RFID (Radio Frequency Identification) ist eine Form der drahtlosen Kommunikation, bei der eine elektromagnetische oder elektrostatische Kopplung im Hochfrequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums zur eindeutigen Identifizierung eines Objekts, eines Tieres oder einer Person genutzt wird.
Wie funktioniert RFID?
Jedes RFID-System besteht aus drei Komponenten: einer Abtastantenne, einem Sendeempfänger und einem Transponder. Wenn die Scan-Antenne und der Transceiver kombiniert sind, werden sie als RFID-Lesegerät oder Abfragegerät bezeichnet. Es gibt zwei Arten von RFID-Lesegeräten: feste Lesegeräte und mobile Lesegeräte. Das RFID-Lesegerät ist ein mit dem Netzwerk verbundenes Gerät, das tragbar oder fest angebracht sein kann. Es verwendet Radiowellen zur Übertragung von Signalen, die den Tag aktivieren. Nach der Aktivierung sendet das Etikett eine Welle zurück an die Antenne, wo sie in Daten umgewandelt wird.
Der Transponder befindet sich im RFID-Tag selbst. Die Lesereichweite von RFID-Etiketten hängt von verschiedenen Faktoren ab, u. a. vom Typ des Etiketts, vom Typ des Lesegeräts, von der RFID-Frequenz und von Störungen in der Umgebung oder durch andere RFID-Etiketten und Lesegeräte. Tags, die über eine stärkere Stromquelle verfügen, haben auch eine größere Lesereichweite.
Was sind RFID-Etiketten und Smart Labels?
RFID-Tags bestehen aus einem integrierten Schaltkreis (IC), einer Antenne und einem Substrat. Der Teil eines RFID-Tags, der die Identifizierungsinformationen kodiert, wird als RFID-Inlay bezeichnet.
Es gibt zwei Haupttypen von RFID-Tags:
- Aktives RFID. Ein aktiver RFID-Tag verfügt über eine eigene Stromquelle, häufig eine Batterie.
- Passive RFID. Ein passiver RFID-Tag erhält seine Energie von der Leseantenne, deren elektromagnetische Welle einen Strom in der Antenne des RFID-Tags induziert.
Es gibt auch semi-passive RFID-Tags, bei denen eine Batterie den Schaltkreis betreibt, während die Kommunikation über das RFID-Lesegerät erfolgt.
Der eingebettete nichtflüchtige Speicher mit geringem Stromverbrauch spielt in jedem RFID-System eine wichtige Rolle. RFID-Etiketten enthalten in der Regel weniger als 2.000 KB an Daten, einschließlich einer eindeutigen Kennung/Seriennummer. Tags können schreibgeschützt oder beschreibbar sein, wobei Daten vom Lesegerät hinzugefügt oder vorhandene Daten überschrieben werden können.
Die Lesereichweite von RFID-Etiketten hängt von verschiedenen Faktoren ab, u. a. von der Art des Etiketts, der Art des Lesegeräts, der RFID-Frequenz und von Störungen in der Umgebung oder durch andere RFID-Etiketten und Lesegeräte. Aktive RFID-Tags haben aufgrund der stärkeren Stromquelle eine größere Lesereichweite als passive RFID-Tags.
Smart Labels sind einfache RFID-Etiketten. Bei diesen Etiketten ist ein RFID-Tag in ein Klebeetikett eingebettet und mit einem Barcode versehen. Sie können sowohl von RFID- als auch von Barcode-Lesegeräten verwendet werden. Smart-Etiketten können mit Desktop-Druckern auf Abruf gedruckt werden, während für RFID-Etiketten modernere Geräte erforderlich sind.
Welche Arten von RFID-Systemen gibt es?
Es gibt drei Hauptarten von RFID-Systemen: Niederfrequenz (LF), Hochfrequenz (HF) und Ultrahochfrequenz (UHF). Es gibt auch Mikrowellen-RFID. Die Frequenzen sind je nach Land und Region sehr unterschiedlich.
- Niederfrequenz-RFID-Systeme. Diese reichen von 30 KHz bis 500 KHz, wobei die typische Frequenz bei 125 KHz liegt. NF-RFID hat eine kurze Übertragungsreichweite, in der Regel zwischen einigen Zentimetern und weniger als einem Meter.
- Hochfrequenz-RFID-Systeme. Diese reichen von 3 MHz bis 30 MHz, wobei die typische HF-Frequenz 13,56 MHz beträgt. Die Standardreichweite liegt zwischen einigen Zentimetern und mehreren Metern.
- UHF-RFID-Systeme. Sie reichen von 300 MHz bis 960 MHz, wobei die typische Frequenz bei 433 MHz liegt, und können in der Regel aus einer Entfernung von mehr als einem Meter gelesen werden.
- Mikrowellen-RFID-Systeme. Sie arbeiten mit einer Frequenz von 2,45 GHz und können aus einer Entfernung von mehr als einem Meter gelesen werden.
Die verwendete Frequenz hängt von der RFID-Anwendung ab, wobei die tatsächlich erzielten Entfernungen manchmal von den erwarteten Werten abweichen. Als das US-Außenministerium beispielsweise ankündigte, elektronische Reisepässe mit RFID-Chip auszustellen, hieß es, dass die Chips nur aus einer Entfernung von etwa 5 cm gelesen werden könnten. Das Außenministerium erhielt jedoch bald Beweise dafür, dass RFID-Lesegeräte die Informationen von den RFID-Tags aus einer Entfernung von mehr als 10 cm ablesen konnten – manchmal aus bis zu 10 Metern.
Wenn größere Lesereichweiten erforderlich sind, kann die Lesereichweite durch die Verwendung von Tags mit zusätzlicher Leistung auf über 90 Meter erhöht werden.
RFID-Anwendungen und Anwendungsfälle
Die Anfänge von RFID reichen bis in die 1940er Jahre zurück, wurden aber erst in den 1970er Jahren häufiger eingesetzt. Lange Zeit verhinderten die hohen Kosten für die Etiketten und Lesegeräte eine breite kommerzielle Nutzung. Da die Hardwarekosten gesunken sind, hat auch die Verbreitung von RFID zugenommen.
Einige häufige Einsatzmöglichkeiten für RFID-Anwendungen sind:
- Verfolgung von Haustieren und Viehbestand
- Bestandsverwaltung
- Kontrolle von Anlagen und Geräten
- Bestandskontrolle
- Fracht- und Lieferkettenlogistik
- Fahrzeugverfolgung
- Kundenservice und Verlustkontrolle
- Verbesserte Sichtbarkeit und Verteilung in der Lieferkette
- Zugangskontrolle in Sicherheitssituationen
- Versand
- Gesundheitswesen
- Fertigung
- Verkauf im Einzelhandel
- Tap-and-Go-Kreditkartenzahlungen
RFID vs. Strichcodes
Die Verwendung von RFID als Alternative zu Strichcodes wird immer häufiger eingesetzt. RFID- und Barcode-Technologien werden auf ähnliche Weise zur Bestandsverfolgung eingesetzt, es gibt jedoch einige wichtige Unterschiede zwischen ihnen.
| RFID | Strichcode / Barcode |
|---|---|
| Kann einzelne Objekte ohne direkte Sichtverbindung identifizieren. | Zum Scannen ist eine direkte Sichtverbindung erforderlich. |
| Je nach Art des Tags und des Lesegeräts können Gegenstände aus einer Entfernung von wenigen Zentimetern bis zu einem Meter gescannt werden. | Für das Scannen ist ein geringerer Abstand erforderlich. |
| Die Daten können in Echtzeit aktualisiert werden. | Die Daten sind schreibgeschützt und können nicht geändert werden. |
| Erfordert eine Stromquelle. | Keine Stromquelle erforderlich. |
| Die Lesezeit beträgt weniger als 100 Millisekunden pro Etikett. | Die Lesezeit beträgt eine halbe Sekunde oder mehr. |
| Sie enthalten einen Sensor, der an einer Antenne befestigt ist, die sich oft in einer Plastikhülle befindet und teurer ist als Barcodes. | Wird auf die Außenseite eines Objekts gedruckt und ist anfälliger für Abnutzung. |
RFID vs. NFC
Die Nahfeldkommunikation (NFC) ermöglicht den Austausch von Daten zwischen Geräten mithilfe einer drahtlosen Hochfrequenz-Kommunikationstechnologie mit kurzer Reichweite. NFC vereint die Schnittstelle von Chipkarte und Lesegerät in einem einzigen Gerät.
| Funkfrequenz-ID (RFID) | Nahfeldkommunikation (NFC) |
|---|---|
| Unidirektional | Bidirektional |
| Reichweite bis 100 m | Reichweite weniger als 0,2 m |
| LF/HF/UHF/Mikrowelle | 13.56 MHz |
| Kontinuierliche Abtastung | Keine kontinuierliche Abtastung |
| Bitrate variiert mit der Frequenz | Bis zu 424 Kbps |
| Leistungsrate variiert mit der Frequenz | <15 Milliampere |
Die Herausforderungen von RFID
RFID ist anfällig für zwei Hauptprobleme:
- Kollision von Lesegeräten. Die Kollision von Lesegeräten, bei der das Signal eines RFID-Lesegeräts ein zweites Lesegerät stört, kann durch ein Antikollisionsprotokoll verhindert werden, das dafür sorgt, dass RFID-Etiketten abwechselnd an das entsprechende Lesegerät übertragen werden.
- Tag-Kollision. Eine Tag-Kollision tritt auf, wenn zu viele Tags ein RFID-Lesegerät verwirren, indem sie gleichzeitig Daten übertragen. Durch die Wahl eines Lesegeräts, das die Daten eines einzelnen Tags erfasst, wird dieses Problem vermieden.
RFID-Sicherheit und Datenschutz
Ein häufiges Problem im Zusammenhang mit der RFID-Sicherheit und dem Datenschutz besteht darin, dass die Daten von RFID-Etiketten von jedem gelesen werden können, der über ein kompatibles Lesegerät verfügt. Tags können oft gelesen werden, nachdem ein Artikel ein Geschäft oder eine Lieferkette verlassen hat. Sie können auch ohne das Wissen des Benutzers mit nicht autorisierten Lesegeräten ausgelesen werden, und wenn ein Etikett eine eindeutige Seriennummer hat, kann es einem Verbraucher zugeordnet werden. Während dies für den Einzelnen ein Problem der Privatsphäre darstellt, kann dies im militärischen oder medizinischen Bereich ein Problem der nationalen Sicherheit oder eine Frage von Leben und Tod sein.
Da RFID-Etiketten nicht über viel Rechenleistung verfügen, sind sie nicht in der Lage, eine Verschlüsselung vorzunehmen, wie sie beispielsweise in einem Challenge-Response-Authentifizierungssystem verwendet werden könnte. Eine Ausnahme bilden jedoch RFID-Etiketten, die in Reisepässen verwendet werden: die grundlegende Zugangskontrolle (Basic Access Control – BAC). Hier verfügt der Chip über genügend Rechenleistung, um ein verschlüsseltes Token des Lesegeräts zu entschlüsseln und damit die Gültigkeit des Lesegeräts zu beweisen.
Am Lesegerät werden die auf dem Pass aufgedruckten Informationen maschinell gescannt und zur Ableitung eines Schlüssels für den Pass verwendet. Es werden drei Informationen verwendet – die Passnummer, das Geburtsdatum des Passinhabers und das Ablaufdatum des Passes – sowie eine Prüfsummenziffer für jede der drei Informationen.
Den Forschern zufolge bedeutet dies, dass die Pässe durch ein Passwort geschützt sind, das eine wesentlich geringere Entropie aufweist als das, was normalerweise im elektronischen Handel verwendet wird. Der Schlüssel ist außerdem für die gesamte Lebensdauer des Passes statisch, d. h. sobald eine Einrichtung einmal Zugang zu den gedruckten Schlüsselinformationen hatte, ist der Pass mit oder ohne Zustimmung des Passinhabers lesbar, bis der Pass abläuft.
Das US-Außenministerium, das das BAC-System 2007 eingeführt hat, hat den elektronischen Reisepässen ein Anti-Skimming-Material hinzugefügt, um die Bedrohung durch unentdeckte Versuche, die persönlichen Daten der Benutzer zu stehlen, zu verringern.
RFID-Normen
Es gibt mehrere Richtlinien und Spezifikationen für die RFID-Technologie, aber die wichtigsten Standards sind:
- Internationale Organisation für Normung (ISO)
- Electronics Product Code Global Incorporated (EPCglobal)
- Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC)
Für jede Funkfrequenz gibt es entsprechende Normen, darunter ISO 14223 und ISO/IEC 18000-2 für LF-RFID, ISO 15693 und ISO/IEC 14443 für HF-RFID und ISO 18000-6C für UHF-RFID.
RFID der nächsten Generation
RFID-Systeme werden zunehmend zur Unterstützung von Internet-of-Things-Anwendungen eingesetzt. Durch die Kombination dieser Technologie mit intelligenten Sensoren und/oder GPS-Technologie können Sensordaten wie Temperatur, Bewegung und Standort drahtlos übertragen werden.