La risposta diretta

Scegliere tra ESP-NOW, WiFi e LoRa non significa trovare il protocollo "migliore"; è un esercizio di gestione di vincoli fisici e ambientali. Se il vostro progetto deve inviare piccoli pacchetti a diversi chilometri di distanza senza infrastruttura, usate LoRa. Se dovete trasmettere dati ad alta banda verso internet e disponete di un router affidabile alimentato dalla rete, usate il WiFi. Se vi serve una comunicazione peer-to-peer a bassa latenza e a basso consumo entro un raggio di 100 metri senza dipendere da un router, usate ESP-NOW.

Il vincolo dell'infrastruttura: sopravvivere al load-shedding

In Sudafrica il load-shedding rende la dipendenza dall'infrastruttura una decisione progettuale critica. Se il vostro progetto si appoggia al WiFi standard, dipende dal fatto che il vostro switch di rete o il router siano alimentati. Quando la rete elettrica cade, i vostri dispositivi IoT basati su WiFi perdono la connessione, anche se funzionano con batterie di riserva. ESP-NOW e LoRa lavorano peer-to-peer. Non hanno bisogno di un Access Point (AP) o di un router per comunicare. Un trasmettitore ESP-NOW può inviare una lettura di sensore direttamente a un ricevitore ESP-NOW alimentato da un semplice pacco batterie. Allo stesso modo, i dispositivi LoRa comunicano direttamente su frequenze radio sub-gigahertz (tipicamente 868 MHz da noi), del tutto indipendenti dall'infrastruttura di rete locale.

Portata contro throughput: la fisica della radio

Non si possono aggirare le leggi dell'elettromagnetismo. Bisogna barattare portata per throughput, o throughput per consumo energetico. Ecco come si confrontano i tre protocolli nelle installazioni reali:

La trappola del blocco di canale: mescolare ESP-NOW e WiFi

Uno schema architetturale comune consiste nell'usare nodi ESP32 economici con ESP-NOW per raccogliere i dati dei sensori e un ESP32 centrale che fa da "gateway" per ricevere questi pacchetti e inoltrarli a un broker MQTT via WiFi. Sembra elegante, ma nasconde una modalità di guasto devastante. L'ESP32 ha una sola radio fisica. Quando configurate quella radio per collegarsi a un Access Point WiFi locale, il chip deve sintonizzarsi sul canale specifico usato da quell'AP (per esempio il canale 6). ESP-NOW, per impostazione predefinita, trasmette sul canale 1.

Nota sul campo di Sheen: su una scheda, il collegamento a WiFi/MQTT inchioda la radio al canale dell'AP; il peer ESP-NOW sul canale predefinito non riceve nulla, mentre lo schermo continua a dire "inviato".

Poiché ESP-NOW è senza connessione, il mittente non esegue alcun handshake. Diffonde il pacchetto, vede che la radio ha trasmesso con successo il segnale fisico e riporta uno stato di "inviato" riuscito sul display locale o sul monitor seriale. Nel frattempo il ricevitore, agganciato al canale dell'AP WiFi, è in ascolto su una frequenza completamente diversa. Il pacchetto si perde nell'etere e il vostro sistema fallisce silenziosamente. Per risolvere, dovete forzare via software il mittente ESP-NOW a scandire e ad allinearsi al canale WiFi del gateway, aggiungendo complessità a quello che doveva essere un nodo semplice.

L'equazione energetica: tempo attivo contro tempo di sonno

Gli handshake di connessione WiFi sono costosi. Quando un ESP32 si sveglia dal deep sleep per collegarsi a una rete WiFi, deve svolgere una negoziazione DHCP, risolvere gli indirizzi IP e stabilire una connessione TCP. Questo processo può richiedere da 2 a 10 secondi, durante i quali la radio assorbe fino a 240 mA. Con ESP-NOW non c'è alcun handshake. Il dispositivo si sveglia, trasmette subito il suo pacchetto (cosa che richiede meno di 100 millisecondi) e torna a dormire. Questo significa che un nodo sensore ESP-NOW alimentato da una singola batteria al litio può durare mesi, mentre un nodo WiFi che svolge lo stesso compito potrebbe scaricare la batteria in un paio di settimane.

I vincoli del WiFi scolastico e aziendale

Se progettate lavori per le scuole sudafricane o per ambienti aziendali, il WiFi standard è spesso improponibile. Le reti WPA2-Enterprise richiedono un'autenticazione con nome utente e password, notoriamente difficile da configurare su microcontrollori di base. In più, gli amministratori IT delle scuole bloccano abitualmente le porte locali, impedendo il traffico MQTT o UDP tra i dispositivi. Per gli ambienti didattici ESP-NOW è il vincitore netto. Aggira completamente la rete scolastica e permette agli studenti di costruire progetti interattivi con più dispositivi senza aver bisogno di una sola password WiFi o di configurazioni di rete.

Quando scegliere LoRa

LoRa è la scelta giusta quando il vostro progetto deve reggere all'aperto, su lunghe distanze o in zone rurali profonde. Se state monitorando l'umidità del suolo in una fattoria, o tenendo d'occhio un cancello di sicurezza all'estremità di un terreno, né il WiFi né ESP-NOW ci arriveranno. I segnali sub-GHz di LoRa penetrano muri e vegetazione molto meglio dei segnali a 2,4 GHz. Dovete però progettare con attenzione il payload: non potete inviare video, audio o telemetria ad alta frequenza. Siete limitati all'invio di piccoli pacchetti di byte ogni pochi minuti.

Prendere la decisione

Per scegliere la radio giusta, ponetevi queste tre domande nell'ordine:

• I dati devono percorrere più di 200 metri? Se sì, usate LoRa.
• Avete il controllo della rete WiFi e resterà alimentata durante il load-shedding? Se no, o se vi trovate in un ambiente scolastico con politiche IT rigide, usate ESP-NOW per la comunicazione locale tra dispositivi.
• Il vostro dispositivo deve dialogare direttamente con API web, database in cloud o piattaforme locali di domotica? Se sì, usate il WiFi, ma tenete presente la trappola del blocco di canale se pensate di collegarlo a ESP-NOW.

Se state sviluppando soluzioni IoT su misura o insegnate physical computing in Sudafrica, districarsi tra questi vincoli hardware è metà del lavoro. Per hardware robusto e pronto per l'aula, progettato per funzionare in modo affidabile nelle condizioni locali, esplorate la nostra gamma di controllori su Sheen IoT.