LoRa与ZigBee在智能家居中的对比

飞行的UPS

导读：从理论上、根本上，进一步认识LoRa，从而合理地选择适合的通信技术，为用户提供更优质的智能家居产品和服务。

凡是使用过智能家居的人都知道，最头痛的不是功能不够，而是产品不稳定，设置好的功能时有时无。离家后最担心不是会发生什么，而是发生了什么但产品却不工作，反而误了大事。

这个问题的根本是系统采用的无线传输技术的局限。现在智能家居的主流通信技术还是ZigBee、WiFi或蓝牙。幸运的是近些年物联网技术有了飞速发展，从中突围而出的有LoRa,NB-IoT等。新的技术很好地解决了系统的可靠性问题，给用户带来安全可靠的全新体验。

下面我们将对LoRa和ZigBee从技术的角度做一个一对一比较。从理论上、根本上，进一步认识LoRa，从而合理地选择适合的通信技术，为用户提供更优质的智能家居产品和服务。

LoRa、ZigBee主要性能对比

LoRa(Long Range Radio)是Semtech公司创建的低功耗广域网无线标准，它在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。它是LPWAN通信技术中的一种，该技术基于扩频技术，能很好地兼顾距离和功耗。随着世界范围内的智能城市、智能小区、智能工厂等步伐的推进，LoRa技术已逐步应用于全球各地的物联网中。

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有带宽宽、距离短。

对上表的部分项目进行分析：

· 载波频率

LoRa使用的载波频率较低，信道衰减慢，穿墙能力强，而ZigBee使用频率为2.4G，信道衰减快，穿墙能力差。此外，工作在2.4G的产品（ZigBee、WiFi等）种类和数量庞大，相互干扰程度较大。

· 接收灵敏度

LoRa 基于扩频技术，抗干扰能力强。LoRa和ZigBee部分芯片的接收灵敏度分别如表和表3所示：

从表2可看出，LoRa所能达到的接收灵敏度从理论上提供了高可靠通信的可能性。对比表2和表3，LoRa的接收灵敏度明显优于ZigBee的接收灵敏度。如引言所提到，目前智能家居亟待优化的可靠性问题，LoRa是一个非常好的选择。

· 距离

从表1中LoRa技术的主要特性可看出，通信距离长，因此应用LoRa技术将大量设备部署于整栋楼房甚至整个小区也是完全可行的，例如水电表的数据抄送、小区的安防、消防监控等，也方便集中管理。

· 功耗

从上表可看出，ZigBee与LoRa主流芯片的发射电流接近，LoRa的接收电流低于ZigBee，两者的功耗都比较低。一般来说，ZigBee系统在组网和正常工作阶段终端发送和接收的数据包数量大于LoRa，这些交互也会使得功耗增加。

· 数据速率

从表1可看出LoRa的数据速率不是非常高，但智能家居中依然可用LoRa技术，从以下两方面进行说明。

a.LoRa技术可用于传输智能家居中控制类信号

纵观目前的智能家居产品，其中一个主推功能是各类传感器根据外界条件（温度、湿度光照）的变化执行采取不同的动作，因此该类功能几乎不涉及数据的传输；另一个主推功能是各种智能家居设备联合组成的智能场景，如回家打开门，照明灯自动打开、空调自动调至偏好温度…这类功能仅需要对场景中的各设备配置一次，后续启用该场景只需触发并传输一个控制信号各设备即可执行相应动作，场景即可生效。从这两类主要功能来看，大多数智能家居设备所需要传输的控制信号极少，若干字节，因此支持低速率的LoRa技术也可满足。LoRa不仅能满足这种数据量少的控制类智能家居设备，由于LoRa抗干扰能力强，信号覆盖范围广，容量大，所需要的网关数量少，可节约成本。

b.LoRa可搭配WiFi等通信技术联结数据量大的应用，提升智能家居系统整体性能

除了前文提到的少量控制信息，为了进一步提升智能家居的性能，联结高数据速率的应用，智能家居除LoRa技术外还可以搭配普及度高的WiFi信号，进行音视频数据的传输并接入互联网。这样利用LoRa的广覆盖、信号强的特性传输整体的控制类信息，局部小范围使用数据速率快的WiFi传输音视频类数据，将智能家居的体验提升至一个新的水平。

· 主要应用场景

LoRa具有长距离、抗干扰能力强、低功耗等优点，基于此LoRa常见的应用场景包括智慧城市，智能家居，智能建筑，智能环境监测，智能测量，智能农业，智能工业，智能零售，智能物流，智能安防，智能消防等。尤其是在智能家居方面，Lora使得应用场景从室内无缝地延伸到室外以至整个社区。

ZigBee主要是通信频带较宽，通信距离近等特点，常见的应用场景包括智能家居，智能测量，智能农业。

ZigBee早于LoRa进入智能家居领域，并形成了一定规模的生态链。随着应用的深入，ZigBee自身的局限使ZigBee的产品遇到了瓶颈。同时LoRa正以强劲的势头进军该领域。目前，已有厂家实现基于LoRa技术的智能家居解决方案，如YoSmart、简舒、慧联无限和亚马逊的Sidewalk[7]等。

· 网络拓扑

目前使用LoRa技术的系统大多采用星型的拓扑结构，这种组网方式控制较简单，方便数据集中处理。除星型组网外也可考虑其它拓扑结构，网状拓扑结合泛洪的数据传输方式以及合理的数据包管理可以提高系统可靠性。LoRa通信距离长，采用网状组网的可避免使用中继，终端相互覆盖程度高，系统可靠度高。而D2D非常适合网络局部区域的数据传输，可提高系统实时性并有效分担关键节点的流量拥塞。因此在应用LoRa技术搭建系统时，可根据实际需求搭配使用多种拓扑结构，进一步提升系统性能。

ZigBee的网络结构不止一种，但是由于ZigBee的通信距离短，穿墙能力弱，网络扩展难度较大。

· 组网难度

ZigBee网络中一般包括协调节点、路由节点以及一般的终端节点。协调节点负责网络的创建与维护、路由节点负责路由寻找与维护。ZigBee组网包括网络初始化以及一般终端节点入网过程。网络初始化主要流程包括：确定网络协调节点、信道扫描、设置网络ID。一般终端节点入网包括通过协调节点连接入网和通过已有节点入网。通过协调器入网的主要流程包括：查找网络协调器、发送关联请求、等待协调器处理、发送数据请求命令、回复。通过已有节点入网则需要扫描网络找到合适的节点作为父节点，否则入网失败。而对于LoRa组网，主要采用星型组网，终端扫描到网关信息、发送入网请求、网关回复即可正常工作。相较之下LoRa的组网相比ZigBee组网在复杂度、难度和时间上有明显优势。

· 成本

由于LoRa通信距离长、穿墙能力强，系统容量大、相同数量的终端所需要的LoRa网关比ZigBee网关数量少很多，可节省系统组网成本。Lora产品的安装使用较ZigBee更简单，因而安装使用成本更低。

LoRa吸引众多玩家，替代ZigBee并非不可能

LoRa商用的时间晚于ZigBee十几年，它的应用与当前的需求更贴近。目前已经有越来越多的公司投入到LoRa相关研发与应用当中。在中国，阿里、中兴、腾讯等都是中国LoRa应用联盟(China Lora Application Alliance，简称CLAA)的成员并参与推广工作。LoRa联盟的成员数以及支持LoRa的终端数大幅增长。

由于ZigBee商用时间早于LoRa，利用ZigBee技术传输数据的智能家居生态链已有一定规模。智能家居生态链中一般包含应用控制、数据传输、数据采集等部分，ZigBee负责数据传输功能，如将当前生态链从ZigBee通信技术转换成更具优势的LoRa，只需要将ZigBee模块替换成LoRa模块和网关便可实现智能家居生态的更新换代。如深科技所推出的LoRa智能门锁，开关，插座等便是将ZigBee智能家居产品快速迭代典范。它是沿用原ZigBee供应链和应用系统推出的新一代智能家居整体解决方案。

总结

总的来说，LoRa已经成为一种推动现代物联网应用的通讯技术，除了常见的水电表应用，现已扩展应用于智能家居。对于传感和控制类的物品，类似门锁、插座、照明等，LoRa可以提供比其它技术如ZigBee等更好的抗干扰能力、穿墙传输能力。从而使得系统部署简单易行，应用范围更广（从室内到室外），系统成本更低。Lora还可以搭配WiFi、BLE与现有的智能语音、智能视频等技术集成，提供完整的智能家居体验。现在已有越来越多的行业龙头企业、公司参与到LoRa的应用开发中。它们当中有YoSmart、亚马逊的Sidewalk[7] 、简舒、慧联无限等。LoRa技术正在成为智能家居新的驱动力。