LoRa против Zigbee: Какая технология лучше для IoT

В этой статье мы сравним различия между технологиями LoRa и ZigBee, которые являются технологиями с низким энергопотреблением. Вначале будет дано краткое представление об обеих технологиях, затем будут указаны их преимущества и недостатки. Далее представлены некоторые ключевые приложения IoT для каждой технологии. Наконец, представлены факторы, которые необходимо учитывать при выборе одной из технологий. 

Введение в технологии LPWAN и LAN 

Прежде чем обсуждать ZigBee и LoRaWAN (LoRa), необходимо получить краткое представление о двух типах сетей, к которым они относятся, - локальных (LAN) и глобальных (WAN), соответственно. 

Локальная сеть (LAN) распространяется на небольшом расстоянии, которое охватывает здание или этаж здания. Для сравнения, глобальная сеть (WAN) - это сеть, которая охватывает весь город или район. 

Технологии локальных сетей распространяются на небольшие расстояния с ко1TP8Туникацией "точка-точка". Кроме того, эти сети в идеале являются частными по своей природе, то есть они доступны определенному количеству пользователей. Для сравнения, технологии WAN охватывают большие расстояния, а также могут быть частными или публичными, в зависимости от характера приложения. A Маломощная глобальная сеть (LPWAN) - это сеть, которая имеет низкое энергопотребление по сравнению с обычными глобальными сетями. 

Теперь, когда у нас есть краткое представление о сетях, давайте поговорим о различиях между LoRaWAN и ZigBee, обсудив каждую технологию отдельно. 

Что такое LoRa и LoRaWAN? 

LoRaWAN - это технология глобальной сети, основанная на радиомодуляции LoRa. Технология LoRaWAN относится к категории сетей LPWAN, предназначенных для работы на больших расстояниях и с низким энергопотреблением. Это проприетарная и открытая сеть, признанная во всем мире и управляемая Альянс LoRa. LoRaWAN использует нелицензируемый частотный спектр, и частотный диапазон отличается в зависимости от местоположения. Например, в Северной Америке используется диапазон 915 MHz, в Европе - 868 MHz, а в Азии - 433 MHz и 169 MHz. 

Что такое ZigBee? 

По сравнению с LoRaWAN, ZigBee это технология локальной сети, направленная на реализацию подключения нескольких устройств IoT на коротком расстоянии. Она основана на технологии беспроводной связи IEEE 802.15.4 Low-rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN). ZigBee также является собственной сетью, управляемой ZigBee Alliance, и используется для реализации сетей IoT-устройств с низкой скоростью передачи данных. 

Преимущества и недостатки LoRaWAN 

Давайте рассмотрим некоторые преимущества и недостатки технологии LoRaWAN в контексте IoT-приложений. 

Ключевыми преимуществами технологии LoRaWAN являются: 

• Низкое энергопотребление: LoRaWAN потребляет мало энергии, поскольку использует схему радиомодуляции LoRa. Таким образом, устройства, построенные на основе модуляции LoRa, имеют увеличенное время автономной работы, достигающее 10 лет.
• Большой радиус действия: Устройства LoRaWAN могут со1TP8Туниковаться на расстоянии более 15 км в пределах прямой видимости.
• Использование нелицензируемого частотного спектра: Устройства LoRaWAN полагаются на безлицензионный частотный спектр для их работы, что делает их открытым сетевым протоколом.
• Устройства LoRaWAN восприимчивы к шумам и помехам.

Несмотря на преимущества LoRaWAN, существуют и некоторые недостатки ее использования. К ним относятся: 

• Communication с низкой полезной нагрузкой: Сеть LoRaWAN позволяет устройствам передавать только низкую полезную нагрузку. Это означает, что по сети LoRaWAN можно передавать только простые биты данных. 
• Отсутствие аппаратной безопасности: LoRaWAN не гарантирует аппаратную безопасность, которая имеет решающее значение в межмашинном взаимодействии (Machine-to-machine).M2M) communication. Вместо этого LoRaWAN обеспечивает шифрование на основе программного обеспечения.
• Устройства LoRaWAN не подходят для приложений, требующих непрерывного мониторинга, и приложений, требующих управления исполнительными механизмами.

Области применения LoRaWAN 

Приложения LoRaWAN в основном основаны на: 

• Приложения для мониторинга: В этих приложениях устройства LoRaWAN будут периодически передавать свое состояние на большое расстояние. Это состояние используется для мониторинга интересующего объекта. Например, мониторинг состояния окружающей среды и системы раннего оповещения о стихийных бедствиях.
• Приложения для отслеживания: Устройства LoRaWAN используются для отслеживания активов, людей и объектов. Эти устройства обычно питаются от батарей и периодически передают информацию о своем состоянии. Они более энергоэффективны по сравнению с другими технологиями отслеживания. 
• Приложения для "умных городов": Поскольку устройства LoRaWAN могут взаимодействовать на большом расстоянии, они популярны в приложениях "умного города". 
• Приложения для управления цепочками поставок: Устройства LoRaWAN могут использоваться для отслеживания активов в цепочках поставок. 

Преимущества и недостатки ZigBee 

Обсудив области применения LoRaWAN, давайте рассмотрим некоторые преимущества и недостатки ZigBee. 

ZigBee, по сравнению с LoRaWAN, - это технология локальной сети, которая используется для реализации IoT-приложений малой дальности. К ключевым преимуществам ZigBee относятся: 

• ZigBee может работать с большим количеством устройств, поэтому имеет высокую сложность. Сеть ZigBee может обслуживать до 254 устройств. 
• Низкое энергопотребление: Устройства ZigBee рассчитаны на длительное время автономной работы при низком энергопотреблении.
• Низкая задержка: Устройства ZigBee имеют низкую задержку, поскольку задержка активации устройства составляет порядка 15 мс.
• Повышенная надежность: В устройствах ZigBee используется стратегия предотвращения столкновений, которая позволяет устройствам взаимодействовать независимо друг от друга, не подвергаясь взаимным помехам.
• Повышенная безопасность: ZigBee обеспечивает как аппаратную, так и программную безопасность 

Однако у технологии ZigBee есть и недостатки. К основным недостаткам относятся: 

• Низкая скорость передачи данных: ZigBee допускает лишь ограниченную скорость передачи данных для своих устройств, что делает его невыгодным для критически важных приложений, требующих высокой скорости передачи данных.
• Подверженность помехам: Сети ZigBee очень подвержены помехам, так как используют частотный диапазон 2,4 GHz и могут представлять серьезную угрозу безопасности при внедрении в шумных средах.
• Дорого: Устройства ZigBee стоят дорого по сравнению с другими технологиями LAN и PAN (Personal Area Network).
• Он оптимизирован для работы на расстоянии от 10 до 100 м. 

Области применения ZigBee

ZigBee больше всего подходит для сетей PAN и LAN, которые могут работать только на небольшом расстоянии. Некоторые из областей применения ZigBee включают: 

• Применение в "умном доме": ZigBee - популярная технология, используемая в устройствах "умного дома", таких как интеллектуальные системы освещения и системы мониторинга "умного дома". 
• Системы автоматического управления: Они включают в себя контроль жизненно важных параметров в промышленности, таких как температура и влажность.
• Сенсорные приложения реального времени: Технология ZigBee может быть использована для реализации приложений мониторинга в реальном времени в "умных" больницах и приложениях электронного здравоохранения.
• Беспроводные сенсорные сети: Поскольку ZigBee может работать с большим количеством устройств, он используется для реализации больших беспроводных сенсорных сетей, как, например, в системе оповещения о пожаре в здании.

Выбор между LoRa и ZigBee 

В этой статье мы кратко рассмотрели технологии LoRaWAN и ZigBee, а также некоторые из их применений. Выбор между этими двумя соперничающими технологиями зависит от требований пользователя и его приложения.

LoRaWAN больше всего подходит для приложений, которым требуется большая дальность действия без требований к реальному времени или управлению. Так как сеть community-friendly, она наиболее подходит для приложений с открытым исходным кодом, требующих низкой скорости передачи данных. Кроме того, поскольку сеть LoRaWAN реализована в виде топологии "звезда", ее легко внедрить. Однако сети LoRaWAN ненадежны и не подходят для критически важных промышленных и персональных приложений. 

Однако ZigBee - это надежная сетевая технология, широко используемая в промышленности для удовлетворения требований реального времени и управления. Она реализована в виде ячеистая сеть топологии, что делает ее более сложной в реализации. Хотя она ограничена по дальности, многоходовая природа топологии ячеек может быть использована для реализации большого радиуса действия. 

Заключение 

В заключение можно сказать, что выбор между ZigBee и LoRaWAN зависит от требований пользователя и сферы применения. Поскольку обе технологии отличаются низким энергопотреблением, они могут работать с устройствами, питающимися от батарей. Наконец, LoRaWAN будет идеальным кандидатом для недорогих приложений, требующих только возможности мониторинга, в то время как ZigBee идеально подойдет для промышленных приложений, требующих надежности и аппаратной безопасности. 

Вам также может быть интересно:

1, Разница между LoRaWAN и Sigfox

2, Разница между LoRaWAN и NB-IoT

3, Пять наиболее популярных областей применения LoRaWAN