Funktionsweise der RFID-Technologie
Ein RFID-System besteht aus einem RFID-Reader und einem RFID-Transponder. Der Reader sendet ein elektromagnetisches Wechselfeld aus. Die Energie dieser magnetischen Welle kann von der Antenne eines oder mehrerer in der Nähe befindlichen RFID-Transpondern aufgenommen werden und dient der Energieversorgung, sowie dem Datenaustausch.
Die RFID-Technologie teilt sich in folgende drei Bereiche auf
- LF ( Low Frequency ) 125kHz (FDX) und 134kHz ( HDX)
- HF ( High Frequency ) und NFC ( Near Field Communication ) 13.56 MHz
- UHF ( Ultra High Frequency ) 868 MHz
| Frequenzbereich | Low Frequency (LF) | High Frequency (HF/NFC) | Ultra High Frequency (UHF) |
|---|---|---|---|
| Reichweiten | bis zu 10 cm | bis zu 50 cm | bis zu 15 Meter |
| ISO-Standard | ISO 14223 | ISO 1443 / 15693 | EPC Global Gen2 |
| Anwendungen | Tier-Identifikation, Müllabfuhr | Ticketing, Bezahlsysteme | Logistik, Handel |
RFID-Chips
Der Chip oder IC beinhaltet die eigentliche Funktion des Transponders. Der Chip liefert Rechenleistung, Speicher und bei speziellen Transpondern erweiterte Funktionen (z.B. Verschlüsselungsfunktionen). Der Chip ist typischerweise mit einer Tag-ID (TID), einer eindeutigen Seriennummer (vom Chip-Hersteller) vorprogrammiert. Transponder im UHF Bereich verfügen über einen EPC Speicher. Dieser enthält den elektronischen Produktcode (EPC). Weiteres verfügen viele Chips über zusätzlichen Speicher (User Memory) der frei beschrieben werden kann. Passive RFID Chips können nur arbeiten, wenn sie über die Antenne mit Energie versorgt werden.
Die richtige Auswahl des RFID-Chips ist nicht nur abhängig von der gewünschten Übertragungsfrequenz.
Abhängig von der Anwendung gilt es folgende Parameter zu beachten:
- User Memory
- Data retention
- Operating Temp range
Hier ein Überblick über die weit verbreiteten RFID-Chip-Hersteller und -Typen:
- LF Chips 12 5kHz - FDX
- NXP HITAG S256, HITAG S2048, HITAG 2 und weitere
- EM Microelectronic EM4095, EM4097, EM4200, EM4205/4305, EM4450
- LF Chips 134.2 kHz HDX
- Silicon Craft SIC 279
- HF-Chips 13.56 MHz
- NXP ICODE DNA, ICODE SLIX 2, ICODE SLIX, ICODE SLIX-L, ICODE-SLIX-S, ICODE ILT
- EM Microelectronic EM4033, EM4096, EM4133, EM4233, EM4233SLIC, EM4237, EM4237SLIC/SLIX, EM4333, EM4423, EM4830, NF4
- NFC-Chips
- NXP NTAG 210 Micro, NTAG 210, NTAG 212, NTAG 213, NTAG 215, NTAG 216, NTAG I²C, NTAG216F, NTAG213F
- Dual Tech-Chips (NFC/UHF)
- EM4423 - ISO14443/RAIN UHF
- EM4425 - ISO15693/RAIN UHF
- UHF-Chips:
Impinj Monza 4, 5, R6, R6-P, S6-C
NXP U-Code family (Ucode7, Ucode8, DNA)
EM Microelectronic EM4123, EM4124, EM4126, EM4298, EM4325, EM4423
Anwendungsgebiete von RFID
Die Identifizierung anhand von Radiowellen (Radio Frequency Identification) funktioniert berührungslos und findet Anwendung in zahlreichen Applikationen:
- Massentransport
- Zugangskontrolle
- ID und Authentifizierung
- Events
- Bargeldloser Zahlungsverkehr
- Ticketing
- Fälschungssicherheit
- Blockchain Management
Warum wird RFID-Technologie eingesetzt?
Zur Kennzeichnung von Produkten werden im Allgemeinen folgende drei Technologien verwendet:
- Barocde
- QR Code
- RFID-Transponder
Barcode und QR-Code haben gegenüber einer RFID-Kennzeichnung den Vorteil, dass diese zwar preisgünstig sind, aber beim Auslesen immer ein visueller Kontakt - Sichtprüfung - zwischen Reader und Kennzeichnung notwendig ist. Eine Kennzeichnung mit RFID setzt keine visuelle Verbindung zwischen Transponder und Reader voraus und bietet zusätzlich noch die Möglichkeit, dass mit einem Lesezyklus mehrere Objekte gleichzeitig erfasst werden können.
Weitere Vorteile beim Einsatz von RFID
- Jeder Chip verfügt über eine Seriennummer, die sogenannte UID (unique identifier). Diese weltweit einmalige UID wird vom Chiphersteller vergeben und kann nicht manipuliert werden.
- Durch einen beschreibbaren Speicher, dem sogenannten User Memory, kann der Chip mit zusätzlichen Daten beschrieben werden, die zur Prozessoptimierung beitragen, bzw, auch für Service- und Wartungsintervalle genutzt werden können.
- Für Anwendungen im Bereich Blockchain, Authentifizierung und Fälschungssicherheit können spezielle Chips eingesetzt werden, die eine Verschlüsselung der Daten zulassen
- Im Bereich Logistik bietet vor allem die Möglichkeit des sogenannten Bulk-Readings, wobei mehrere Objekte mit einem Lesezyklus erfasst werden können, den grossen Vorteil der Vereinfachung und Beschleunigung von Logistikprozessen.
RFID Anwendungsbereiche
Produktion und Logistik
In der Produktion werden RFID-Transponder entweder auf Paletten, Trays, Verpackungen oder direkt am Einzelteilen angebracht. Einzelteile können zum Beispiel Zubehörteile oder kleine elektronische Einheiten sein, die an verschiedenen Punkten während des Produktionsvorgangs per RFID erfasst werden, wodurch eine Nachvollziehbarkeit und Transparenz (Track and Trace, Chargennummern, Verfallsdatum) entsteht.
Im Bereich Logistik und Lagerhaltung spielt besonders der Lagerbestand eine Rolle. Beim Wareneingang bzw. Warenausgang werden die Transponder automatisch erfasst. Dadurch ist im jeweiligen ERP-System der genaue Lagerbestand jeder Zeit abrufbar und kann ab einem gewissen Niedrigstand eine entsprechende Meldung absetzen.
Intelligente Fashion-Logistik mit UHF/NFC
Die Artikel werden bereits bei der Herstellung mit RFID-Etiketten versehen, damit sich jeder Prozessschritt ab der Fertigung genau dokumentieren und zurückverfolgen lässt. Mit den auf den Etiketten oder Schuhsohlen angebrachten RFID-Inlays kann jeder einzelne Schritt von der Produktion bis zum Verkauf nachverfolgt werden.
Überall dort, wo Pakete, Paletten oder Behälter mit Ware ankommen, weitergeleitet oder verschickt werden, verhindert die RFID-Technologie Kommissionierungsfehler. Die Warenein- und -ausgänge werden mit mobilen oder stationären Readern erfasst, was eine Sichtprüfung überflüssig macht und so die Menge automatisch kontrolliert werden.
In den Filialen wird mit Hilfe von RFID die Ware in Sekundenschnelle ausgelesen, vereinnahmt und im ERP verbucht. Wareneingänge werden so aufwandslos zu 100% erfasst und können durch das Ausbuchen beim Verkauf direkt nachbestellt werden. Eine Inventur kann per Knopfdruck veranlasst werden.
Betritt der Kunde die Umkleidekabine mit einem Kleidungsstück, das mit RFID ausgestattet ist, kann dieses gelesen werden und dem Kunden auf einem Display anzeigen, welche Grössen, Farben etc. verfügbar sind. Das Personal kann die entsprechenden Kleidungsstücke zur Kabine bringen.
Hochwertige Textilien und Schuhe können durch das Anbringen eines Dual-Frequency-Inlays (UHF/NFC) jederzeit auch per Mobiltelefon ausgelesen werden, um so die Echtheit der Ware festzustellen. In diesem Fall werden die ausgelesenen Datensätze online mit der Datenbank des Herstellers abgeglichen.
Durch diese Art von transparenten Prozessen lässt sich eine Umsatzsteigerung, sowie eine langfristige Kostensenkung erreichen, als auch eine Reduzierung der Lagerhaltungskosten durch schnelles Prüfen der Verfügbarkeit und erhöhter Sicherheit.
RFID in Kunden- und Kreditkarten
Die Nutzung der RFID-Technologie in Plastikkarten ist vor allem in Schliessystemen, wie Hoteltüren etc. seit Jahren weitverbreitet. Die Karte ist nahezu verschleissfrei, wieder verwendbar und ermöglicht ein bequemes Handling. Im Bereich kontaktloses Bezahlen finden komplexere NFC-Chips Einsatz, die von einem POS-Terminal ausgelesen werden und bei Beträgen unter einem gewissen Limit die Eingabe des Pins überflüssig machen.
Keyless-Entry & Go in der Autoindustrie
Sobald sich der Fahrer sich dem mit Keyless GO ausgestatteten Fahrzeuges bis auf wenige Zentimeter nähert, wird das System mit Hilfe eines stets aktiven bordseitigen kapazitiven oder optischen Sensors aus dem sogenannten „Sleep-Mode“ geweckt und über mehrere im Fahrzeug verteilte Antennen ein codiertes Anfragesignal mit einer LF-Frequenz von 125 bzw. 130 kHz ausgesendet. Das bordseitige System geht darauf in einen Empfangsmodus im UHF-Bereich und wartet auf Bestätigung. Ist der Schlüssel mit dem RFID-Transponder in Reichweite, empfängt er auf 125 kHz das Signal, decodiert es und sendet es aktiv, gespeist von einer Batterie, mit einer neuen Codierung im UHF-Frequenzband wieder aus. Im Fahrzeug decodiert es wiederum ein Steuergerät. Da das Keyless-Go-Steuergerät beide Codiertabellen kennt, kann es die eigene ursprüngliche Aussendung mit dem gerade empfangenen Signal vergleichen. Gibt es innerhalb einer definierten Zeit keine korrekte Antwort, passiert nichts und das System schaltet wieder auf Standby. Ein Ziehen des Türgriffes hat keine Wirkung, da der Zustand des Türschlosses vom Keyless-Go-System nicht verändert wurde. Stimmen jedoch beide Codes überein, bewirkt das eine Authentisierung, das bordseitige System gibt das Schloss frei, und ein Ziehen des Griffes entriegelt die Tür. Alternativ kann das Fahrzeug auch mit der Fernbedienung geöffnet werden. Zudem gibt es einen mechanischen Notschlüssel, mit dem sich zumindest die Fahrertür öffnen lässt. Ein Fahrzeugschlüssel eines Keyless-Go-Fahrzeugs besteht daher aus dem mechanischen Schlüssel, der batteriegespeisten Fernbedienung und einem RFID-Transponder sowie einer Batterie.
RFID in der industriellen Fertigung
In der Fabrik der Zukunft steuert die auf dem Transponder hinterlegte Information den Produktionsablauf. Mit Hilfe von RFID-Technologie ist eine bidirektionale Kommunikation an jedem gewünschten Punkt in der Produktionskette mit dem jeweiligen Werkstück möglich. Somit kann das Werkstück jeder Zeit Auskunft geben kann, welcher Schritt als nächster erfolgen muss.
RFID vereinfacht auch den Wareneingang erheblich, da die Lesegeräte innerhalb weniger Augenblicke mehrere hundert Transponder erfassen kann und diese in das ERP-System einbuchen kann. Beim Warenausgang werden die Teile nochmals erfasst und wieder ausgebucht und sorgt so für maximale Transparenz in der Wertschöpfungskette.
RFID in Pharmazie und Gesundheitswesen
Im Bereich der Arzneimittel, wie zum Beispiel Blutbeutel dient RFID dazu, die Qualität zu überwachen und eine Dokumentationssicherheit zu gewährleisten. Ausserdem lässt sich ein mit RFID ausgestatteter Blutbeutel einfach identifizieren und lokalisieren. Der Einsatz von RFID soll vor Arzneimittelfälschungen schützen und die Rückverfolgbarkeit pharmazeutischer Produkte verbessern. RFID-Etiketten mit einer Tamper-Loop können eine Manipulation an der Verpackung erkennbar machen.
In Pflegeeinrichtungen können Patientinnen und Patienten anhand von RFID-Armbändern identifiziert und lokalisiert werden. Der Chip enthält eine individuelle Patientennummer, unter welcher auf einem Server die Patientendaten gespeichert sind. Die behandelnden Ärzte können die Patientennummer durch ein mobiles Lesegerät auslesen und sodann über einen Computer alle auf dem Server vorhandenen Daten einsehen. In einigen Pflegeeinrichtungen werden RFID-Armbänder eingesetzt, um den Zugang einzelner Personenkreise zu bestimmten Bereichen einzuschränken. Dies soll vor allem der Sicherheit Demenzkranker oder desorientierter Menschen dienen. So kann beispielsweise verhindert werden, dass ein Demenzpatient ohne Wissen des Pflegepersonals das Gebäude verlässt.
Tieridentifikation mit RFID
Im Bereich Haustiere wurde bei Hunden und Katzen vor einigen Jahren schon die Kennzeichnung mit einem RFID-Transponder im Bereich des Genicks zur Verpflichtung. Hierbei handelt es sich im einen sogenannten Low Frequency Glastransponder mit dessen Hilfe das Tier bei Verlust wieder zugeordnet werden kann.
Im Bereich Nutztiere wird der Bestand und Logistik über RFID kontrolliert. Vor allem Rinder werden entweder über einen sogenannten Bolus im Magen oder mit einer Ohrmarke gekennzeichnet. Des weiteren kann man mit RFID das Öffnen bestimmter Gatter steuern und auch nachverfolgen, wie oft das Tier zur Nahrungsaufnahme kam.
RFID in Bibliotheken und Büchereien
In den meisten Büchereien werden die Bücher schon seit langer Zeit mit RFID-Etiketten ausgezeichnet, was eine einfache Ein- und Ausgabe ermöglicht und es ermöglicht jeder Zeit aus den Bestand zuzugreifen. Über eine Kundenkarte und entsprechendem System kann der Aufwand an Personal erheblich reduziert werden.
Handel und Logistik
Mit der Einführung von "intelligenten Regalen" ermöglicht RFID auch ein effizienteres Regalmanagement. Dadurch wird die Befüllung von Regalen sowohl in einem Lager, als auch in einem Verkaufsraum optimiert. RFID-Daten verschaffen Einblicke darüber, welche Waren/Lagerartikel an welchen Regalen aufgefüllt werden müssen. Fehlt ein Produkt im Regal, wird diese Information in das zentrale System weitergegeben, sodass eine bedarfsgerechte Nachbestellung erfolgen kann. In die falschen Regale zugeordnete Waren werden auch identifiziert. Das RFID-System hilft dabei, über die Warenqualität immer aktuelle Informationen zu erhalten. Basierend auf diesen Daten werden Waren, deren Mindesthaltbarkeitsdatum bald überschritten ist, schnell ausverkauft und kurz vor Ablauf des Datums aus den Regalen entfernt. Des Weiteren ermöglichen RFID-Technologien, den Gesamtpreis durch die Erfassung von Produkten schon im Einkaufskorb in dem ein Lesegerät integriert ist, zu errechnen. Im Kassenbereich erfolgt nur der Bezahlvorgang, was die Wartezeiten verkürzt.
RFID in der Abfallwirtschaft
Seit einigen Jahren statten Kommunen die Mülltonnen mit FDX bzw. HDX-Transpondern aus. Dieser wird bei jeder Leerung von einem Reader auf dem LKW gelesen. Abhängig vom verwendeten System kann die Tonne auch gewogen werden und der Kunde erhält eine Rechnung gemäss Anzahl der Leerungen und Gewicht des Inhalts.
Fälschungssicherheit mit RFID
Der Trend hin zu immer komplexeren Technologien macht Fälschungen zwar nicht unmöglich, aber er erschwert die Arbeit von Fälschern erheblich. Ein erfolgreicher Schutz vor Produktfälschungen ist nach wie vor nicht zu 100% zu erreichen. Wenn man jedoch die Hürden sehr hoch legt und der Plagiat für den Fälscher grossen Aufwand bedeutet, kann das einer Abschreckung sicherlich dienlich sein.
In vielen Fällen kann nur eine aufwändige Verpackung zur Kennzeichnung genutzt werden (Medikamente, Lebensmittel). Allerdings werden auch gefälschte Produkte in der Originalverpackung angeboten, so dass unterschiedliche Kombinationen vorzufinden sind: Originalprodukte in der Originalverpackung - gefälschte Produkte in Originalverpackung - gefälschte Produkte in gefälschter Verpackung.
Die neuesten Generationen von RFID-Chips bieten die Möglichkeit von Verschlüsselung der Daten und das sogenannte «block chain management» was ermöglicht, dass die Daten auf dem Transponder jederzeit mit einem an das Internet angeschlossenen Reader mit den Daten auf einer Datenbank verglichen werden können und so die Echtheit überprüfbar ist.
RFID – Tickets und Bezahlsysteme
In Zutrittssysteme im öffentlichen Nahverkehr, Vergnügungsparks, Ski-Resorts sowie Metro und kommunale Verkehrsbetriebe findet das RFID-Ticket immer häufiger Einsatz und revolutioniert die Zutrittssysteme im öffentlichen Personenverkehr. Aufgrund der kontaktlosen Identifizierung und Benutzerfreundlichkeit setzen immer mehr Verkehrsbetriebe auf die RFID-Technologie.
Diese Systeme können entweder mit RFID-Karten bedient werden, jedoch mittlerweile häufiger mit RFID-Tickets, die auf Endlosrollen bzw. im Leporello-Format geliefert werden und einzeln am Automaten oder am Schalter ausgegeben werden. Diese werden vor Auslieferung an den jeweiligen Kunden an die Anwendung angepasst und entsprechend codiert.
RFID in der Gepäckabwicklung am Flughafen
Der internationale Airline-Verband Iata verpflichtet seine Mitglieder, RFID-Chips für Gepäck zu nutzen. Das wurde nach Angaben der Iata auf der Generalversammlung in Seoul beschlossen. Mit der Technologie soll Fehlern beim Gepäck-Handling vorgebeugt werden. Außerdem sollen verlorene Gepäckstücke schneller wiedergefunden und damit schneller zu ihren Eigentümern zurückgebracht werden können.
Ziel ist es jeden neuen Koffer schon während der Produktion an einer vordefinierten Position mit einen RFID-Transponder einzubringen. Wenn man sich international darauf einigt hier die neue Dual-Frequency-Technologie einzusetzen, kann der UHF-Teil für die Logistik auf dem Förderband genutzt werden und die Tags auf verlorenen Koffern können jederzeit mit einem Mobil-Telefon ausgelesen werden.
