LoRa vs. Zigbee: Welche Technologie ist besser für IoT

In diesem Artikel werden wir die Unterschiede zwischen LoRa- und ZigBee-Technologien vergleichen, bei denen es sich um Technologien mit geringem Stromverbrauch handelt. Zunächst wird eine kurze Einführung in beide Technologien gegeben, gefolgt von ihren Vor- und Nachteilen. Anschließend werden einige der wichtigsten IoT-Anwendungen für jede Technologie vorgestellt. Schließlich werden Faktoren vorgestellt, die bei der Wahl einer der beiden Technologien zu berücksichtigen sind. 

Einführung in LPWAN- und LAN-Technologien 

Bevor wir über ZigBee und LoRaWAN (LoRa) sprechen, ist es wichtig, ein kurzes Verständnis für die beiden Arten von Netzwerken zu haben, zu denen sie gehören: Local Area Network (LAN) und Wide Area Networks (WAN). 

Ein lokales Netzwerk (LAN) erstreckt sich über einen kurzen Bereich, der ein Gebäude oder ein Stockwerk eines Gebäudes abdeckt. Im Vergleich dazu ist ein Wide Area Network (WAN) ein Netzwerk, das sich über eine Stadt oder einen lokalen Bezirk erstreckt. 

LAN-Technologien erstrecken sich über eine kurze Distanz mit Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. Außerdem sind diese Netze im Idealfall privat, d. h. sie sind nur für eine bestimmte Anzahl von Benutzern zugänglich. Im Vergleich dazu erstrecken sich WAN-Technologien über große Entfernungen, und auch sie können je nach Art der Anwendung privat oder öffentlich sein. A Stromsparendes WAN (LPWAN) ist ein Netz, das im Vergleich zu normalen WANs einen geringen Stromverbrauch hat. 

Da wir nun ein kurzes Verständnis von Netzwerken haben, lassen Sie uns die Unterschiede zwischen LoRaWAN und ZigBee diskutieren, indem wir jede Technologie separat besprechen. 

Was sind LoRa und LoRaWAN? 

LoRaWAN ist eine WAN-Technologie, die auf der LoRa-Funkmodulation basiert. LoRaWAN-Technologie gehört zu den LPWANs, die für Anwendungen mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch geeignet sind. Es handelt sich um ein proprietäres und offenes Netz, das weltweit anerkannt ist und von folgenden Organisationen verwaltet wird LoRa-Allianz. LoRaWAN verwendet ein unlizenziertes Frequenzspektrum, und das Frequenzband ist je nach Standort unterschiedlich. In Nordamerika wird beispielsweise das 915-MHz-Band verwendet, in Europa das 868-MHz-Band und in Asien die 433-MHz- und 169-MHz-Bänder. 

Was ist ZigBee? 

Im Vergleich zu LoRaWAN, ZigBee ist eine LAN-Technologie, die darauf abzielt, die Verbindung mehrerer IoT-Geräte über kurze Distanzen zu realisieren. Sie basiert auf der drahtlosen Kommunikationstechnologie IEEE 802.15.4 Low-rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN), einem drahtlosen Standard. ZigBee ist ebenfalls ein proprietäres Netzwerk, das von der ZigBee Alliance verwaltet wird und zur Realisierung von IoT-Gerätenetzwerken mit niedriger Datenrate verwendet wird. 

Vorteile und Nachteile von LoRaWAN 

Im Folgenden werden einige Vor- und Nachteile der LoRaWAN-Technologie im Zusammenhang mit IoT-Anwendungen untersucht. 

Die wichtigsten Vorteile der LoRaWAN-Technologie sind: 

• Geringer Stromverbrauch: LoRaWAN verbraucht wenig Strom, da es das LoRa-Funkmodulationsverfahren verwendet. Daher haben Geräte, die auf der LoRa-Modulation aufbauen, eine längere Batterielebensdauer von bis zu 10 Jahren.
• Große Betriebsreichweite: LoRaWAN-Geräte können bei Sichtverbindung über 15 km kommunizieren.
• Nutzung des unlizenzierten Frequenzspektrums: LoRaWAN-Geräte nutzen das unlizenziertes Frequenzspektrum für ihren Betrieb, wodurch sie zu einem offenen Netzprotokoll werden.
• LoRaWAN-Geräte sind anfällig für Rauschen und Störungen.

Trotz der Vorteile von LoRaWAN gibt es auch einige Nachteile beim Einsatz von LoRaWAN. Dazu gehören: 

• Kommunikation mit geringer Nutzlast: Das LoRaWAN-Netz erlaubt nur die Kommunikation von Geräten mit geringer Nutzlast. Das bedeutet, dass nur einfache Datenbits über das LoRaWAN-Netzwerk übertragen werden können. 
• Mangelnde Sicherheit der Hardware: LoRaWAN garantiert keine Hardwaresicherheit, die bei Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation. Stattdessen bietet LoRaWAN eine softwarebasierte Verschlüsselung.
• LoRaWAN-Geräte eignen sich nicht für Anwendungen, die eine kontinuierliche Überwachung erfordern, und für Anwendungen, die die Steuerung eines Aktors erfordern.

Anwendungen von LoRaWAN 

LoRaWAN-Anwendungen basieren meist auf: 

• Überwachungsanwendungen: Bei diesen Anwendungen würden LoRaWAN-Geräte regelmäßig ihren Zustand über eine große Entfernung übertragen. Dieser Status wird zur Überwachung der betreffenden Einheit verwendet. Zum Beispiel die Überwachung von Umweltbedingungen und Katastrophenfrühwarnsystemen.
• Tracking-Anwendungen: LoRaWAN-Geräte werden zur Verfolgung von Anlagen, Personen und Objekten eingesetzt. Diese Geräte sind in der Regel batteriebetrieben und übertragen ihren Status in regelmäßigen Abständen und sind im Vergleich zu anderen Ortungstechnologien energieeffizienter. 
• Smart-City-Anwendungen: Da LoRaWAN-Geräte über große Entfernungen kommunizieren können, sind sie in Smart-City-Anwendungen sehr beliebt. 
• Anwendungen für das Lieferkettenmanagement: Auch hier können LoRaWAN-Geräte zur Verfolgung von Vermögenswerten in Lieferketten eingesetzt werden. 

Vor- und Nachteile von ZigBee 

Nachdem wir die Anwendungen von LoRaWAN erörtert haben, wollen wir nun einige der Vor- und Nachteile von ZigBee untersuchen. 

ZigBee ist im Vergleich zu LoRaWAN eine LAN-Technologie, die zur Realisierung von IoT-Anwendungen mit kurzer Reichweite verwendet wird. Einige der wichtigsten Vorteile von ZigBee sind: 

• ZigBee kann mit vielen Geräten umgehen und hat daher eine hohe Komplexität. Das ZigBee-Netzwerk kann bis zu 254 Geräte verwalten. 
• Geringer Stromverbrauch: ZigBee-Geräte sind für eine längere Batterielebensdauer bei geringem Stromverbrauch ausgelegt.
• Niedrige Latenzzeit: ZigBee-Geräte haben eine niedrige Latenzzeit, da die Verzögerung bei der Geräteaktivierung in der Größenordnung von 15 ms liegt.
• Verbesserte Zuverlässigkeit: ZigBee-Geräte verwenden eine Strategie zur Vermeidung von Kollisionen, die es den Geräten ermöglicht, unabhängig voneinander zu kommunizieren, ohne dass sie sich gegenseitig stören.
• Verbesserte Sicherheit: ZigBee bietet sowohl Hardware- als auch Software-Sicherheit 

Allerdings hat die ZigBee-Technologie auch einige Nachteile. Die wichtigsten Nachteile sind: 

• Niedrige Datenrate: ZigBee erlaubt nur eine begrenzte Datenrate für seine Geräte, was für kritische Anwendungen, die eine hohe Übertragungsrate erfordern, von Nachteil ist.
• Anfällig für Interferenzen: ZigBee-Netzwerke sind sehr störanfällig, da sie das 2,4 GHz-Frequenzband verwenden, was bei der Implementierung in lauten Umgebungen ein großes Sicherheitsrisiko darstellen kann.
• Teuer: ZigBee-Geräte sind im Vergleich zu anderen LAN- und PAN-Technologien (Personal Area Network) teuer.
• Es ist für Entfernungen von 10 bis 100 m optimiert. 

Anwendungen von ZigBee

ZigBee eignet sich vor allem für PAN- und LAN-Netzwerke, die nur über eine kurze Distanz reichen würden. Einige der Anwendungsbereiche von ZigBee sind: 

• Smart Home-Anwendungen: ZigBee ist eine beliebte Technologie, die in intelligenten Haushaltsgeräten wie intelligenten Beleuchtungssystemen und intelligenten Hausüberwachungssystemen eingesetzt wird. 
• Automatische Kontrollsysteme: Dazu gehört die Kontrolle von lebenswichtigen Faktoren in der Industrie wie Temperatur und Feuchtigkeit.
• Anwendungen zur Echtzeit-Erfassung: Die ZigBee-Technologie kann zur Realisierung von Echtzeit-Überwachungsanwendungen in intelligenten Krankenhäusern und E-Health-Anwendungen eingesetzt werden.
• Drahtlose Sensornetzwerke: Da ZigBee mit vielen Geräten umgehen kann, wird es zur Realisierung großer drahtloser Sensornetzwerke verwendet, wie z. B. in einem Feuerwarnsystem für Gebäude.

Ihre Wahl zwischen LoRa und ZigBee 

In diesem Artikel werden die Technologien LoRaWAN und ZigBee sowie einige ihrer Anwendungen kurz vorgestellt. Die Wahl zwischen den beiden Konkurrenten hängt von den Benutzeranforderungen und der Benutzeranwendung ab.

LoRaWAN eignet sich am besten für Anwendungen, die eine größere Reichweite benötigen und keine Echtzeit- oder Kontrollanforderungen haben. Da es gemeinschaftsfreundlich ist, eignet es sich am besten für Open-Source-Anwendungen, die niedrige Datenraten erfordern. Da das LoRaWAN-Netz als Sterntopologie realisiert ist, lässt es sich zudem leicht implementieren. LoRaWAN-Netze sind jedoch nicht zuverlässig und eignen sich nicht für kritische industrielle und private Anwendungen. 

ZigBee ist jedoch eine zuverlässige Netzwerktechnologie, die in der Industrie weit verbreitet ist, um Echtzeit- und Steuerungsanforderungen zu erfüllen. Sie ist realisiert als Maschennetz Topologie, was ihre Implementierung komplexer macht. Obwohl die Reichweite begrenzt ist, kann der Multi-Hopping-Charakter der Mesh-Topologie ausgenutzt werden, um eine große Reichweite zu erzielen. 

Schlussfolgerung 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl zwischen ZigBee und LoRaWAN von den Anforderungen des Nutzers und der Anwendung abhängt. Da beide Technologien wenig Strom verbrauchen, können sie mit batteriebetriebenen Geräten betrieben werden. Schließlich wäre LoRaWAN der ideale Kandidat für kostengünstige Anwendungen, die nur Überwachungsfunktionen erfordern, während ZigBee ideal für industrielle Anwendungen wäre, die Zuverlässigkeit und Hardwaresicherheit erfordern. 

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