożeń sieciowych, możesz doświadczyć zakłóceń na tej częstotliwości.
• Mniej bezpieczne: Warstwa sieci LoRa i warstwa aplikacji są generowane z tego samego klucza głównego i liczby losowej i nie są od siebie odizolowane. W związku z tym, istnieje ryzyko wycieku prywatności danych i manipulacji danymi z powodu wycieku klucza prywatnego.

Zalety Zigbee

• Elastyczna struktura sieci: Istnieje więcej niż jedna struktura sieciowa Zigbee, ale ze względu na krótką odległość komunikacyjną Zigbee i słabą zdolność penetracji ścian, rozbudowa sieci jest trudna.
• Wysoki poziom bezpieczeństwa: Zigbee przyjmuje algorytm szyfrowania AES-128, co zapewnia trzypoziomowe bezpieczeństwo podczas transmisji danych. Poszczególne aplikacje mogą elastycznie określać swoje właściwości bezpieczeństwa.
• Krótkie opóźnienie: Krótkie opóźnienie oznacza, że ​​Zigbee szybko reaguje, typowo przełączanie z trybu uśpienia do trybu pracy w 15ms. Ponadto, jeden węzeł może połączyć się z siecią w 30ms, dalsze oszczędzanie energii.
• Duża pojemność sieci: Sieć Zigbee obejmuje do 255 Węzły sieci Zigbee, z których jedno jest urządzeniem głównym, a pozostałe są urządzeniami podrzędnymi. W przypadku połączenia ze sobą za pośrednictwem koordynatora sieci, cała sieć może obsłużyć więcej niż znaczną ilość 64,000 Węzły sieci Zigbee.

Ograniczenia Zigbee

• Wysoki koszt: Ze względu na krótką odległość komunikacyjną Zigbee, koszt jest wysoki w przypadku aplikacji wymagających wdrożenia dużej liczby węzłów. A kiedy coś pójdzie nie tak, koszty wymiany będą wysokie.
• Ograniczony zasięg transmisji: Ograniczony zasięg oznacza, że ​​Zigbee jest stosowany głównie w środowiskach wewnętrznych, a nie na zewnątrz.
• Kompleksowe wdrożenie: Sieć bezprzewodowa Zigbee obejmuje dużą liczbę węzłów końcowych i bram, więc tworzenie sieci jest skomplikowane, a rozbudowa sieci trudna.

Różne przypadki użycia łączności Zigbee i LoRa

LoRa i Zigbee są stworzone do zupełnie innych zastosowań. Based on the advantages of LoRa’s long-distance transmission, super zdolność przeciwzakłóceniowa, i niskie zużycie energii, jego typowe scenariusze zastosowań obejmują inteligentne miasta, inteligentne domy, inteligentne budynki, inteligentny monitoring środowiska, inteligentny pomiar, inteligentne rolnictwo, inteligentna farma, inteligentny przemysł, inteligentny handel detaliczny, inteligentna logistyka, Inteligentna ochrona przeciwpożarowa, itp. Być precyzyjnym, Lora sprawia, że ​​scenariusze aplikacji płynnie rozciągają się od wewnątrz do zewnątrz, a nawet do całej społeczności.

Szerokie pasmo częstotliwości komunikacji i krótka odległość komunikacji determinują wdrożenie rozwiązania Zigbee;. Typowe scenariusze zastosowań obejmują inteligentny dom, inteligentny pomiar, inteligentne rolnictwo, inteligentna energia, itp. Zigbee jest bardziej preferowany w dziedzinie automatycznego sterowania i zdalnego sterowania, i utworzył łańcuch ekologiczny o określonej skali w automatyce domowej i kontroli pola przemysłowego. Z pogłębieniem aplikacji, Zigbee’s own limitations make Zigbee products encounter a bottleneck. W tym samym czasie, LoRa z dużym rozmachem wkracza do IoT i staje się jego silnym rywalem.

LoRa kontra Zigbee: co wybrać dla lepszej łączności

Porównywanie LoRa i Zigbee jest jak porównywanie jabłek i pomarańczy. LoRa przewyższa Zigbee pod względem zasięgu i zużycia energii. Zigbee jest preferowany w komunikacji krótkiego zasięgu i środowisku wewnętrznym. Jaką technologię bezprzewodową lepiej wybrać do łączności IoT, it’s obvious that the result is based on usage. Możesz wybrać to, co najlepsze, zgodnie z konkretnymi potrzebami biznesowymi.

Do celów ogólnych, LoRa jest znacznie bardziej efektywną opcją w przypadku aplikacji IoT, które wymagają transmisji na duże odległości, niskie zużycie energii, duża liczba połączeń i śledzenie lokalizacji. Typowe zastosowania obejmują inteligentny odczyt wodomierza, inteligentne rolnictwo, inteligentny parking, śledzenie pojazdów, śledzenie lokalizacji personelu, inteligentna społeczność i tak dalej. LoRa można zintegrować również z innymi technologiami, takimi jak WiFi, Bluetooth, duże zbiory danych, i więcej, aby zapewnić lepszą łączność.

Tymczasem, Zigbee to także niezawodne rozwiązanie sieci bezprzewodowej, który ma długą historię w branży przemysłowej i jest używany do zdalnego monitorowania i sterowania;. Powstaje w odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na automatykę przemysłową na niezawodną bezprzewodową transmisję danych. Rozwiązanie sieci mesh Zigbee znacznie poprawi wydajność i interoperacyjność urządzeń IoT.