LoRa vs Zigbee: Która technologia jest lepsza dla IoT

W tym artykule porównamy różnice między technologiami LoRa i ZigBee, które są technologiami o niskim poborze mocy. Na początku przedstawiono krótkie wprowadzenie do obu technologii, a następnie ich zalety i wady. Następnie przedstawiono niektóre z kluczowych aplikacji IoT dla każdej technologii. Na koniec przedstawiono czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze jednej z technologii. 

Wprowadzenie do technologii LPWAN i LAN 

Przed omówieniem ZigBee i LoRaWAN (LoRa) konieczne jest krótkie zrozumienie dwóch typów sieci, do których należą, odpowiednio sieci lokalnej (LAN) i sieci rozległej (WAN). 

Sieć lokalna (LAN) jest rozproszona na krótkim dystansie, który obejmuje budynek lub piętro budynku. Dla porównania, sieć rozległa (WAN) to sieć obejmująca całe miasto lub lokalną dzielnicę. 

Technologie LAN rozciągają się na niewielką odległość dzięki komunikacji punkt-punkt. Co więcej, sieci te mają charakter prywatny, co oznacza, że są dostępne dla określonej liczby użytkowników. Dla porównania, technologie WAN rozciągają się na dużą odległość, a także mogą być prywatne lub publiczne, w zależności od charakteru aplikacji. A Sieć WAN o niskim poborze mocy (LPWAN) to sieć, która charakteryzuje się niskim zużyciem energii w porównaniu do zwykłych sieci WAN. 

Teraz, ponieważ mamy już krótkie zrozumienie sieci, omówmy różnice między LoRaWAN i ZigBee, omawiając każdą technologię osobno. 

Czym są LoRa i LoRaWAN? 

LoRaWAN to technologia WAN oparta na modulacji radiowej LoRa. Technologia LoRaWAN jest sklasyfikowana jako LPWAN odpowiednia do zastosowań o dużym zasięgu i niskim poborze mocy. Jest to zastrzeżona i otwarta sieć uznawana na całym świecie i zarządzana przez LoRa Alliance. LoRaWAN wykorzystuje nielicencjonowane spektrum częstotliwości, a pasmo częstotliwości różni się w zależności od lokalizacji. Na przykład Ameryka Północna korzysta z pasma 915 MHz, Europa z pasma 868 MHz, a Azja z pasm 433 MHz i 169 MHz. 

Czym jest ZigBee? 

W porównaniu do LoRaWAN, ZigBee to technologia LAN, która ma na celu realizację połączenia krótkiego zasięgu wielu urządzeń IoT. Opiera się ona na bezprzewodowej technologii komunikacyjnej IEEE 802.15.4 Low-rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN). ZigBee jest również zastrzeżoną siecią zarządzaną przez ZigBee Alliance i służy do realizacji sieci urządzeń IoT o niskiej szybkości transmisji danych. 

Zalety i wady LoRaWAN 

Przeanalizujmy niektóre zalety i wady technologii LoRaWAN w kontekście aplikacji IoT. 

Kluczowe zalety technologii LoRaWAN są następujące: 

• Niskie zużycie energii: LoRaWAN zużywa mało energii, ponieważ wykorzystuje schemat modulacji radiowej LoRa. Dlatego też urządzenia zbudowane w oparciu o modulację LoRa mają wydłużoną żywotność baterii do 10 lat.
• Duży zasięg działania: Urządzenia LoRaWAN mogą communicate ponad 15 km w linii wzroku.
• Wykorzystanie nielicencjonowanego widma częstotliwości: Urządzenia LoRaWAN opierają się na Nielicencjonowane widmo częstotliwości dla ich działania, co czyni je otwartym protokołem sieciowym.
• Urządzenia LoRaWAN są podatne na szumy i zakłócenia.

Pomimo zalet LoRaWAN, istnieją również pewne wady korzystania z LoRaWAN. Należą do nich: 

• Communication o niskim obciążeniu: Sieć LoRaWAN pozwala urządzeniom tylko na communicate low payloads. Oznacza to, że tylko proste bity danych mogą być przesyłane przez sieć LoRaWAN. 
• Brak zabezpieczeń sprzętowych: LoRaWAN nie gwarantuje bezpieczeństwa sprzętowego, które jest kluczowe w sieciach Machine-to-machine (M2M) communication. Zamiast tego LoRaWAN zapewnia szyfrowanie programowe.
• Urządzenia LoRaWAN nie nadają się do aplikacji wymagających ciągłego monitorowania i aplikacji wymagających sterowania siłownikiem.

Zastosowania LoRaWAN 

Aplikacje LoRaWAN opierają się głównie na: 

• Aplikacje monitorujące: W tych aplikacjach urządzenia LoRaWAN okresowo transmitują swój stan na dużą odległość. Ten odczyt stanu jest wykorzystywany do monitorowania jednostki zainteresowania. Na przykład monitorowanie warunków środowiskowych i systemów wczesnego ostrzegania przed katastrofami.
• Aplikacje śledzące: Urządzenia LoRaWAN są wykorzystywane do śledzenia zasobów, osób i obiektów. Urządzenia te są zwykle zasilane bateryjnie i okresowo przesyłają swój stan, a także są bardziej energooszczędne w porównaniu z innymi technologiami śledzenia. 
• Inteligentne aplikacje miejskie: Ponieważ urządzenia LoRaWAN mogą komunikować się na duże odległości, są one popularne w aplikacjach inteligentnych miast. 
• Aplikacje do zarządzania łańcuchem dostaw: Ponownie, urządzenia LoRaWAN mogą być wykorzystywane do śledzenia zasobów w łańcuchach dostaw. 

Zalety i wady ZigBee 

Po omówieniu zastosowań LoRaWAN, przyjrzyjmy się niektórym zaletom i wadom ZigBee. 

ZigBee, w porównaniu do LoRaWAN, jest technologią LAN wykorzystywaną do realizacji aplikacji IoT krótkiego zasięgu. Niektóre z kluczowych zalet ZigBee to: 

• ZigBee może obsługiwać wiele urządzeń, dzięki czemu ma wysoką złożoność. Sieć ZigBee może obsługiwać do 254 urządzeń. 
• Niskie zużycie energii: Urządzenia ZigBee zostały zaprojektowane z myślą o dłuższej żywotności baterii przy niskim zużyciu energii.
• Niskie opóźnienia: Urządzenia ZigBee mają niskie opóźnienie, ponieważ opóźnienie aktywacji urządzenia jest rzędu 15 ms.
• Zwiększona niezawodność: Urządzenia ZigBee wykorzystują strategię unikania kolizji, która pozwala urządzeniom na niezależną komunikację bez wzajemnych zakłóceń.
• Zwiększone bezpieczeństwo: ZigBee zapewnia zarówno zabezpieczenia sprzętowe, jak i programowe 

Istnieją jednak pewne wady technologii ZigBee. Główne wady to: 

• Niska szybkość transmisji danych: ZigBee pozwala tylko na ograniczoną szybkość transmisji danych dla swoich urządzeń, co czyni go niekorzystnym w krytycznych zastosowaniach, które wymagają dużej szybkości transmisji.
• Podatność na zakłócenia: Sieci ZigBee są bardzo podatne na zakłócenia, ponieważ wykorzystują pasmo częstotliwości 2,4 GHz i mogą stanowić poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa podczas wdrażania w hałaśliwym otoczeniu.
• Drogie: Urządzenia ZigBee są drogie w porównaniu z innymi technologiami LAN i PAN (Personal Area Network).
• Jest zoptymalizowany dla odległości od 10 do 100 m. 

Zastosowania ZigBee

ZigBee jest najbardziej odpowiedni dla sieci PAN i LAN, które mają zasięg tylko na niewielką odległość. Niektóre z obszarów zastosowań ZigBee obejmują: 

• Aplikacje inteligentnego domu: ZigBee to popularna technologia wykorzystywana w inteligentnych urządzeniach domowych, takich jak inteligentne systemy oświetleniowe i inteligentne systemy monitorowania domu. 
• Automatyczne systemy sterowania: Obejmują one kontrolę czynników istotnych w przemyśle, takich jak temperatura i wilgotność.
• Aplikacje wykrywające w czasie rzeczywistym: Technologia ZigBee może być wykorzystywana do realizacji aplikacji monitorowania w czasie rzeczywistym w inteligentnych szpitalach i aplikacjach e-zdrowia.
• Bezprzewodowe sieci czujników: Ponieważ ZigBee może obsługiwać wiele urządzeń, jest używany do realizacji dużych bezprzewodowych sieci czujników, takich jak system ostrzegania przed pożarem w budynku.

Wybór między LoRa i ZigBee 

W tym artykule krótko omówiliśmy technologie LoRaWAN i ZigBee wraz z niektórymi ich zastosowaniami. Wybór między tymi dwoma rywalami zależy od wymagań użytkownika i jego zastosowania.

LoRaWAN jest najbardziej odpowiedni dla aplikacji, które wymagają większego zasięgu bez wymagań czasu rzeczywistego lub kontroli. Ponieważ jest przyjazna dla community, jest najbardziej odpowiednia dla aplikacji open-source, które wymagają niskiej szybkości transmisji danych. Co więcej, ponieważ sieć LoRaWAN jest realizowana w topologii gwiazdy, jest łatwa do wdrożenia. Sieci LoRaWAN nie są jednak niezawodne i nie nadają się do krytycznych zastosowań przemysłowych i osobistych. 

ZigBee jest jednak niezawodną technologią sieciową szeroko stosowaną w przemyśle w celu spełnienia wymagań czasu rzeczywistego i kontroli. Jest ona realizowana jako sieć mesh topologii, co czyni ją bardziej złożoną w implementacji. Mimo że topologia mesh jest ograniczona zasięgiem, można wykorzystać jej wielozakresowy charakter, aby uzyskać duży zasięg działania. 

Wnioski 

Podsumowując, widzimy, że wybór między ZigBee i LoRaWAN zależy od wymagań użytkownika i aplikacji. Ponieważ obie są technologiami o niskim zużyciu energii, mogą obsługiwać urządzenia zasilane bateryjnie. Wreszcie, LoRaWAN byłby idealnym kandydatem do tanich aplikacji, które wymagają jedynie możliwości monitorowania, podczas gdy ZigBee byłby idealny do zastosowań przemysłowych, które wymagają niezawodności i bezpieczeństwa sprzętowego. 

Możesz być także zainteresowany:

1, Różnica między LoRaWAN i Sigfox

2, Różnica między LoRaWAN a NB-IoT

3, Pięć najpopularniejszych zastosowań LoRaWAN