Radio Frequency Identification
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RFID (Radio Frequency Identification) zählt zu den automatisierten Identifizierungssystemen. Die Objekte werden mit einem RFID-Transponder versehen (auch RFID-Etikett, RFID-Chip oder RFID-Tag genannt), der Informationen zu diesem Objekt besitzt. Mittels eines Lese-/Schreibgerätes kann der Chip durch ein elektromagnetisches Feld ohne physikalische Berührung und Sichtkontakt ausgelesen bzw. beschrieben werden.
Inhaltsverzeichnis |
Bestandteile eines RFID-Systems
Transponder
Der Transponder wird auch als "Tag" bezeichnet und besteht aus einer Antenne und einem Microchip. Man unterscheidet zwischen aktiven und passiven RFID-Transpondern. Die aktiven Transponder besitzen eine eigene Stromversorgung z.B. eine Batterie oder eine Solarzelle. Die passiven Chips hingegen beziehen ihre Energie aus dem elektromagnetischen Feld, welches beim Einsatz des Lesegerätes entsteht. Folglich haben aktive Transponder eine höhere Leistung als passive Transponder. Jeder Transponder benötigt einen Speicher um Daten zu speichern und zu übermitteln. Auf ihm kann eine eindeutige unternehmensinterne Identifikationsnummer oder eine unternehmensexterne EPC-Seriennummer geschrieben werden. Es können ebenfalls weitere Daten auf ihm gespeichert werden wie z.B. den Weg, den ein Produkt, auf dem sich der Transponder befindet, zurücklegt hat. Transponder können entweder schon vom Hersteller programmiert werden oder sie können im Laufe ihres Produktlebenszykluses programmiert bzw. beschrieben werden. Des Weiteren kann der Transponder in weitere Klassen differenziert werden:
- Unterscheidung nach Bauform
- Speicherkapazität
- Programmierbarkeit
- Arbeitsfrequenzen
- Sende-, Lesereichweiten
- Unterscheidung nach Funktionsprinzip
| aktive Transponder | passive Transponder | |
|---|---|---|
| Vorteile |
eigene Energiequelle (z.B. Batterie) stärkeres Signal bis zu 100m größerer Datenspeicher Überschreibung der Daten möglich |
unbegrenzte Lebensdauer kleinere Baugröße geringeres Gewicht niedrigerer Preis |
| Nachteile |
geringere Lebensdauer Baugröße Preis |
geringere Reichweite 30cm – 3m geringere Speicherkapazität Funkfeld des Lesers dient als Energiequelle |
Lese-/Schreibgerät
Bestandteile der Erfassungsgeräte sind eine Lese bzw. Schreib-/Leseeinheit und eine Antenne. Das Lesegerät ist meist mit einer zusätzlichen Schnittstelle ausgestattet, um die ausgelesenen Daten zur Weiterverarbeitung an ein anderes System zu übertragen. Mit Hilfe von Funkwellen kann das Gerät Informationen der Transponder auslesen und diese ggf. auch beschreiben. Für diese Lese- bzw. Schreibvorgänge ist weder Berührungs- noch Sichtkontakt erforderlich.
IT-Anwendung
Im Hintergrund arbeitet ein IT-System, z.B. eine Datenbank, welches die gelesenen Daten weiterverarbeitet. Durch einen eindeutigen Schlüssel kann das Produkt aus der Datenbank ausgelesen werden und die produktspezifischen Daten, z.B. auf einem Display, Monitor oder Schreib-/Lesegeräts angezeigt werden. Somit werden die Daten, die auf dem Chip stehen, für den Menschen lesbar gemacht.
Datenmanagement
Das Datenmanagement kann auf zwei Arten erfolgen, das Eine dezentral (dezentrales Datenmanagement) d.h. die relevanten Daten werden auf dem Tag geschrieben wie z.B. Identifikationsnummer. Die andere Speicherungsmöglichkeit ist zentral (zentrales Datenmanagement), dabei werden die Daten in einer Datenbank gehalten und mithilfe einer auf dem Chip befindlichen Identifikationsnummer abgerufen. Hier können noch Kommunikationsdaten gespeichert werden wie z.B. Die Uhrzeit der Identifizierung.
Funktionsweise
Der Transponder wird von der Antenne des Lesegeräts angesprochen um Daten von ihm zu lesen oder den Transponder zu beschreiben. Die Antennen stellen das Bindeglied zwischen dem Transponder und einem Receiver dar, der die Datenerfassung und -kommunikation des Systems kontrolliert. Mittels Radiowellen sendet der RFID-Chip seine gespeicherten Daten zum Lesegerät sobald der Chip durch das elektromagnetische Feld seine Energie bezieht. Die unterschiedlichen Frequenzbereiche werden für verschiedene Anwendungen verwendet. Dabei reicht der Frequenzbereich vom Langwellen- bis in den Mikrowellenbereich.
Auswahlkriterium
Reichweite
Die RFID-Systeme werden in drei Gruppen hinsichtlich ihrer Reichweite unterteilt.
- Die Close-coupling-Systeme besitzen eine geringe Reichweite bis 1cm und müssen deshalb in ein Lesegerät geschoben oder auf eine vorgesehene Oberfläche positioniert werden, um den Transponder auszulesen. Der Frequenzbereich geht bis 30 MHz. Die Kopplung erfolgt durch elektromagnetische Felder. Anwendungsgebiete wären z.B. Türschließanlagen und kontaktlose Chipkartensysteme mit Zahlungsfunktion
- Remote-coupling-Systeme gehen bis zu einer Reichweite bis 1m. Der Frequenzbereich liegt zwischen 100 kHz und 135 kHz oder bei 6,75 MHz, 13,56 MHz und 27,125 MHz. Bei diesem System wird hauptsächlich die induktive Kopplung verwendet. Dieses System wird z.B. bei der Tieridentifikation verwendet
- Das Long-range-System geht über einen Meter Distanz und arbeitet von 915 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz und 24,125 GHz. Wobei das System mit elektromagnetischen Wellen arbeitet.
Bauform
Die Transponder gibt es in den verschiedensten Ausführungen. Die Bauform wird in Abhängigkeit des Einsatzgebietes und der Funktionen gewählt. Hier werden exemplarisch die häufigsten verwendeten Bauformen aufgeführt.
- Disks und Münzen Durchmesser wenige Millimeter – 10 cm
- Glasgehäuse 12 -32mm lange Glasröhrchen
- Plastikgehäuse zur Integration in andere Bauformen z.B. im Schlüssel für die elektronische Wegfahrsperre
- kontaktlose Chipkarten der Bauform ID-1 wie sie z.B. als Kreditkarten und Telefonkarten verwendet werden
- Smart Label sind Transponder die sich auf dünnen Papier oder Plastikfolien befinden
- Coil-on-Chip extrem miniaturisierte Bauform, da die Spule auf dem Chip mit integriert ist.
Des Weiteren gibt es zahlreiche Spezialformen und integrierte Bauformen wie z.B. in:
- Schlüssel / Schlüsselanhänger
- Uhren
- Champion Chip
- Brieftaubentransponder
Arbeitsfrequenz und Eigenschaften
Die Reichweite ist ein Auswahlkriterium des RFID-Systems und resultiert aus der Betriebsfrequenz. Dabei ist die Betriebsfrequenz, die Frequenz auf der das Erfassungsgerät sendet. Diese Sendefrequenzen werden in vier verschiedene Bereiche gegliedert.
| Frequenzbereich | Niederfrequenz | Hochfrequenz | Ultrahochfrequenz | Mikrowelle |
|---|---|---|---|---|
| Frequenz | 125 kHz - 135 kHz | 13,56 MHz | 860 MHz - 960 MHz | 2,45 GHz |
| Energieversorgung | passiv | passiv | aktiv/passiv | aktiv/passiv |
| Speicherkapazität | bis 2 kBit | bis 2 kBit | bis 256 kBit | bis 256 kBit |
| Reichweite | bis 1m | bis 1,7m | 5 - 7m (passiv)
10 - 15m (aktiv) | bis 100m aktiv |
| Pulkerfassung | Physisch bisher nicht realisierbar | Möglich (bis 100 Transponder) | Möglich (bis 500 Transponder) | Möglich (bis 500 Transponder) |
| Anwendung | Wegfahrsperre
Tierüberwachung Zugangskontrolle | Gepäcküberwachung
Smart Labels Zugangskontrolle | Palettenüberwachung
Mautberechnung Logistik Gepäcküberwachung | Mautüberwachung
Logistik
|
Standardisierung
Standards spielen beim Einsatz von RFID-Systemen eine wichtige Rolle. Besonders in offenen Systemen ist es wichtig sich an die festgelegten Standards zu halten, da die RFID-Systeme der verschiedenen Unternehmen sonst nicht miteinander kommunizieren können. In geschlossenen RFID-Systemen haben Standards nicht so eine große Bedeutung, da das RFID-System nur unternehmensintern eingesetzt wird.
Luftschnittstelle
Die Standards für die Luftschnittstelle, welche ein zentrales Element eines jeden RFID-Systems ist, wird von der ISO (International Standardisation Organisation) und von der IEC (International Electronical Commission) erarbeitet. In der ISO/IEC 18000er Reihe wird die Signalübertragung spezifiziert. Diese beinhaltet die Standards für die Betriebsfrequenz, Bandbreite, Modulation, Datenkodierung und Datenrate.
Datenmanagement
Die Standardisierung der Daten legt fest in welchem Format die Daten auf dem Chip gespeichert werden.
Electronic Product Code
Der Electronic Product Code kurz EPC wurde von den Auto-ID Labs und EPCglobal entwickelt. Er dient ähnlich wie der EAN-Code zur eindeutigen Identifizierung von RFID getaggten Objekten. Durch eine weltweit eindeutige Seriennummer ist das Produkt somit immer identifizierbar und zuordenbar. Man geht davon aus, das der EPC den EAN-Code in naher Zukunft ablösen wird, da der EPC weit mehr Nummernkreise aufnehmen kann und wesentlich flexibler ist wie der EAN-Code.
Der EPC ist in 4 Blöcken aufgeteilt. Header, EPC-Manager, ObjectClass und SerialNummer
RFID im Einsatz
Skiliftsysteme
In den meisten Skigebieten wurden die Papierliftkarten durch RFID unterstützte Liftpässe ersetzt. In den scheckkartengroßen Liftpässen ist ein RFID-Chip integriert, der beim Kauf des Liftpasses mit der Gültigkeitsdauer beschrieben wird. Dieser Chip ist in der Liftkarte verbaut und wird beim Durchgang durch die Lesegeräte (Gate) auf Gültigkeit überprüft. Ist er gültig, kann man das Drehkreuz passieren, ansonsten wird der Zugang verweigert. Wird der Skipass zurückgegeben kann dieser erneut beschrieben werden, durch die Einführung des kontaktlosen Zutritts wurden aufwendige Liftkartenkontrollen abgeschafft. Somit konnten die Skigebiete ihren Durchsatz an Skigästen erhöhen und lange Wartezeiten werden verhindert.
Patiententagging
Im Klinikum Saarbrücken werden Patienten mit RFID-Armbändern versehen, auf denen ihre persönlichen Daten abgespeichert sind. Ebenfalls ist es möglich, auf den Armbändern die Medikamente abzuspeichern, die der Patient bekommen muss. Eine Speicherung der Medikamente auf die der Patient allergisch reagiert, ist ebenfalls möglich. Das Aufstellen von Lesegeräten an verschieden Ausgängen und Punkten im Krankenhaus ermöglicht es, den genauen Standort zu bestimmen.
Gepäcktagging
Der Flughafen Frankfurt und der Flughafen Tokio befinden sich zur Zeit in einer Testphase, in der sie den Einsatz eines RFID-Systems testen. Dort werden sämtliche Gepäckstücke mit RFID-Tags versehen, auf denen sich die persönlichen Daten des Fluggastes sowie die Daten die den Flug betreffen gespeichert sind. Beim Einchecken wird das Gepäckstück identifiziert und kann über den ganzen Weg von der Gepäckaufgabe bis zur Verladung registriert werden. Ebenso erleichtern die RFID-Chips die Entladung am jeweiligen Zielflughafen. Verloren gegangene Gepäckstücke können durch die eingesetzte RFID-Technik rasch lokalisiert und dem Reisenden schnell zurückgebracht werden. Ebenfalls wäre es möglich, verspätete Fluggäste am Flughafen zu lokalisieren. Durch das Scannen der RFID-Chips kann das Flughafenpersonal den Fluggast aufspüren und so eine Verspätung des Abfluges verhindern.
weitere Einsatzgebiete:
- Zutrittskontrolle
- Diebstahlsicherung
- Elektronische Artikel Sicherung (EAS)
- Wartungsmanagement
- Behältermanagement
- Steuerung von Rückrufaktionen
- Identifikation von Menschen, Tieren und Waren
Stärken
- zielgenaues Steuern des Warenflusses
- transparenter Informationsaustausch in Echtzeit
- verzicht auf manuelle Datenerfassung
- Zeitersparnis durch Pulk-Erfassung
- beschleunigte/Echtzeit Inventur
- Reduktion von Schwund
- optimierte Lager- und Bestandsverwaltung
- Schutz vor Plagiaten
- Vereinfachung von Rückrufaktionen
- leichtere Garantieabwicklung
- Lokalisierung von Waren
- höhere Lesegeschwindigkeit
- größerer Datenumfang
- Wetterbeständig (Schmutz, Kälte, Nässe)
- Eindeutige Identifikation (EPC)
- kein Sichtkontakt notwenig
- kein physikalischer Kontakt von Nöten
Schwächen
- noch keine einheitlichen Standards die eingehalten werden
- hohe Investitionskosten
- Angriff auf RFID-Systemen
- Missbrauch der Daten
- Befall von Viren
- Metall und Flüssigkeiten können Interreferenzen verursachen
- Transponder können nur mit einem Lese-/Schreibgerät ausgelesen werden
- Transponderkosten relativ hoch (10-20 Cent)
Der gläserne Mensch
Es gibt Befürchtungen dass Transponder heimlich an Konsumgüter angebracht oder miteingearbeitet werden so dass sie zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen werden können. Dies hätte zur Folge, dass Verhaltensprofile von Konsumenten angelegt werden können, um so gezielt personenbezogenes Marketing durchzuführen. Um die Konsumenten davor zu schützen denken Händler über eine mögliche Deaktivierung der Transponder nach. So bieten Hersteller schon "de-activate"-Geräte an, die den Transponder in einen "Schlafmodus" versetzen, der aber jederzeit wieder "aus dem Schlaf gerissen" werden kann. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Transponder dauerhaft zu zerstören, in dem man die RFID-Chips zerkratzt oder mit Hilfe eines starkelektronischen Magnetfeldes die Spule zerstört.
Siehe auch
Literatur
- Patrick J. Sweeney: RFID for Dummies ISBN 0-7645-7910-X
- Klaus Finkenzeller: RFID-Handbuch ISBN 3-446-21278-7
- Christian Kern: Anwendung von RFID-Systemen ISBN 3-540-27725-0
