LoRa vs Zigbee: Quale tecnologia è migliore per l'IoT

In questo articolo confronteremo le differenze tra le tecnologie LoRa e ZigBee, che sono tecnologie a basso consumo. Inizialmente, viene fornita una breve introduzione a entrambe le tecnologie, seguita dai loro vantaggi e svantaggi. Successivamente, vengono presentate alcune delle principali applicazioni IoT su ciascuna tecnologia. Infine, vengono presentati i fattori da considerare nella scelta di una delle due tecnologie. 

Introduzione alle tecnologie LPWAN e LAN 

Prima di parlare di ZigBee e LoRaWAN (LoRa), è essenziale avere una breve comprensione dei due tipi di reti a cui appartengono, rispettivamente Local Area Network (LAN) e Wide Area Network (WAN). 

La rete locale (LAN) è distribuita su un breve raggio, che copre un edificio o un piano di un edificio. In confronto, la Wide Area Network (WAN) è una rete che si estende su una città o un distretto locale. 

Le tecnologie LAN si estendono su brevi distanze con una communicazione punto-punto. Inoltre, queste reti sono idealmente private, cioè accessibili a un certo numero di utenti. Le tecnologie WAN, invece, si estendono su una grande distanza e possono essere private o pubbliche, a seconda della natura dell'applicazione. A WAN a basso consumo (LPWAN) è una rete a basso consumo energetico rispetto alle normali WAN. 

Ora che abbiamo una breve conoscenza delle reti, parliamo delle differenze tra LoRaWAN e ZigBee, analizzando ciascuna tecnologia separatamente. 

Cosa sono LoRa e LoRaWAN? 

LoRaWAN è una tecnologia WAN basata sulla modulazione radio LoRa. Tecnologia LoRaWAN è classificata come LPWAN, adatta ad applicazioni a lungo raggio e a basso consumo. È una rete proprietaria e aperta, riconosciuta e governata a livello globale da Alleanza LoRa. LoRaWAN utilizza uno spettro di frequenze senza licenza e la banda di frequenza è diversa a seconda della località. Ad esempio, il Nord America utilizza la banda 915 MHz, l'Europa la banda 868 MHz e l'Asia le bande 433 MHz e 169 MHz. 

Che cos'è ZigBee? 

Rispetto a LoRaWAN, ZigBee è una tecnologia LAN che mira a realizzare la connessione a corto raggio di più dispositivi IoT. Si basa sulla tecnologia di communicazione wireless IEEE 802.15.4 Low-rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN). Anche ZigBee è una rete proprietaria governata da ZigBee Alliance ed è utilizzata per realizzare reti di dispositivi IoT a bassa velocità di trasmissione dati. 

Vantaggi e svantaggi di LoRaWAN 

Analizziamo alcuni vantaggi e svantaggi della tecnologia LoRaWAN nel contesto delle applicazioni IoT. 

I principali vantaggi della tecnologia LoRaWAN sono: 

• Basso consumo energetico: LoRaWAN consuma poca energia, poiché utilizza lo schema di modulazione radio LoRa. Pertanto, i dispositivi costruiti sulla base della modulazione LoRa hanno una durata della batteria estesa fino a 10 anni.
• Funzionamento a lungo raggio: I dispositivi LoRaWAN possono communicare oltre 15 km in linea di vista.
• Uso dello spettro di frequenza senza licenza: I dispositivi LoRaWAN si basano su spettro di frequenza non licenziato per il loro funzionamento, rendendoli così un protocollo di rete aperto.
• I dispositivi LoRaWAN sono soggetti a disturbi e interferenze.

Nonostante i vantaggi di LoRaWAN, l'uso di LoRaWAN presenta anche alcuni svantaggi. Questi includono: 

• Communicazione a basso carico: La rete LoRaWAN consente ai dispositivi di communicare solo carichi utili bassi. Ciò significa che sulla rete LoRaWAN possono essere trasmessi solo semplici bit di dati. 
• Mancanza di sicurezza hardware: LoRaWAN non garantisce la sicurezza hardware, che è fondamentale nel Machine-to-machine (M2M) communicazione. LoRaWAN offre invece una crittografia basata su software.
• I dispositivi LoRaWAN non sono adatti ad applicazioni che richiedono un monitoraggio continuo e ad applicazioni che richiedono il controllo di un attuatore.

Applicazioni di LoRaWAN 

Le applicazioni LoRaWAN si basano principalmente su: 

• Applicazioni di monitoraggio: In queste applicazioni, i dispositivi LoRaWAN trasmettono periodicamente il loro stato su una grande distanza. Questa lettura dello stato viene utilizzata per monitorare l'entità interessata. Ad esempio, il monitoraggio delle condizioni ambientali e i sistemi di allarme rapido per le catastrofi.
• Applicazioni di tracciamento: I dispositivi LoRaWAN sono utilizzati per tracciare beni, persone e oggetti. Questi dispositivi sono di solito alimentati a batteria e trasmettono periodicamente il loro stato e sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ad altre tecnologie di tracciamento. 
• Applicazioni per le città intelligenti: Poiché i dispositivi LoRaWAN possono comunicare a lungo raggio, sono molto diffusi nelle applicazioni per le città intelligenti. 
• Applicazioni di gestione della catena di approvvigionamento: Anche in questo caso, i dispositivi LoRaWAN possono essere utilizzati per tracciare i beni nelle catene di approvvigionamento. 

Vantaggi e svantaggi di ZigBee 

Dopo aver discusso le applicazioni di LoRaWAN, analizziamo alcuni vantaggi e svantaggi di ZigBee. 

ZigBee, rispetto a LoRaWAN, è una tecnologia LAN utilizzata per realizzare applicazioni IoT a corto raggio. Alcuni dei principali vantaggi di ZigBee sono: 

• ZigBee è in grado di gestire molti dispositivi, quindi ha un'elevata complessità. La rete ZigBee può gestire fino a 254 dispositivi. 
• Basso consumo energetico: I dispositivi ZigBee sono progettati per garantire una maggiore durata della batteria e un basso consumo energetico.
• Bassa latenza: I dispositivi ZigBee hanno una bassa latenza, in quanto il ritardo di attivazione del dispositivo è dell'ordine di 15 ms.
• Maggiore affidabilità: I dispositivi ZigBee utilizzano una strategia di prevenzione delle collisioni che consente ai dispositivi di comunicare in modo indipendente senza subire interferenze reciproche.
• Maggiore sicurezza: ZigBee offre una sicurezza sia hardware che software. 

Tuttavia, la tecnologia ZigBee presenta alcuni svantaggi. Gli svantaggi principali sono: 

• Bassa velocità di trasmissione dati: ZigBee consente solo una velocità di trasmissione dati limitata per i suoi dispositivi, il che lo rende svantaggioso nelle applicazioni critiche che richiedono una velocità di trasmissione elevata.
• Pregiudizio delle interferenze: Le reti ZigBee sono altamente soggette a interferenze, poiché utilizzano la banda di frequenza 2,4 GHz e possono costituire una grave minaccia per la sicurezza se implementate in ambienti rumorosi.
• Costoso: I dispositivi ZigBee sono costosi rispetto ad altre tecnologie LAN e PAN (Personal Area Network).
• È ottimizzato per distanze comprese tra 10 e 100 m. 

Applicazioni di ZigBee

ZigBee è più adatto alle reti PAN e LAN che hanno una portata limitata a una breve distanza. Alcune delle aree di applicazione di ZigBee includono: 

• Applicazioni per la casa intelligente: ZigBee è una tecnologia molto diffusa, utilizzata negli apparecchi per la casa intelligente, come i sistemi di illuminazione intelligente e i sistemi di monitoraggio della casa intelligente. 
• Sistemi di controllo automatico: Comprendono il controllo di elementi vitali nelle industrie, come la temperatura e l'umidità.
• Applicazioni di rilevamento in tempo reale: La tecnologia ZigBee può essere utilizzata per realizzare applicazioni di monitoraggio in tempo reale in ospedali intelligenti e applicazioni di e-health.
• Reti di sensori wireless: Poiché ZigBee è in grado di gestire molti dispositivi, viene utilizzato per realizzare reti di sensori wireless di grandi dimensioni, come nel caso di un sistema di allarme antincendio di un edificio.

La vostra scelta tra LoRa e ZigBee 

In questo articolo abbiamo discusso brevemente le tecnologie LoRaWAN e ZigBee insieme ad alcune delle loro applicazioni. La scelta tra le due tecnologie dipende dai requisiti e dalle applicazioni dell'utente.

LoRaWAN è la soluzione più adatta per le applicazioni che richiedono una portata maggiore senza requisiti di controllo o in tempo reale. Essendo community-friendly, è la più adatta per le applicazioni open-source che richiedono basse velocità di trasmissione dati. Inoltre, poiché la rete LoRaWAN è realizzata con una topologia a stella, è facile da implementare. Tuttavia, le reti LoRaWAN non sono affidabili e non sono adatte ad applicazioni industriali e personali critiche. 

Tuttavia, ZigBee è una tecnologia di rete affidabile ampiamente utilizzata nell'industria per soddisfare le esigenze di controllo e in tempo reale. È realizzata come una rete mesh topologia, rendendone più complessa l'implementazione. Sebbene sia limitata dalla portata, la natura multi-hopping della topologia a maglie può essere sfruttata per realizzare un funzionamento a lungo raggio. 

Conclusione 

In conclusione, possiamo notare che la scelta tra ZigBee e LoRaWAN dipende dalle esigenze dell'utente e dall'applicazione. Poiché entrambe sono tecnologie a basso consumo energetico, possono gestire dispositivi alimentati a batteria. Infine, LoRaWAN sarebbe il candidato ideale per applicazioni a basso costo che richiedono solo capacità di monitoraggio, mentre ZigBee sarebbe ideale per applicazioni industriali che richiedono affidabilità e sicurezza hardware. 

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