Zigbee ও LoRaWAN — লো-পাওয়ার WAN

১ · Zigbee — মেশ নেটওয়ার্কিং

ZigbeeZigbeeIEEE 802.15.4-ভিত্তিক লো-পাওয়ার মেশ প্রোটোকল — ডিভাইসগুলো একে অপরের বার্তা রিলে করে, ফলে প্রতিটি ডিভাইসের নিজস্ব রেঞ্জ কম হলেও পুরো নেটওয়ার্ক অনেক বড় এলাকা কভার করতে পারে। হলো IEEE 802.15.4 স্ট্যান্ডার্ডের উপর তৈরি একটি লো-পাওয়ার প্রোটোকল, যার সবচেয়ে বৈশিষ্ট্যপূর্ণ দিক হলো মেশ নেটওয়ার্কিং — একটি ডিভাইস সরাসরি হাব/কো-অর্ডিনেটরের রেঞ্জের বাইরে থাকলেও, মাঝের অন্য Zigbee ডিভাইস সেই বার্তা রিলে করে দিতে পারে। ডেটা রেট তুলনামূলক বেশি (২৫০ kbps পর্যন্ত), তাই সেন্সর রিডিং বা কন্ট্রোল কমান্ডের মতো ছোট-থেকে-মাঝারি পেলোডে ভালো কাজ করে — স্মার্ট হোম ইকোসিস্টেমে (বাল্ব, সুইচ, লক) এটি খুব জনপ্রিয়।

২ · LoRaWAN — অতি-দীর্ঘ রেঞ্জ, অতি-কম ব্যান্ডউইথ

LoRaWANLoRaWANএকটি স্প্রেড-স্পেকট্রাম মড্যুলেশন-ভিত্তিক লো-পাওয়ার WAN প্রোটোকল — এক লাফেই (single-hop) কিলোমিটার-স্কেল রেঞ্জ দেয়, কিন্তু বিনিময়ে ডেটা রেট অত্যন্ত কম। সম্পূর্ণ ভিন্ন কৌশল নেয় — মেশ দিয়ে রেঞ্জ বাড়ানোর বদলে, এটি একটি বিশেষ স্প্রেড-স্পেকট্রাম মড্যুলেশন (LoRa) ব্যবহার করে যা একটি একক লাফেই (single hop) কয়েক কিলোমিটার পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে — গ্রামীণ এলাকায় প্রায়ই ১০+ কিমি। বিনিময়ে ডেটা রেট অত্যন্ত কম (স্প্রেডিং ফ্যাক্টরের উপর নির্ভর করে সাধারণত কয়েকশ bps থেকে কয়েক kbps) — তাই এটি শুধু ছোট, কালেভদ্রে পাঠানো পেলোডের (যেমন প্রতি ঘণ্টায় একটি সয়েল-ময়েশ্চার রিডিং) জন্য উপযুক্ত, ভিডিও বা বড় ফাইলের জন্য নয়। একটি গেটওয়েই বিশাল এলাকার সব ডিভাইস কভার করতে পারে বলে অবকাঠামো খরচ তুলনামূলক কম।

৩ · একটি সত্যিকারের গণনা — ট্রান্সমিশন সময় ও চার্জ খরচ

সূত্রটি সহজ — $t = \dfrac{\text{payload bits}}{\text{data rate (bps)}}$। ধরা যাক একটি সেন্সর নোড ২০ বাইট (১৬০ বিট) একটি ছোট পেলোড পাঠাচ্ছে। Zigbee-র সাধারণ ডেটা রেট ২৫০,০০০ bps। LoRaWAN-এর ডেটা রেট স্প্রেডিং ফ্যাক্টরের (SF) উপর নির্ভর করে বদলায় — দীর্ঘতম রেঞ্জের মোডে (SF12) মাত্র ~৩০০ bps, আর সবচেয়ে দ্রুত মোডে (SF7, কম রেঞ্জ) ~৫৪৭০ bps। নিচের কোড তিনটি ক্ষেত্রেই ট্রান্সমিশন সময় গণনা করছে, এবং ট্রান্সমিট কারেন্টের সাথে গুণ করে একটি আনুমানিক "প্রতি-বার্তা চার্জ খরচ" (mA·s, একই ভোল্টেজ ধরে একটি তুলনামূলক প্রক্সি হিসেবে) বের করছে।

payload_bytes = 20
payload_bits = payload_bytes * 8

# --- ডেটা রেট (illustrative, প্রতিটি প্রোটোকলের সাধারণ মান) ---
zigbee_data_rate_bps = 250_000        # IEEE 802.15.4, সর্বোচ্চ সাধারণ রেট
lorawan_sf12_bps = 300                # LoRaWAN দীর্ঘতম রেঞ্জ মোড (SF12)
lorawan_sf7_bps = 5_470               # LoRaWAN সবচেয়ে দ্রুত মোড (SF7, কম রেঞ্জ)

# --- ট্রান্সমিট কারেন্ট (illustrative, কমনলি-সাইটেড আনুমানিক মান) ---
zigbee_tx_current_ma = 24.0
lorawan_tx_current_ma = 44.0          # লং-রেঞ্জ ট্রান্সমিট পাওয়ার সাধারণত বেশি


def tx_time_s(bits, data_rate_bps):
    return bits / data_rate_bps


def charge_per_message_ma_s(tx_current_ma, tx_time_s_value):
    return tx_current_ma * tx_time_s_value


rows = [
    ("Zigbee (250 kbps)", zigbee_data_rate_bps, zigbee_tx_current_ma),
    ("LoRaWAN SF12 (দীর্ঘ রেঞ্জ)", lorawan_sf12_bps, lorawan_tx_current_ma),
    ("LoRaWAN SF7 (কম রেঞ্জ, দ্রুত)", lorawan_sf7_bps, lorawan_tx_current_ma),
]

print(f"পেলোড: {payload_bytes} বাইট ({payload_bits} বিট)\n")
results = []
for name, rate_bps, tx_current_ma in rows:
    t_s = tx_time_s(payload_bits, rate_bps)
    charge = charge_per_message_ma_s(tx_current_ma, t_s)
    results.append((name, t_s, charge))
    print(f"{name:<28} ডেটা রেট: {rate_bps:>7} bps  "
          f"ট্রান্সমিশন সময়: {t_s * 1000:8.2f} ms  "
          f"চার্জ/বার্তা: {charge:8.4f} mA·s")

zigbee_charge = results[0][2]
lora_sf12_charge = results[1][2]
lora_sf7_charge = results[2][2]

print(f"\nLoRaWAN SF12-এ একটি বার্তায় Zigbee-র তুলনায় "
      f"{lora_sf12_charge / zigbee_charge:.0f}x বেশি চার্জ লাগে।")
print(f"LoRaWAN SF7-এও Zigbee-র তুলনায় "
      f"{lora_sf7_charge / zigbee_charge:.0f}x বেশি চার্জ লাগে (রেঞ্জ কম হওয়া সত্ত্বেও)।")