LoRa vs Zigbee: Qual é a melhor tecnologia para conectividade IoT

Nas ultimas decadas, a Internet das Coisas fez progressos significativos, estabelecendo-se como o rei da tecnologia em todas as esferas da vida. Desde wearables inteligentes até automação residencial e cidades inteligentes, IoT é como uma casa em chamas, continua a abrir novas possibilidades, renovando nossos negócios e vidas. Como a base de transmissão da IoT, tecnologia de comunicação sem fio tornou-se um tema quente, com várias tecnologias trazendo novas para compartilhar uma grande fatia do mercado de IoT. Entre os mais populares tecnologias sem fio, este artigo se concentrará nas diferenças entre LoRa e Zigbee.

Desenvolvimento de IoT: introdução ao LoRa e Zigbee

Existem muitas tecnologias de comunicação sem fio em aplicativos de IoT que podem ajudar a estabelecer uma rede local ou de longa distância. A tecnologia sem fio da LAN envolve WiFi de 2,4 GHz, Zigbee, Bluetooth, etc., e a WAN inclui 2G/3G/4G, etc. Antes das redes de longa distância de baixa potência (LPWAN), parecia que você tinha que escolher entre baixa potência e longa distância. Com a adoção da tecnologia LPWAN, it’s possible to maximize longer-range communications and lower-power consumption, enquanto economiza em custos adicionais.

O que é LoRa

LoRa significa rádio de longo alcance, que é um padrão sem fio WAN de baixa potência adotado e promovido pela American Semtech Company. Baseado na tecnologia de espectro espalhado, é uma das tecnologias de comunicação sem fio do LPWAN, bom desempenho em termos de distância de transmissão e consumo de energia.

LoRa tem distâncias maiores do que outras tecnologias sem fio para o mesmo consumo de energia, fornecendo um sistema simples com longas distâncias, bateria de longa duração, e alta capacidade para dimensionar redes de sensores. A cobertura da conexão Lora é 3-5 vezes o da comunicação de radiofrequência tradicional. Atualmente, LoRa foi popularizado em todo o mundo e aplicado gradualmente à Internet das Coisas.

O que é Zigbee

Zigbee é um protocolo de rede sem fio para transmissão de curta distância, que é adequado para transmissão de dados entre uma série de componentes eletrônicos com curta distância de transmissão, baixa taxa de transmissão e baixo consumo de energia. Leva o nome da dança em ziguezague das abelhas, pois as abelhas sempre dançam com as asas para comunicar a localização do pólen aos seus companheiros.

Como um curto alcance, baixa complexidade, baixo consumo de energia, tecnologia de comunicação sem fio de baixo custo, A tecnologia de comunicação sem fio ZigBee é baseada em IEEE802 15.4 padrão sem fio em rede, software de segurança e aplicativo. A ampla aplicação do Zigbee em residências inteligentes e Internet das Coisas industrial comprova que é uma solução de rede sem fio confiável e eficiente.

Comparação característica por característica entre LoRa e Zigbee

LoRa e Zigbee são padrões diferentes para comunicação sem fio. Para quebrar as diferenças, a parte a seguir mostrará algumas das comparações comuns e incomuns entre LoRa e Zigbee.

Faixa de frequência: LoRa é projetado para operar em frequências entre 863 para 870 MHz na Europa, 902 para 928 MHz na América, 915 para 928 MHz na Ásia, e 2.4 GHz em todo o mundo, enquanto Zigbee transmite mais de 868MHz na Europa, 915 MHz na América, e o padrão global 2.4GHz Industrial Scientific and Medical (ISM) faixa de frequência.

Faixa de transmissão: Em termos de alcance de transmissão, o alcance máximo para conexões sem fio baseadas em Zigbee é 100 m, enquanto para LoRa, pode estender-se bem até 15-20 km. Em LoRa, o alcance depende de vários fatores, como gateways internos ou externos, antena usada, etc. Na média, LoRa pode transmitir sinais 3 milhas (4.7 km) em áreas urbanas e 10 milhas (16 km) ou mais em áreas rurais.

Consumo de energia: A corrente de transmissão do chip LoRa é próxima à do Zigbee, e a corrente de recepção de LoRa é menor que a de Zigbee, ambos com menor consumo de energia. De um modo geral, o número de pacotes de dados enviados e recebidos pelo terminal do sistema Zigbee em rede e operação normal é maior que o do LoRa, e essas interações também aumentarão o consumo de energia.

Taxa de dados: A taxa de transferência de dados do LoRa varia de 300 bps para 37.5 kbps, dependendo da largura de banda usada e do fator de espalhamento. O Zigbee é capaz de fornecer dados a uma taxa de 250 kbps, 100 kbps, 40 kbps, e 20 kbps.

Topologia: A arquitetura de rede LoRa adota uma topologia estrela-de-estrelas, em que os gateways retransmitem mensagens entre os dispositivos finais individuais e o servidor de rede central. Existem várias topologias de rede no Zigbee, incluindo estrela, árvore, redes peer-to-peer e mesh. Cada topologia tem efeitos diferentes no roteamento de mensagens e na conexão de dispositivos.

Custo: Devido à comunicação de longa distância, forte capacidade de penetração na parede, e grande capacidade do sistema de LoRa, o número de gateways LoRa exigidos pelo mesmo número de terminais é muito menor que o de gateways Zigbee, que pode economizar o custo de rede do sistema. Comparado com Zigbee, a instalação e implantação de dispositivos LoRa são mais simples, o que reduz muito o custo de instalação.

	LoRa	Zigbee
Autoridade de especificações	Aliança LoRa	Aliança Zigbee
Ano de desenvolvimento	2009	1998
Padrão	IEEE 802.15.4	IEEE 802.15.4
Faixa de frequência	863 para 870 MHz, 902 para 928 MHz, 915 para 928 MHz, 2.4 GHz em todo o mundo	868MHz, 915 MHz, 2.4GHz
Faixa de transmissão	3 milhas (4.7 km) em áreas urbanas, 10 milhas (16 km) ou mais na zona rural	10 para 100 metros
Consumo de energia	300 bps para 37.5 kbps	baixo
Taxa de dados	inferior em comparação com Zigbee	20 kbps (868 MHz), 40Kbps (915 MHz) , 250 kbps (2.4GHz)
Topologia	Estrela	Estrela, árvore, ponto a ponto e malha
Custo	baixo	meio
Aplicativo	usado como área ampla Rede	usado como LR-WPAN ou seja. rede de área pessoal sem fio de baixa taxa

Quais são os prós e contras de LoRa e Zigbee

As diferentes características do LoRa e do Zigbee determinam que eles terão diferentes vantagens e limitações. Com base em suas características especiais acima, aqui está uma introdução às principais vantagens e limitações de LoRa e Zigbee.

Vantagens do LoRa

• Alcance maior: Esta é uma das vantagens proeminentes da tecnologia LoRa. O alcance de comunicação dos sensores LoRa é medido em quilômetros.
• Baixa potência equivale a mais bateria: O baixo consumo de energia significa que os dispositivos LoRa têm uma vida útil mais longa da bateria, que pode atingir uma vida útil da bateria de mais de 10 anos.
• Notável imunidade a interferências: LoRa adota tecnologia de espectro espalhado, que melhora muito a capacidade anti-interferência da comunicação sem fio LoRa. Mesmo que os sinais sejam enviados ao host com a mesma frequência simultaneamente, these signals won’t interfere with each other, abordando completamente o ponto problemático de que a comunicação do sinal sem fio é facilmente interferida.
• Implementação fácil e rápida: A rede LoRa basicamente adota uma topologia em estrela, lida com menos largura de banda, e é fácil de expandir. É uma escolha óbvia para implementações práticas de IoT onde a transmissão de dados é instável.

Limitações do LoRa

• Não é ideal para grandes cargas de dados: LoRa não é ideal para grandes cargas de dados porque processa menos largura de banda e transmite menos cargas de dados.
• Redes de rádio não licenciadas: LoRaWAN funciona em redes de rádio não licenciadas, e à medida que os dispositivos LoRa e as implementações de rede crescem, você pode experimentar interferência nessa frequência.
• Menos seguro: A camada de rede LoRa e a camada de aplicação são geradas a partir da mesma chave raiz e número aleatório e não são isoladas uma da outra. Portanto, há riscos de vazamento de privacidade de dados e adulteração de dados devido ao vazamento de chave privada.

Vantagens do Zigbee

• Estrutura de rede flexível: Há mais de uma estrutura de rede do Zigbee, mas devido à curta distância de comunicação do Zigbee e à fraca capacidade de penetrar nas paredes, expansão da rede é difícil.
• Alta seguranca: Zigbee adota o algoritmo de criptografia AES-128, que fornece segurança de três níveis durante a transmissão de dados. Aplicativos individuais podem determinar com flexibilidade suas propriedades de segurança.
• Atraso curto: Atraso curto significa que a resposta do Zigbee prontamente, normalmente alternando do modo de suspensão para o modo de trabalho em 15ms. além disso, um nó pode se conectar à rede em 30ms, mais economia de energia.
• Grande capacidade de rede: Uma rede Zigbee inclui até 255 Nós de rede Zigbee, dos quais um é um dispositivo mestre e os outros são dispositivos escravos. Se conectados entre si por meio de um coordenador de rede, toda a rede pode suportar mais do que consideráveis 64,000 Nós de rede Zigbee.

Limitações do Zigbee

• Alto custo: Devido à curta distância de comunicação do Zigbee, o custo é alto para aplicativos que exigem a implantação de um grande número de nós. E quando algo dá errado, os custos de substituição serão elevados.
• Cobertura de transmissão limitada: A cobertura limitada significa que o Zigbee é aplicado principalmente em ambientes internos e não em contextos externos.
• Implantação complexa: A rede sem fio Zigbee envolve um grande número de nós terminais e gateways, então a rede é complicada e a expansão da rede é difícil.

Diferentes casos de uso de conectividade Zigbee e LoRa

LoRa e Zigbee nascem para casos de uso totalmente diferentes. Based on the advantages of LoRa’s long-distance transmission, super capacidade anti-jamming, e baixo consumo de energia, seus cenários de aplicação comuns incluem cidades inteligentes, casas inteligentes, edifícios inteligentes, monitoramento ambiental inteligente, medição inteligente, agricultura inteligente, fazenda inteligente, indústria inteligente, varejo inteligente, logística inteligente, Proteção inteligente contra incêndio, etc. Para ser mais preciso, Lora faz com que os cenários de aplicação se estendam perfeitamente do interior para o exterior e até para toda a comunidade.

A ampla banda de frequência de comunicação e a curta distância de comunicação determinam a implementação da solução Zigbee. Cenários de aplicativos comuns incluem casa inteligente, medição inteligente, agricultura inteligente, energia inteligente, etc. Zigbee é mais preferido no campo de controle automático e controle remoto, e formou uma cadeia ecológica de certa escala em automação residencial e controle de campo industrial. Com o aprofundamento da aplicação, Zigbee’s own limitations make Zigbee products encounter a bottleneck. Ao mesmo tempo, LoRa está entrando na IoT com forte impulso e se tornando seu forte rival.

LoRa vs Zigbee: o que escolher para uma melhor conectividade

Comparar LoRa e Zigbee é como comparar maçãs e laranjas. LoRa é superior ao Zigbee em termos de alcance e consumo de energia. Zigbee é favorecido em comunicação de curto alcance e ambiente interno. Quanto a qual tecnologia sem fio é melhor escolher para conectividade IoT, it’s obvious that the result is based on usage. Você pode selecionar o melhor de acordo com suas necessidades específicas de negócios.

Para fins gerais, LoRa é uma opção muito mais eficaz no caso de aplicativos IoT que exigem transmissão de longa distância, Baixo consumo de energia, grande número de conexões e rastreamento de localização. As aplicações típicas incluem a leitura inteligente do medidor de água, agricultura inteligente, estacionamento inteligente, rastreamento de veículos, rastreamento de localização de pessoal, comunidade inteligente e assim por diante. LoRa também pode ser integrado com outras tecnologias, como WiFi, Bluetooth, big data, e muito mais para fornecer melhor conectividade.

Enquanto isso, O Zigbee também é uma solução de rede sem fio confiável, que tinha uma longa história no campo industrial e é usado para monitoramento e controle remoto. Ele surge em resposta à crescente demanda por automação industrial para transmissão de dados sem fio confiável. A solução de rede mesh Zigbee melhorará muito a eficiência e a interoperabilidade dos dispositivos IoT.