Tecnologie a confronto: LoRA vs ZigBee

LoRA vs ZigBee
Come abbiamo accennato in un precedente articolo “LA SCELTA DI LORA” nell’ambito del progetto Smartwatertech, dopo un’attenta analisi abbiamo infine deciso di adottare la tecnologia LoRa a discapito di Zigbee e ci pare opportuno esporne i principali elementi di questo studio.

Che cos’è Zigbee

Il marchio Zigbee è di proprietà di Zigbee Alliance, un gruppo di società che manutengono lo standard Zigbee.
Centinaia di milioni di dispositivi che utilizzano la tecnologia Zigbee sono distribuiti in tutto il mondo, con oltre 2.200 prodotti certificati.
Il marchio è stato concepito nel 1998, standardizzato nel 2003 e rivisto nel 2006; il suo nome deriva dalla danza delle api.

A che cosa serve Zigbee?

LoRA vs ZigBee

Zigbee  fornisce la maggior parte delle funzionalità di base (connettività, portata, sicurezza) e, come standard, consente l’interoperabilità con qualsiasi dispositivo certificato Zigbee.

Una rete Zigbee è una rete wireless ad hoc a bassa potenza, bassa velocità di trasmissione e prossimità, che supporta la topologia di rete mesh. È particolarmente adatta per applicazioni domestiche e d’ufficio, dove i dispositivi si trovano in una piccola area.

Funziona a distanze da 10 a 100 metri in linea d’aria. Utilizza la specifica WPAN IEEE 802.15, fornendo velocità di trasmissione dati di 250 kbps, 40 kbps e 20 kbps.

Le basse velocità di trasmissione dati e la vicinanza consentono ai dispositivi che utilizzano batterie più piccole di durare anni.

Interessante è una delle nuove caratteristiche prevista dallo standard per la quale la Alliance ha creato un logo ad hoc per i dispositivi che la offrono: è la Green Power di Zigbee Pro.

Questa consente di alimentare i dispositivi utilizzando metodi di raccolta dell’energia con batterie di piccola dimensione o addirittura senza batterie, risparmiando così sui costi di manutenzione riducendo la necessità di sostituirle regolarmente. Inoltre, questa caratteristica nei prodotti di illuminazione consente una flessibilità continua e risparmi sui costi negli spazi commerciali, consentendo di modificare lo spazio interno senza i limiti delle soluzioni cablate. La funzionalità offre notevoli risparmi ecologici sfruttando la raccolta di energia per attingere a fonti come movimento, luce e vibrazioni per far funzionare dispositivi IoT a bassa potenza.

La Zigbee Alliance recentemente ha lanciato il suo linguaggio IoT-based, Dotdot, che consente agli oggetti intelligenti di lavorare congiuntamente su qualsiasi rete. Dotdot non si limita a Zigbee; può funzionare su anche su IP e altre reti; ha anche annunciato Dotdot over Thread, un protocollo IPV6 per connettere i dispositivi domestici.

Confronto fra LoRa e Zigbee

LoRaWAN prevede una topologia a stella, il che significa che ogni nodo deve comunicare direttamente con un gateway e viene utilizzato per applicazioni di rilevamento a basso costo.

LoRaWAN è adatto per semplici applicazioni di rilevamento, in cui i sensori sono alimentati a batteria e hanno velocità di aggiornamento dei dati lente nell’intervallo di poche volte al giorno fino a intervalli di 2-5 minuti.

Zigbee ha una topologia di rete mesh più flessibile, affidabile ed espandibile, costruita per l’affidabilità con capacità di “auto-riparazione” e nodi che possono comunicare con qualsiasi altro nodo sulla rete mesh, multi-hopping per distanze molto lunghe e utilizzata per il monitoraggio, il controllo e applicazioni di automazione. E’ ideale per le applicazioni di rilevamento, comprese le applicazioni che richiedono polling ad alta velocità e alta affidabilità, come il controllo/l’automazione e il monitoraggio delle condizioni delle apparecchiature o il processo strumentazione.

LoRaWAN sta ricevendo molte più attenzioni negli ultimi anni, rispetto a Zigbee, anche se sono entrambe reti IoT a bassa potenza e Zigbee ha anche opzioni a lungo raggio che possono competere con le distanze di LoRaWAN o addirittura superare attraverso il multi-hopping e le reti a maglie.

Zigbee è anche un protocollo più affidabile, con una storia più lunga nell’industria, utilizzato sia per il monitoraggio che per il controllo, mentre LoRaWAN è limitato all’uso di sensori a basso costo e bassa potenza.

I grandi vantaggi di LoRaWAN sono il basso costo per il lungo raggio, che fornisce “ottimo rapporto qualità-prezzo” nelle applicazioni di rilevamento alimentate a batteria. C’è anche una grande comunità open source dietro la tecnologia e gateway gratuiti per i nodi a cui connettersi con reti guidate dalla comunità (come The Things Network e Chirpstack), che è un bene per sviluppatori e comunità. La topologia a stella è semplice da utilizzare e consente di ottenere una lunga durata della batteria con tassi di polling lenti. Quindi, LoRaWAN è un’ ottima scelta se si lavora su un progetto di rilevamento in cui non sono previsti requisiti in tempo reale, di controllo o di automazione e non è necessaria una frequenza di query veloce. Se sono necessari controllo, automazione o velocità di polling più elevate, sarà necessario passare a un protocollo wireless industriale come Zigbee.

Conclusioni

In sintesi, sia LoRaWAN sia Zigbee hanno una chiara collocazione in continua evoluzione e crescita nel mondo IoT.  Se LoRaWAN è ottimo per applicazioni a basso costo d’altro canto Zigbee è una scelta obbligata per le applicazioni industriali che richiedono affidabilità, monitoraggio, controllo o automazione in tempo reale.

Mentre questo protocollo è altamente sottovalutato per il rilevamento a bassa potenza dove sta facendo sensibili miglioramenti, uno degli innegabili svantaggi è proprio la mancanza di licenza GPL che obbliga qualsiasi produttore di dispositivi ZigBee di aderire in modo oneroso alla Zigbee Alliance mentre per LoRaWAN c’è una fervente comunità opensource.

Proprio grazie a quest’ultima caratteristica vale la pena sottolineare che anche se come standard ufficiale LoRaWAN non prevede la topologia mesh ci sono molti lavori di ricerca e sperimentali che hanno dimostrato come nodi LoRa possano comunicare tra loro in multi-hopping, attraverso meccanismi di routing o di inoltro superando di fatto la topologia a stella.


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