RFID

engl.: Radio Frequency Identification

RFID-Systeme (Radiofrequenz Identifikation) werden in die Gruppe der (automatischen) Identifikationssysteme eingeordnet. Die RFID-Technik erlaubt es, Objekte und Personen eindeutig, schnell, berührungslos, gleichzeitig und ohne direkte Sichtverbindung zu identifizieren. Durch den Einsatz von RFID-Systemen können demnach Objekte (nahezu) gleichzeitig erfasst werden. Das heißt, befinden sich mehrere Objekte mit je einem RFID-Transponder im Feld vor einer RFID-Antenne (vgl. Abb. 1), so können diese bequem in einem Vorgang identifiziert werden. Ein sequentielles Erfassen jedes einzelnen Objektes, wie es in der Regel beim Barcode erforderlich ist, entfällt. Zudem ist es mit der RFID-Technik möglich, durch Objekte hindurch zu lesen. Befinden sich die mit RFID-Transpondern gekennzeichneten Objekte bspw. hinter einer Kunststoff-Platte (z. B. in einem Behälter) können die erforderlichen Daten durch dieses Material hindurch gelesen werden. Es ist kein direkter Sichtkontakt erforderlich.

 
Abbildung 1: Gleichzeitiges Erfassen mehrerer Objekte und Durchdringung von Materialien

Hauptkomponenten eines RFID-Systems

Zu den Hauptkomponenten eines RFID-Systems zählen im Wesentlichen der RFID-Transponder, die Schreib-/Leseeinheit mit RFID-Reader, Antennenkabel und RFID-Antenne sowie die steuernde Software-Applikation. Zudem beeinflusst die Funkstrecke zwischen dem Transponder und der Antenne die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems.

Abbildung 2: Hauptkomponenten eines RFID-Systems

Der RFID-Transponder (auch: Tag, Label, Smart Label, Funketikett) ist eine der wesentlichen Komponenten eines RFID-Systems. Er dient als dezentraler Datenspeicher am Kennzeichnungsobjekt und bildet somit die Schnittstelle zwischen Materialfluss und Informationsfluss.

Die Funkstrecke zwischen dem Transponder und der Antenne beeinflusst teilweise die Funktionalität des Systems wesentlich. Zu den Parametern, welche die Funkstrecke charakterisieren, zählen bspw. die Distanz und das (Luftschnittstellen-) Material zwischen Transponder und Antenne, aber auch die (nahe) räumliche Umgebung des Transponders und der Antenne.

Die RFID-Antenne existiert in verschiedenen anwendungsspezifischen Ausführungsformen. Sie ist mit dem Reader verbunden. Die Antenne dient dem Aufbau eines Feldes zum Austausch von Daten mit dem Transponder.

Beim Antennenkabel, welches den Reader mit der Antenne verbindet, handelt es sich um ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter, einem Dielektrikum, einem Außenleiter und einer Schutzhülle. Die Impedanz bei RFID liegt in der Regel bei 50 Ohm.

Der RFID-Reader (auch: Schreib-/ Lesegerät) ist die Komponente, die über eine oder mehrere Antennen die Verbindung mit dem Transponder aufbaut. Der Reader initiiert und steuert die Kommunikation mit einem oder mehreren Transpondern.

Zur Steuerung des Lesevorgangs und Verarbeitung der ausgelesenen Transponder-Daten ist eine Software erforderlich. Diese kann durch ein proprietäres System oder eine kommerzielle Edge-/Middleware-Lösung realisiert werden.

Frequenzbereiche und Funktionsweise

RFID-Systeme arbeiten in einem Bereich 100 kHz bis 5,8 GHz, in dem sie sich mehrere Frequenzbänder mit anderen Funkanwendungen - wie z.B. Behördenfunk, Radio oder Betriebsfunk - teilen. Im Wesentlichen lassen sich vier Frequenzbereiche unterscheiden. Low Frequency (LF) nutzen Bereiche zwischen 100 und 135 kHz. High Frequency (HF) nutzt den Bereich 13,56 MHz, die Ultra High Frequency (UHF) nutzt in Europa 868 MHz, in den USA 902-928 MHz. Microwellen Systeme (MW) bewegen sich bei 2,45 GHz und höher. Sie sind meist nur als aktive Funksysteme im Einsatz.

Durch die Aussendung von Radiowellen kommt es über die Luftschnittstelle zur Energieversorgung und so zur Kommunikation mit dem Transponder. An der Antenne des SLG wird ein (elektro-) magnetisches Feld erzeugt, welches sich im Raum ausbreitet. Die ausgesandten Wellen treffen auf die Antenne des Transponders. Aus den auftreffenden Wellen nimmt der Tag über seine Antenne die Energie zum Betrieb der Recheneinheit. Die Kommunikation erfolgt durch die Modifikation des Transponder-Antennenschwingkreises. In den Bereichen LF und HF werden dazu induktive Felder zur Energie- und Datenübertragung genutzt. Bei Frequenzen die über 30 MHz liegen müssen sogenannte Backscatter-Verfahren (Spiegeln der elektromagnetischen Wellen) zum Einsatz kommen, da induktive Felder hier nur noch geringe Reichweiten erreichen können. Über die Kommunikation mit dem SLG können die Tags ausgelesen, die Daten verändert und anschließend vom SLG zurückgeschrieben werden.

Typische Speicherkapazitäten für Transponder reichen von 1-bit (read-only) bis 32-kByte.

Je nach Reichweite (möglicher Schreib-/Leseabstand) von RFID-Systemen wird zwischen Close-coupling- (Reichweite bis ca. 1 cm), Remote-coupling- (bis ca.1m) und Long-range-Systemen ( bis > 15m und mehr) unterschieden.

Beispielhafte Auswahlkriterien

• Arbeitsfrequenz: 125 kHz, 13,56 MHz, 868 MHz, 2,45 GHz
• Erforderliche Schreib-/ Lesereichweite
• Speicherkapazität
• Umgebungsbedingungen (Metall, Wasser)
• Sicherheitsanforderungen: Verschlüsselung und Authentifizierung

Normen und Richtlinien

• Luftschnittstellenstandards (z. B. ISO/IEC 18000, ISO/IEC TR 24710)
• Datenprotokolle (z. B. ISO/IEC 15961, ISO/IEC 24791)
• Testmethoden (z. B. ISO/IEC 18046, VDI 4472-10)
• Anwendungen (z. B. VDA 5501, ISO 17363-17367)
• Funkvorschriften (z. B. EN 300220, EN 300208)
• GS1-/EPCglobal-Standards

Quelle

[1] Finkenzeller, K.: RFID Handbuch, Grundlagen und praktische Anwendungen von Transpondern, kontaktlosen Chipkarten und NFC, München: Hanser Verlag 2008.