Rfid system

Rfid-System

Durch den Einsatz von RFID ergeben sich viele neue Anwendungen, die mit herkömmlichen Identifikationssystemen nicht realisiert werden konnten. Bei RFID handelt es sich um ein technisches System, mit dem Daten berührungslos gelesen und gespeichert werden können. Die RFID-Systeme bestehen jeweils aus einem elektronischen Datenträger (RFID-Transponder) und einem Leser (RFID-Leser).

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Unter RFID (Radiofrequenz-Identifikation[??e?d??? a??d?nt?f??ke??n? ] "Identifikation mittels Elektromagnetischer Wellen") versteht man eine Technik für Sender-Empfängersysteme zur automatisierten und kontaktlosen Identifikation und Lokalisierung von Gegenständen und Lebewesen mittels Funkwellen. Das RFID-System setzt sich zusammen aus einem auf oder in dem Objekt oder der lebenden Kreatur befindlichen Transporter (umgangssprachlich auch Funk-Tag genannt), der einen Identifikationscode beinhaltet, und einem Leser zum Lesen dieser Identifikation.

Mit RFID-Transpondern können Sie z.B. ein Reiskorn implantieren. Zusätzlich können mit einem speziellen Bedruckungsverfahren aus stabilen Polymerkreisen RFID-Transpondern hergestellt werden. Die Vorzüge dieser Technologie resultieren aus der Verbindung der kleinen Baugröße, der dezenten Lesemöglichkeit (z.B. mit dem am 11. Oktober 2010 in Deutschland vorgestellten neuen Personalausweis) und dem niedrigen Anschaffungspreis der Antwortgeräte (teilweise im Cent-Bereich).

Der Einkopplung dienen entweder Magnetwechselfelder, die vom Leser in kurzer Entfernung erzeugt werden, oder Hochfrequenzwellen. Dabei werden nicht nur die Messdaten übermittelt, sondern auch der Transporter mit Strom gespeist. Um größere Entfernungen zu erreichen, werden mit aktiven Transpondern mit eigener Spannungsversorgung größere Entfernungen erreicht, die jedoch mit erhöhten Aufwendungen einhergehen. Die Resonatoren gelten als die ersten reinen passiven und elektro-magnetisch abfragbaren Antwortgeräte.

Erst 1975 wurde der erste passiv rückgestreute Transponder des heute noch gebräuchlichen Typs mit eigener Digitallogik in einem IEEE-Aufsatz eingeführt. Das System basiert auf Hochfrequenztechnologie oder nieder- und mittelwelliger Induktion. Dabei standen landwirtschaftliche Anwendungsbereiche wie die Tieridentifikation, z.B. für Trägertauben, Nutztiere und andere Nutztiere im Vordergrund.

Der Einsatz der RFID-Technologie seit den 80er Jahren wurde insbesondere durch die Beschlussfassung mehrerer Staaten Amerikas und Norwegens über den Einsatz von RFID-Transpondern im Strassenverkehr für Mauterhebungssysteme vorangetrieben. Je nach Sendefrequenz, Produzent und Einsatzzweck sind die RFID-Transponder zunächst unterschiedlich. Die RFID-Transponder besitzen einen zumindest einmal schreibbaren Gedächtnisspeicher, der ihre unveränderbare Identifikation aufnimmt. Für Systeme, die nach ISO 18000-1 ff. standardisiert sind, findet die Übermittlung der Identifikationsinformationen wie folgt statt:

Der Leser, der je nach Art auch in der Lage ist, auszulesen, generiert ein höherfrequentes elektro-magnetisches Wechsellfeld, dem der RFID-Transponder (RFID-Tag) exponiert ist. Mit aktivierten Etiketten kann die Stromversorgung auch über eine integrierte Blockbatterie erfolgen. Die Stromversorgung erfolgt über eine integrierte Bleibe. Mit semiaktiven Etiketten versorgt die Zelle nur den Mikrochip.

Hochfrequenzschalter nutzen die Lastanpassung, d.h. sie nehmen einen Teil der Wärme des Magnetwechselfeldes durch Kurzschluss auf. Auch ohne solche Antennensysteme gibt es UHF-Befehle, deren Entfernung sehr gering ist. Darüber hinaus verstimmen" in dielektrischen Substratmaterialien die Eigenresonanzfrequenz der Antennen, daher ist es erforderlich, den UHF-Tag so exakt wie möglich auf die Materialen der markierten Gegenstände einzustellen oder die Etiketten mit einer Metallschutzfolie auszurüsten, die sie vom Substrat abschirmt.

Dabei wird die benötigte Leistung aus dem Strahlenfeld des Lesegeräts bereitgestellt. Semi-aktive Etiketten kommen mit einem Hunderttel dieser Übertragungsleistung für die selbe Entfernung aus. Bei komplexeren Anwendungsfällen können auch Kryptografiemodule oder Fremdsensoren wie GPS in den RFID-Transponder miteinbezogen werden. Der RFID-Transceiver unterscheidet sich in Bezug auf Funkreichweite, Funktionalität der Steuerungsfunktionen und Ausstrahlung.

Probleme können auf verschiedene Weise auftreten, da der Funksender unmittelbar am Produkt angebracht ist und das Produkt nicht mit dem gewählten Tag elektro-magnetisch kompatibel ist. Antwortgeräte sind:: Für Miniaturtransponder liegt der Antennendurchmesser in der Größenordnung von wenigen Millimetern, für Applikationen mit größerer Reichweite können Antennendurchmesser von bis zu einem halben Metern auftreten.

Dies gilt nur für aktive Transponder: Die Stromversorgung bei den Passive Tranponsern geschieht von aussen über die Antenna. In Abhängigkeit von der gewünschten Applikation werden diese in verschiedenen Ausführungen, Baugrößen und Schutzarten aufbereitet. Das Spektrum der Passive Transportsysteme hängt nicht nur von der Häufigkeit ab, sondern auch von der Größe der Antenna oder Spule (Inlaygröße). Bei UHF und HF mit kleinerer Antennenzahl nimmt die Entfernung schnell ab.

Je nach Anwendung (z.B. in der Containerlogistik) können die aktiven Funketiketten so groß wie Bücher sein. Mit der heutigen Technologie ist es aber auch möglich, sehr kleine ungesicherte Identifikatoren zu produzieren, die in Banknoten oder Papieren verwendet werden können. Seit 1980 werden Transparente vor allem als "LF 125kHz passiv " hergestellt und verwendet.

Am deutlichsten ist die Form der Energiezufuhr zu den RFID-Transpondern. Passives RFID wird durch die Funksignale des Interrogators versorgt. Allerdings verstreicht eine Wartezeit, bis genügend Zeit für ein Reaktionssignal zur Verfügung steht. Durch die niedrige Ausgangsleistung des Rückmeldesignals wird der zulässige Bereich begrenzt. Wegen der niedrigen Anschaffungskosten pro Transporter sind typischerweise solche Applikationen denkbar, bei denen viele Transporter benötigt werden, z.B. zur Kennzeichnung von Waren oder zur Identifizierung von Unterlagen.

Dies erfolgt oft mit einer Reichweite von wenigen Kilometern, um die Anzahl der reagierenden Sender gering zu halten. Die Anzahl der Sender ist gering. Mit RFID-Transpondern mit eigener Stromversorgung werden größere Entfernungen, niedrigere Latenzzeiten, ein größerer Funktionsbereich, wie z.B. die Überwachung von Kältetransporten, ermöglicht, aber auch deutlich erhöhte Stückkosten verursacht. Akkutransponder sind in der Regel im Ruhemodus und übertragen keine Daten, bevor sie durch ein besonderes Auslösesignal auslösbar sind.

Die aktiven RFID-Transponder verwenden ihre Stromquelle sowohl zur Speisung des Microchips als auch zur Erzeugung des modifizierten Rücklaufsignals. Je nach zugelassener Übertragungsleistung kann die Entfernung mehrere Kilometern sein. Semiaktive RFID-Transponder oder semipassive RFID-Transponder sind wirtschaftlicher, da sie keinen eigenen Transmitter haben, sondern nur ihren Rückstreueffekt aufmodulieren. Dies ist unter Modulare Rückstreuverfahren beschrieben.

Je nach Stärke und Antennenverstärkung des Messumformers wird die Entfernung auf max. 100 lfm verringert. Auch die anderen Vorzüge gegenüber den aktiven Tranponsern werden beibehalten. Diese haben eine niedrige bis mittlere Bandbreite ( 1 Meter) bei einer niedrigen Datenübertragungsrate. Erfassungsraten von 35 transponder pro sec. für bis zu 800 transponder im antennefeld sind möglich.

Dadurch ergeben sich für die LF-Systeme erhebliche Aufwandsvorteile, wenn zwar nur wenige Sender, aber viele Lese-/Schreibgeräte erforderlich sind. Kurz- bis mittelreichweitig, mit mittlerer bis hoher Übertragungsrate. Mittel- bis hochpreisig für Leser mit Lesereichweiten über 10 cm, preiswerte Leser für kleine Entfernungen. Die so genannten Smart Tags (meist 13,56 MHz) funktionieren in diesem Bereich.

Kurzreichweite für rein semi-aktive Sender von 0,5 bis 6 Metern bei erhöhter Leseleistung durch hohe Durchfahrtsgeschwindigkeit für den Fahrzeugbereich (PKW in Hochgaragen, Wagen in Bahnhofsgebäuden, Lkw in Auffahrten, alle Fahrzeugarten an Zollstationen). Ältere RFID-Transpondertypen übermitteln ihre Daten im Klartext, wie es die ISO/IEC 18000-Norm vorschreibt.

Zahlreiche Applikationen dieser Funktrennung, auch "Singulation" genannt, sollen es dem EmpfÃ?nger ermöglichen, die unterschiedlichen IdentitÃ?ten der Kennzeichen strenggenommen nacheinander zu erkenn. Technische Probleme mit aktiven Transpondern ändern nichts daran, dass die aktiven Transponder beliebig an einen Adressaten berichten können. Der Antikollisionswert bezeichnet eine Reihe von Verfahren, die es den Transpondern erlauben, simultan zu kommunizieren, d. h. die Überlagerung mehrerer unterschiedlicher Systeme auszuschließen.

Sämtliche RFID-Etiketten müssen eindeutig identifiziert werden, damit der EmpfÃ?nger Antworten/Anforderungen aller Etiketten erkennt:[10] RFID-Etiketten, bei denen diese Identifikation Ã?nderbar ist, sind fÃ?r eine nachweislich sichere Prozesssteuerung in einem ungeschützten System nicht sinnvoll (Beispiel: EBK der Genera1). Zahlreiche Variablen unterstüzen auch eine oder mehrere der nachfolgenden Operationen: Durch einen so genannten "Killcode" oder z.B. durch ein magnetisches Feld (engl. checken, deaktivieren) können die Transponder dauerhaft inaktiviert werden.

Das Tag erlaubt ein Einmalschreiben von Dateien. Es ist möglich, die Variablen mehrfach mit Informationen zu beschreiben (dt. write many). Anti-Kollision: Die Transponder wissen, wann sie auf Anforderungen reagieren oder abwarten müssen. Security: Die Etiketten können ein Geheimpasswort (auch verschlüsselt) erfordern, bevor sie miteinander kommunizier. Die RFID-Technologie kann mit dem Leser im Duplexmodus oder nacheinander einen Datenaustausch durchführen.

Modernste Etiketten können auch nachträglich verändert oder mit zusätzlichen Informationen versehen werden. Beschriftbare Transparente nutzen heute vor allem folgende Speichertechnologien: nichtflüchtiger Datenspeicher (Daten verbleiben ohne Spannungsversorgung, daher für die induktive Versorgung mit RFID geeignet): flüchtiger Datenspeicher (benötigen eine unterbrechungsfreie Spannungsversorgung zur Datenspeicherung): Passivtransponder nehmen ihre Betriebsspannung aus dem ( "elektromagnetischen") Bereich und lagern sie für den Reaktionsprozess in Kapazitanzen im Chipdesign.

Der Leser leuchtet den Baustein aus und spiegelt einen kleinen Teil der Wärmeenergie wider. Dabei muss die abgestrahlte Strahlungsenergie etwa das Tausendste fache der für den Antwortprozess verfügbaren Energien betragen. Das bedeutet, dass bei passiven Transpondern das mit Abstand energieintensivste Messfeld benötigt wird. Semipassive (auch semi-aktive) Antwortgeräte verfügen über eine (Backup-)Batterie für den flammenden (flüchtigen) Datenspeicher und zum Betreiben der angeschlossenen Sensorik, nicht aber zur Datenübertrag.

Die Energieverhältnisse zwischen Licht und Reflexion entsprechen denen von aktiven Schilder. Die aktiven Antwortgeräte verwenden Akkus für den Rechner und auch für die Datenübertragung, sind mit einem eigenen Funksender ausgerüstet und erzielen so eine größere Leistung. Die Abfragesignale der Leseeinheit sind etwa so niedrig wie das Übertragungssignal des Antwortgerätes, so dass der Auslesevorgang für die aktiven Antwortgeräte im Vergleich zu den aktiven Antwortgeräten besonders reibungslos verläuft.

Die Energieverhältnisse zwischen Anfrage- und Rückmeldesignal entsprechen dem aktiven Tag. Das Übertragungsverfahren für Bakentransponder ist im Vergleich zu aktiven Sendern besonders rauscharm, unabhängig von der konstanten Übertragungsfunktion. Die Beleuchtungsstärke für aktive Transponder (Lesen durch Leser) ist etwa 1.000 mal größer als die Übertragungsfeldstärke von aktiven Empfängern (Empfang durch Leser).

Magnetfelder für die Induktivkopplung oder Nahfelkopplung (NFC): Die Datenübermittlung und in der Regel auch die Stromversorgung erfolgt über das Magnetfeld der Wicklungen im Leser und im Tag (Rahmenantennen oder ferritische Anzeigen sind üblich). Die Ankopplung ist bei 135 Kilohertz (ISO 18000-2) und 13,56 Megahertz (ISO 18000-3) sowie bei 13,56 Megahertz NFC (ISO 22536) gebräuchlich. Die elektromagnetischen Polarisationsfelder für die Fernfeldkopplung: Die Datenübermittlung und oft auch die Stromversorgung erfolgt mit Antennennensystemen (Dipolantennen oder Wendelantennen sind üblich).

In der Automobilbranche wird RFID zur automatisierten Dokumentation des Strukturzustandes von Testfahrzeugen und Prototypteilen genutzt (Projekt Transparenter Prototyp). RFID-Transponder werden seit den 1970er Jahren bei landwirtschaftlichen Nutztieren angewendet. In der Koppelhälfte auf der Systemseite ist die RFID-Antenne angeordnet, der RFID-Transponder in den verschiebbaren Koppelhälften, z.B. auf der Schlauchseite eines Kesselwagens. Diese werden entweder mehrfach (semi-aktive RFID-Tags nach ISO/IEC 17363, ab 2007) oder nur einmal (passive RFID-Tags nach ISO/IEC 18185, ab 2007) angewendet.

Im Rahmen des Autoschlüssels stellen sie das Grundgerüst der elektrischen Wegfahrsperre dar. Im gesteckten Zustand zum Auslesen des Transponders über eine Zündschloss-Lesespule und sein gespeicherter Kode ist das zusätzliche Schlüssel-Element des Fahrzeugschlüssels. Im gesteckten Zustand wird er über eine Lesespule eingelesen. Die Zutrittskontroll- und Zeiterfassungssysteme werden in den USA und Europa bereits vielfach mit RFID-Technologie eingesetzt.

Die RFID-Technologie wird in Libraries jeder Art und Grösse für die Medienbuchung und -sicherheit eingesetzt. Im Jahr 2013 wird auch der Verband der Berliner Stadtbibliotheken die Umrüstung seines Medienmanagementsystems auf RFID abschliessen. Mit den RFID-Lesern können die speziellen RFID-Transponder Stapel für Stapel und kontaktlos gelesen werden. Grosse Handelsketten wie Metro, Rewe, Texco und Weltmart sind daran interessierte, den Warenfluss im Markt mit RFID zu steuern.

Fahrlose Verkehrssysteme werden in Industrieanwendungen im abgeschlossenen Bereich eingesetzt, bei denen die Lage mit Hilfe von in den Untergrund eingebetteten und in geringem Umfang voneinander entfernten Transportern anhand ihrer bekannten Lage über die Identitätslesung und durch Interpretation errechnet wird. Derartige Anlagen sind davon angewiesen, dass nur vorher festgelegte Wege und Wege verwendet werden.

So wurde 1993 in den Landkreisen Kufstein und Kitzbühel ein RFID-basiertes Abfallmesssystem auf Basis der Mengenmessung in Liter auf den Markt gebracht; alle Sender der Erstauflage (AEGID Trovan ID200 125 kHz) von 1993 sind trotz erneuter Entnahmefahrzeuge (und Leseeinheiten) noch heute in ihrer ursprünglichen Konfiguration im Einsatz. In der Folgezeit wurden alle RFID-basierten Abfallmesssysteme in der Erstauflage (AEGID Trovan ID200 125 kHz) weiterentwickelt.

Bei diesem System wird der Abfall nach tatsächlichem Verbrauch der Liter vorgeschrieben (aktuelle Abrechung pro Quartal). Mit jedem Abfallbehälter verbindet das System die Adresselemente Strasse, Hausnummer, Tür und Decke, vollautomatisiert eine Anzahl von Personen (Datenabruf aus dem Zentralregister der Österreicher) und fügt diese quasi berechnete Mindestmenge an Abfall den Abfallbehälterkonten bei.

Um einen ansonsten unvermeidlichen Missbrauch einer ertragsabhängigen Abfallgebühr durch Littering zu vermeiden, stellt das System am Ende des Jahres eine tatsächliche Menge an Jahresabfällen pro Container mit einer aus der Personenzahl berechneten virtuellen Mindestmenge an Abfällen gegenüber (pro Kommune 2-3 l pro Kalenderwoche und Person) und verschreibt eine Abweichung in der Jahresbilanz, wenn die Abfallmenge die berechnete Menge unterschreitet.

Seit mehr als 14 Jahren ist das vorgestellte System ohne Konflikte oder technischen Verlust im Echtbetrieb. Via RFID ist es möglich, das Abholgewicht jeder einzelnen Sorte einem einzelnen Hausrat zuzuordnen; die Dresdner bekommen eine Rechnung nach dem tatsächlich entleerten Volumen (und nicht, wie sonst üblich, nach einer Mengenpauschale ) oder in Bremen nach der Zahl der über die Pauschalgebühr hinausgehenden Entleerungen (und nicht, wie bisher, nach einer reinen Pauschalnummer).

Zur Steuerung bei Ausstattung der Arbeitsplätze mit geeigneten Lesern werden auf oder im Key-Transpondern eingesetzt, sowie zur Nutzerauthentifizierung für besondere äußere bewegliche Sicherheits-Festplatten, wenn diese mit geeigneten Lesern im Gehäuseinneren bestückt sind. Für die Zugangskontrolle werden im oder am Schlüsselelement mit Transpondern versehen, wenn die Tür mit korrespondierenden Lesern oder mit korrespondierenden Schliesszylindern mit einer Lesemöglichkeit ausgerüstet ist.

Einige Universitäten bieten im Rahmen der bestehenden Schulungen Lehrveranstaltungen zum Thema RFID an. Die Einschränkung der RFID-Technologie zeigt sich im technologisch verwertbaren Bereich und in den gewählten Festkunden. Insofern ähnelt RFID einem angeschalteten Handy, dessen Position etwa von der nächsten Zelle bestimmt werden kann.

Durch die relativ kurze Entfernung von wenigen Messstellen mit aktiven RFID-Chips ist die Positionsbestimmung zum Zeitpunkt der Messung viel präziser, noch präziser als bei der zivilen Verwendung von GPS. Die Gefährdung der informationellen Selbsterkenntnis liegt darin, dass viele RFID-Tags verborgen sind, d.h. der TrÃ?ger nicht weiÃ?, dass er sie mit sich fÃ?hrt, in Kombination mit einem völlig unbeachteteteten Leseprozess.

Darüber hinaus ist die Einbindung von zusätzlichen, undokumentierten Gedächtniszellen oder Transpondern vorstellbar. Aus diesem Grund wird ein Funkgerät für den Endverbraucher zur Blackbox, weshalb einige eine nahtlose Kontrolle des kompletten Fertigungsprozesses verlangen. Es kann versucht werden, zu vermeiden, dass die Funkgeräte ihre Leistung empfangen. Sie können z. B. die Batterien entfernen oder die mit RFID-Transpondern ausgestatteten Geräte in einen Färadayschen einstecken.

Bei einer induktiven Kopplung von RFID-Transpondern bei niedrigen Frequenzen um 100kHz kann ein Shield aus magnetischen Werkstoffen wie z. B. Eisen oder Mu-Metall eingesetzt werden. Wenn er an einer beliebigen Position geschnitten wird, arbeitet der Funketikettentransponder nicht mehr. Mit der Abdeckung mit Aluminiumfolie wird die Eigenfrequenz signifikant gesteigert und der Bereich dementsprechend reduziert. Durch einen elektromagnetischen Puls auf den Transpondern und der Antenne werden sie auch vernichtet und verunmöglicht.

Dies ist ein Produkt, das RFID-Transponder durch einen elektro-magnetischen Impuls inaktiviert. Indem ein Störsignal ausgesendet wird - vorzugsweise auf der Frequenze, auf der auch der RFID-Transponder überträgt - können die eher schwach ausgeprägten Signalanteile des RFID-Transponders nicht mehr aufgenommen werden. Auch kann die Übermittlung durch die Platzierung einer großen Anzahl (mehrere hundert bis tausend) von RFID-Transpondern auf einem handelsüblichen Carrier (Gehäuse) beeinträchtigt werden.

Wenn die resultierende Vorrichtung ("Jamming Device") in den Leserbereich eines Readers eingebracht wird, reagieren die Transponder alle zeitgleich. Auch wenn der Leser mit Antikollisionstechnologie funktioniert, ist er bei einer so großen Anzahl von Tranponsern immer noch überlastet und kann "echte" RFID-Etiketten (z.B. auf Waren) nicht mehr auslesen.

So können Sie am besten lesen, was der RFID gerade zurückschickt. Für die Beseitigung von Transpondern als Elektroschrott in der Massenproduktion, wie sie z.B. bei Verbrauchsgütern der Fall ist, gibt es zurzeit keine Vorschriften. Ein einzelner Antwortgerät beinhaltet zwar nur eine kleine Edelmetallmenge, aber eine große Zahl von Spänen ( "Chips", z.B. in Lebensmittelverpackungen) würde den Rohstoffverbrauch deutlich erhöhen.

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February 2017 (Deutsch) - (38:48-40:04) RFID Intermodale und Rail Tag an den Flanken von Wagen und Lokomotiven in Nordamerika, Railroad Company BNSF, USA.

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