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

Neste artigo, vamos comparar as diferenças entre as tecnologias LoRa e ZigBee, que são tecnologias de baixo consumo de energia. Inicialmente, é feita uma breve introdução a ambas as tecnologias, seguida de suas vantagens e desvantagens. Em seguida, são apresentadas algumas das principais aplicações de IoT em cada tecnologia. Por último, são apresentados os factores a ter em conta na escolha de qualquer uma das tecnologias. 

Introdução às tecnologias LPWAN e LAN 

Antes de discutir o ZigBee e o LoRaWAN (LoRa), é essencial ter uma breve compreensão dos dois tipos de redes a que pertencem, as redes locais (LAN) e as redes de longa distância (WAN), respetivamente. 

A rede local (LAN) é distribuída a curta distância, abrangendo um edifício ou um andar de um edifício. Em comparação, a Wide Area Network (WAN) é uma rede que se estende por uma cidade ou um distrito local. 

As tecnologias LAN abrangem uma curta distância com comunicação ponto-a-ponto. Além disso, estas redes são idealmente de natureza privada, o que significa que são acessíveis a um determinado número de utilizadores. Em comparação, as tecnologias WAN abrangem uma grande distância, podendo também ser privadas ou públicas, consoante a natureza da aplicação. A WAN de baixo consumo (LPWAN) é uma rede que tem um baixo consumo de energia quando comparada com as WANs normais. 

Agora, uma vez que temos uma breve compreensão das redes, vamos discutir as diferenças entre LoRaWAN e ZigBee, discutindo cada tecnologia separadamente. 

O que são LoRa e LoRaWAN? 

LoRaWAN é uma tecnologia WAN que se baseia na modulação de rádio LoRa. Tecnologia LoRaWAN é classificada como LPWAN adequada para aplicações de longo alcance e de baixo consumo. É uma rede proprietária e aberta reconhecida mundialmente e regida por Aliança LoRa. LoRaWAN usa um espetro de frequência não licenciado, e a banda de frequência é diferente dependendo da localização. Por exemplo, a América do Norte usa a banda 915 MHz, a Europa usa 868 MHz, e a Ásia usa as bandas 433 MHz e 169 MHz. 

O que é o ZigBee? 

Em comparação com LoRaWAN, ZigBee é uma tecnologia LAN que tem por objetivo realizar a ligação de curto alcance de vários dispositivos IoT. Baseia-se na tecnologia de comunicação sem fios IEEE 802.15.4 Low-rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN). A ZigBee é também uma rede proprietária gerida pela ZigBee Alliance e é utilizada para realizar redes de dispositivos IoT de baixa velocidade de transmissão de dados. 

Vantagens e desvantagens da LoRaWAN 

Vamos investigar algumas vantagens e desvantagens da tecnologia LoRaWAN no contexto das aplicações IoT. 

As principais vantagens da tecnologia LoRaWAN são: 

• Baixo consumo de energia: A LoRaWAN consome pouca energia, pois usa o esquema de modulação de rádio LoRa. Assim, os dispositivos que são construídos com base na modulação LoRa têm uma vida útil prolongada da bateria, que pode chegar a 10 anos.
• Longo alcance de operação: Os dispositivos LoRaWAN podem comunicar a mais de 15 km em linha de vista.
• Uso de espetro de freqüência não licenciado: Os dispositivos LoRaWAN dependem de espetro de frequências não licenciado para o seu funcionamento, tornando-os assim um protocolo de rede aberto.
• Os dispositivos LoRaWAN são susceptíveis a ruídos e interferências.

Apesar das vantagens da LoRaWAN, também existem algumas desvantagens no uso da LoRaWAN. Estas incluem: 

• Comunicação de baixa carga útil: A rede LoRaWAN só permite que dispositivos comuniquem cargas baixas. Isso significa que apenas bits simples de dados podem ser transmitidos pela rede LoRaWAN. 
• Falta de segurança de hardware: A LoRaWAN não garante a segurança do hardware, o que é crucial para a segurança máquina-a-máquina (M2M). Em vez disso, a LoRaWAN fornece criptografia baseada em software.
• Os dispositivos LoRaWAN não são adequados para aplicações que requerem monitorização contínua e aplicações que requerem o controlo de um atuador.

Aplicações da LoRaWAN 

As aplicações LoRaWAN baseiam-se principalmente em: 

• Aplicações de monitoramento: Nessas aplicações, os dispositivos LoRaWAN transmitem periodicamente seu estado a uma grande distância. Essa leitura de estado é usada para monitorar a entidade de interesse. Por exemplo, monitoramento de condições ambientais e sistemas de alerta precoce de desastres.
• Aplicações de rastreamento: Os dispositivos LoRaWAN são usados para rastrear bens, pessoas e objetos. Esses dispositivos são geralmente alimentados por baterias e transmitem seu estado periodicamente, sendo mais eficientes em termos de energia quando comparados a outras tecnologias de rastreamento. 
• Aplicações em cidades inteligentes: Uma vez que os dispositivos LoRaWAN podem comunicar a longa distância, são populares em aplicações de cidades inteligentes. 
• Aplicações de gestão da cadeia de suprimentos: Mais uma vez, os dispositivos LoRaWAN podem ser usados para rastrear activos nas cadeias de abastecimento. 

Vantagens e desvantagens do ZigBee 

Tendo discutido as aplicações da LoRaWAN, vamos investigar algumas das vantagens e desvantagens do ZigBee. 

ZigBee, quando comparado com LoRaWAN, é uma tecnologia LAN que é usada para realizar aplicações IoT de curto alcance. Algumas das principais vantagens do ZigBee são: 

• O ZigBee pode lidar com muitos dispositivos, tendo assim uma elevada complexidade. A rede ZigBee pode suportar até 254 dispositivos. 
• Baixo consumo de energia: Os dispositivos ZigBee são concebidos para uma maior duração da bateria com baixo consumo de energia.
• Baixa latência: Os dispositivos ZigBee têm uma latência baixa, uma vez que o atraso de ativação do dispositivo é da ordem dos 15 ms.
• Maior fiabilidade: Os dispositivos ZigBee utilizam uma estratégia de prevenção de colisões que permite que os dispositivos comuniquem de forma independente sem sofrerem interferências uns dos outros.
• Segurança melhorada: O ZigBee oferece segurança de hardware e software 

No entanto, a tecnologia ZigBee tem alguns inconvenientes. As principais desvantagens são: 

• Baixa taxa de dados: O ZigBee permite apenas uma taxa de dados limitada para os seus dispositivos, tornando-o desvantajoso em aplicações críticas que requerem uma taxa de transmissão elevada.
• Propensas a interferências: As redes ZigBee são muito propensas a interferências, uma vez que utilizam a banda de frequência 2.4 GHz e podem constituir uma grande ameaça à segurança quando implementadas em ambientes ruidosos.
• Caro: Os dispositivos ZigBee são caros quando comparados com outras tecnologias LAN e PAN (Personal Area Network).
• Está optimizado para distâncias de 10 a 100 m. 

Aplicações do ZigBee

O ZigBee é mais adequado para redes PAN e LAN que só têm alcance a uma curta distância. Algumas das áreas de aplicação do ZigBee incluem: 

• Aplicações para casas inteligentes: O ZigBee é uma tecnologia popular utilizada em electrodomésticos inteligentes, como sistemas de iluminação inteligentes e sistemas de monitorização de casas inteligentes. 
• Sistemas de controlo automático: Estes sistemas incluem o controlo de sinais vitais nas indústrias, como a temperatura e a humidade.
• Aplicações de deteção em tempo real: A tecnologia ZigBee pode ser utilizada para realizar aplicações de monitorização em tempo real em hospitais inteligentes e aplicações de saúde em linha.
• Redes de sensores sem fios: Uma vez que o ZigBee pode lidar com muitos dispositivos, é utilizado para realizar grandes redes de sensores sem fios, como num sistema de aviso de incêndio num edifício.

A sua escolha entre LoRa e ZigBee 

Neste artigo, discutimos brevemente as tecnologias LoRaWAN e ZigBee juntamente com algumas das suas aplicações. A escolha entre as duas rivalidades depende dos requisitos e da aplicação do utilizador.

A LoRaWAN é mais adequada para aplicações que requerem um maior alcance sem requisitos de tempo real ou de controlo. Como é amigável à comunidade, é mais adequada para aplicações de código aberto que exigem baixas taxas de dados. Além disso, como a rede LoRaWAN é realizada como uma topologia em estrela, é fácil de implementar. No entanto, as redes LoRaWAN não são fiáveis e não são adequadas para aplicações industriais e pessoais críticas. 

No entanto, o ZigBee é uma tecnologia de rede fiável amplamente utilizada na indústria para satisfazer os requisitos de controlo e em tempo real. É realizado como um rede em malha A topologia em malha é mais complexa, o que torna a sua implementação mais complexa. Embora o seu alcance seja limitado, a natureza multi-salto da topologia em malha pode ser explorada para obter um longo alcance de funcionamento. 

Conclusão 

Em conclusão, podemos ver que a escolha entre ZigBee e LoRaWAN depende dos requisitos do utilizador e da aplicação. Como ambas são tecnologias que consomem pouca energia, elas podem lidar com dispositivos alimentados por bateria. Finalmente, a LoRaWAN seria a candidata ideal para aplicações de baixo custo que requerem apenas capacidades de monitorização, enquanto a ZigBee seria ideal para aplicações industriais que requerem fiabilidade e segurança de hardware. 

Também pode interessar-lhe:

1, A diferença entre LoRaWAN e Sigfox

2, A diferença entre LoRaWAN e NB-IoT

3, Cinco aplicações mais populares da LoRaWAN