LoRa frente a Zigbee: ¿Qué tecnología es mejor para IoT?

En este artículo compararemos las diferencias entre las tecnologías LoRa y ZigBee, que son tecnologías de bajo consumo. Inicialmente, se ofrece una breve introducción a ambas tecnologías, seguida de sus ventajas e inconvenientes. A continuación, se presentan algunas de las principales aplicaciones IoT de cada tecnología. Por último, se presentan los factores que hay que tener en cuenta a la hora de elegir cualquiera de las dos tecnologías. 

Introducción a las tecnologías LPWAN y LAN 

Antes de hablar de ZigBee y LoRaWAN(LoRa), es esencial conocer brevemente los dos tipos de redes a las que pertenecen, la red de área local (LAN) y la red de área amplia (WAN), respectivamente. 

Las redes de área local (LAN) se distribuyen a corta distancia, lo que cubriría un edificio o una planta de un edificio. En comparación, la red de área extensa (WAN) es una red que se extiende por una ciudad o un distrito local. 

Las tecnologías LAN se extienden a corta distancia con comunicación punto a punto. Además, lo ideal es que estas redes sean privadas, es decir, accesibles a un número determinado de usuarios. En cambio, las tecnologías WAN se extienden a grandes distancias y pueden ser privadas o públicas, según la naturaleza de la aplicación. A WAN de bajo consumo (LPWAN) es una red de bajo consumo energético en comparación con las WAN normales. 

Ahora, ya que tenemos una breve comprensión de las redes, vamos a discutir acerca de las diferencias entre LoRaWAN y ZigBee, discutiendo cada tecnología por separado. 

¿Qué son LoRa y LoRaWAN? 

LoRaWAN es una tecnología WAN basada en la modulación de radio LoRa. Tecnología LoRaWAN se clasifica dentro de las LPWAN adecuadas para aplicaciones de largo alcance y bajo consumo. Es una red propietaria y abierta reconocida y gobernada globalmente por Alianza LoRa. LoRaWAN utiliza un espectro de frecuencias sin licencia, y la banda de frecuencias es diferente según la ubicación. Por ejemplo, Norteamérica utiliza la banda 915 MHz, Europa la 868 MHz y Asia las bandas 433 MHz y 169 MHz. 

¿Qué es ZigBee? 

En comparación con LoRaWAN, ZigBee es una tecnología LAN cuyo objetivo es realizar la conexión de corto alcance de múltiples dispositivos IoT. Se basa en la tecnología de comunicación inalámbrica estándar IEEE 802.15.4 Low-rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN). ZigBee es también una red patentada regida por ZigBee Alliance y se utiliza para realizar redes de dispositivos IoT de baja velocidad de datos. 

Ventajas y desventajas de LoRaWAN 

Investiguemos algunas ventajas y desventajas de la tecnología LoRaWAN en el contexto de las aplicaciones IoT. 

Las principales ventajas de la tecnología LoRaWAN son: 

• Bajo consumo de energía: LoRaWAN consume poca energía, ya que utiliza el esquema de modulación de radio LoRa. Así, los dispositivos que se construyen sobre la modulación LoRa tienen una batería de hasta 10 años de duración.
• Largo alcance de funcionamiento: Los dispositivos LoRaWAN pueden comunicarse a más de 15 km en línea de visión.
• Uso del espectro de frecuencias sin licencia: Los dispositivos LoRaWAN se basan en espectro de frecuencias sin licencia para su funcionamiento, lo que los convierte en un protocolo de red abierto.
• Los dispositivos LoRaWAN son susceptibles al ruido y las interferencias.

A pesar de las ventajas de LoRaWAN, también existen algunas desventajas de su uso. Entre ellas se incluyen: 

• Comunicación de baja carga útil: La red LoRaWAN sólo permite a los dispositivos comunicar cargas útiles bajas. Esto significa que solo se pueden transmitir bits de datos sencillos a través de la red LoRaWAN. 
• Falta de seguridad del hardware: LoRaWAN no garantiza la seguridad del hardware, que es crucial en las redes de máquina a máquina (M2M). En su lugar, LoRaWAN proporciona cifrado basado en software.
• Los dispositivos LoRaWAN no son adecuados para aplicaciones que requieren una monitorización continua y aplicaciones que requieren el control de un actuador.

Aplicaciones de LoRaWAN 

Las aplicaciones LoRaWAN se basan principalmente en: 

• Aplicaciones de monitorización: En estas aplicaciones, los dispositivos LoRaWAN transmitirían periódicamente su estado a gran distancia. Esta lectura de estado se utiliza para monitorizar la entidad de interés. Por ejemplo, la monitorización de las condiciones medioambientales y los sistemas de alerta temprana de catástrofes.
• Aplicaciones de seguimiento: Los dispositivos LoRaWAN se utilizan para rastrear activos, personas y objetos. Estos dispositivos suelen funcionar con baterías, transmiten su estado periódicamente y son más eficientes energéticamente que otras tecnologías de seguimiento. 
• Aplicaciones para ciudades inteligentes: Dado que los dispositivos LoRaWAN pueden comunicarse a larga distancia, son muy populares en aplicaciones para ciudades inteligentes. 
• Aplicaciones de gestión de la cadena de suministro: De nuevo, los dispositivos LoRaWAN pueden utilizarse para rastrear activos en las cadenas de suministro. 

Ventajas e inconvenientes de ZigBee 

Una vez analizadas las aplicaciones de LoRaWAN, vamos a investigar algunas de las ventajas y desventajas de ZigBee. 

ZigBee, en comparación con LoRaWAN, es una tecnología LAN que se utiliza para realizar aplicaciones IoT de corto alcance. Algunas de las principales ventajas de ZigBee son: 

• ZigBee puede manejar muchos dispositivos, por lo que tiene una gran complejidad. La red ZigBee puede gestionar hasta 254 dispositivos. 
• Bajo consumo de energía: Los dispositivos ZigBee están diseñados para durar más con un bajo consumo de energía.
• Baja latencia: Los dispositivos ZigBee tienen una baja latencia ya que su retardo de activación de dispositivo es del orden de 15 ms.
• Mayor fiabilidad: Los dispositivos ZigBee emplean una estrategia de evitación de colisiones que permite a los dispositivos comunicarse de forma independiente sin interferirse entre sí.
• Mayor seguridad: ZigBee proporciona seguridad tanto por hardware como por software 

Sin embargo, la tecnología ZigBee presenta algunos inconvenientes. Las principales desventajas son: 

• Baja velocidad de transmisión de datos: ZigBee sólo permite una velocidad de datos limitada para sus dispositivos, lo que lo hace desventajoso en aplicaciones críticas que requieren una alta velocidad de transmisión.
• Propensas a las interferencias: Las redes ZigBee son muy propensas a las interferencias, ya que utilizan la banda de frecuencias 2,4 GHz y pueden suponer una importante amenaza para la seguridad al implementarse en entornos ruidosos.
• Caros: Los dispositivos ZigBee son caros en comparación con otras tecnologías LAN y PAN (Personal Area Network).
• Está optimizado para distancias de 10 a 100 m. 

Aplicaciones de ZigBee

ZigBee es más adecuado para redes PAN y LAN que sólo alcanzan distancias cortas. Algunas de las áreas de aplicación de ZigBee son: 

• Aplicaciones domésticas inteligentes: ZigBee es una tecnología popular que se utiliza en electrodomésticos inteligentes, como sistemas de iluminación inteligente y sistemas de monitorización doméstica inteligente. 
• Sistemas de control automático: Incluyen el control de los factores vitales en las industrias, como la temperatura y la humedad.
• Aplicaciones de detección en tiempo real: La tecnología ZigBee puede utilizarse para realizar aplicaciones de monitorización en tiempo real en hospitales inteligentes y aplicaciones de sanidad electrónica.
• Redes de sensores inalámbricos: Como ZigBee puede manejar muchos dispositivos, se utiliza para realizar grandes redes de sensores inalámbricos, como en un sistema de alerta de incendios en edificios.

Su elección entre LoRa y ZigBee 

En este artículo analizamos brevemente las tecnologías LoRaWAN y ZigBee junto con algunas de sus aplicaciones. La elección entre ambas rivalidades depende de las necesidades del usuario y de su aplicación.

LoRaWAN es más adecuada para aplicaciones que requieren un mayor alcance sin requisitos de tiempo real o control. Al ser de uso comunitario, es la más adecuada para aplicaciones de código abierto que requieren velocidades de datos bajas. Además, dado que la red LoRaWAN se realiza como una topología en estrella, es fácil de implementar. Sin embargo, las redes LoRaWAN no son fiables y no son adecuadas para aplicaciones industriales y personales críticas. 

Sin embargo, ZigBee es una tecnología de red fiable ampliamente utilizada en la industria para satisfacer requisitos de control y tiempo real. Se realiza como red de malla por lo que su aplicación es más compleja. Aunque su alcance es limitado, la naturaleza multisalto de la topología de malla puede aprovecharse para lograr un largo alcance de funcionamiento. 

Conclusión 

En conclusión, podemos ver que la elección entre ZigBee y LoRaWAN depende de las necesidades del usuario y de la aplicación. Como ambas tecnologías consumen poca energía, pueden funcionar con dispositivos alimentados por batería. Por último, LoRaWAN sería el candidato ideal para aplicaciones de bajo coste que sólo requieran capacidades de monitorización, mientras que ZigBee sería ideal para aplicaciones industriales que requieran fiabilidad y seguridad del hardware. 

También le puede interesar:

1, La diferencia entre LoRaWAN y Sigfox

2, Diferencia entre LoRaWAN y NB-IoT

3, Las cinco aplicaciones más populares de LoRaWAN