RFID

Bei RFID (Abkürzung für radio-frequency identification) handelt es sich um eine Technik, die elektromagnetische Wellen benutzt, um Dinge oder Menschen automatisch und berührungslos zu lokalisieren oder identifizieren.

Ein solches System besteht aus einem Transponder, der sich an dem Gegenstand oder dem Lebewesen befindet. Er enthält zusätzlich einen kennzeichneten Code. Die Transponder können sehr klein sein und implantiert werden.

Entwicklungsgeschichte

Die ersten Anwendungen geht weit in die 40er Jahre zurück. Als wichtigsten Vorläufer wurden die RFID-Technik im Luftkrieg des Zweiten Weltkrieges zwischen Großbritannien und Deutschland eingesetzt. Dort diente ein Radar zur Freund-Feind-Erkennung. In den Flugzeugen und Panzern waren Transponder und Leseeinheiten angebracht, die mit den Bodenstationen in Kontakt standen. Sie sollten aufzeigen ob die anfliegenden Flugzeuge anzugreifen waren oder nicht. Bis heute werden Nachfolgesysteme in den Armeen eingesetzt.

60er Jahren

In den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden die ersten Vorläufer der RFID-Systeme im zivilen Bereich eingesetzt, nämlich als Warensicherungssysteme, die durch Prüfung einer Markierung Diebstahl verhindern sollten, indem sie feststellten, ob Artikel vorhanden waren oder fehlten.

70er Jahren

In den 70er Jahren wurden RFID-Systeme in der Landwirtschaft zur Tierkennzeichnung eingesetzt, bevor dann in den 80er Jahren der Durchbruch des Systems kam und das erste Mal abgeschätzt werden konnte, was mit den RFID-Systemen eigentlich zu erreichen war.

80er Jahren

In den 80er Jahren trieben nämlich vor allem die Vereinigten Staaten und einige skandinavische Länder die Entwicklung der RFID-Systeme voran, weil diese im Straßenverkehr für Mautsysteme eingesetzt werden sollten. Da die RFID-Systeme in Mautsystemen sehr erfolgreich waren, wurde diese Entwicklung in den 90ern fortgesetzt und die Einsatzgebiete wurden erweitert. Hier sind Wegfahrsperren, Skipässe, Tankkarten und Zugangskontrollen zu nennen.

Typen von RFID

RFID-Systeme werden in drei Hauptkategorien unterteilt: Niederfrequenz, Hochfrequenz und Ultrahochfrequenz. Diese Kategorien unterscheiden sich je nach ihrer Anwendung, der maximalen Lesereichweite und der Art von den RFID-Tags.

Ultrahochfrequenz (UHF)

Ultrahochfrequenz-RFID-Systeme funktionieren in einem Frequenzbereich zwischen 860 - 950 MHz. Die Leseabstände weiten sich von Nahkontakt bis zu mehr als 20 Meter aus. Deswegen bieten solche Systeme mehrere Einsatzmöglichkeiten an: Bestand- und Lieferkettenmanagement, Smart Manufacturing, Tracking von Fluggepäck, Sport-Timing usw.

Im Vergleich zu anderen RFID-Typen kann man die UHF-Systeme in den kosteneffizienten Formen und Größen finden. Sie sind auch beim Ablesen der Signale schneller. Jedoch sind sie anfälliger für Funkwellenstörungen durch Metall, leitfähigen Stoff oder Flüssigkeiten.

Hochfrequenz (HF) & Nahfeldkommunikation (NFC)

Die Nahfeldkommunikation basiert sich auf HF-RFID-Systemen. Die beiden Systeme funktionieren in einem Frequenzband von 13,56 MHz bei der Lesereichweite von Nahkontakt bis 1 Meter. HF- und NFC-Systeme werden häufig in folgenden Bereichen eingesetzt: Medienverwaltung in Bibliothek (Bibliothekssysteme), Fertigungsautomatisierung, Management von Glücksspiel-Chips, ID-Karten, kontaktloses Bezahlen mit NFC-Zahlungskarten und Smartphone-Apps.

Alle HF-Tags benötigen spezielle Lesegeräte. Dagegen können NFC-Tags mit fast jedem Smartphone abgelesen werden. Heutzutage gewöhnen sich immer mehr Verbraucher an kontaktloses Bezahlen mit solchen Systemen. Deswegen bestehen große Chancen NFC-Tags auch im Kundenmanagement und anderen verbraucherorientierten Anwendungen zu nutzen.

Niederfrequenz (NF)

NF-Systeme funktionieren in einem Frequenzband von 125 bis 134 kHz bei Leseabständen bis 10 Zentimeter. Diese Systeme werden für die Tieridentifikation, Zugangskontrolle und Zugang zum Auto angewendet. Zu den Anwendungsgebieten zählen auch Umgebungen mit einer hohen Dichte an Metallen und Flüssigkeiten. Im Vergleich zu den UHF- und HF-Systemen werden die Systeme mit der niedrigeren Frequenz in schwierigen Umgebungen eingesetzt.

Aktive und passive RFID

Zu den aktiven RFID-Systemen gehören meistens UHF-Tags, dir über eigenen Sender und eine Stromquelle verfügen. Sie sind häufig mit Sensoren ausgestattet, die die Temperatur, Feuchtigkeit, Licht und Vibrationen messen.

Dabei gibt es zwei Arten von aktiven Tags: Transponder und Beacons:

• Transponder werden aktiviert, wenn sie ein Funksignal von einem Lesegerät empfangen. Solche Systeme werden an manche Fahrzeuge für bestimmte Kontrollpunkte angebracht und werden nur aktiviert, wenn sie durch ein bestimmtes Tor fahren. Dabei wird die Batterielebensdauer verlängert.

• Beacons senden ein Signal in einem bestimmten Intervall aus. Diese RFID-Tags werden für Echtzeit-Ortungssysteme verwendet.

Bei den passiven RFID-Systemen schicken die Lesegeräte ein Signal an die Tags. Dadurch werden Tags eingeschaltet, um die Energie an das Lesegerät zurück zu reflektieren. Solche Tags werden zur Verfolgung von Konsumgütern eingesetzt. Im Vergleich zu aktiven Tags werden nicht nur UHF-, sondern auch NF- und HF-Systeme verwendet. Außerdem sind sie kleiner, kostengünstiger und flexibler. Die Lesereichweite ist aber dafür stärker eingegrenzt.

Semi-passive (halbpassive) RFID-Transponder funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie passive Tags, haben aber eine Batterie. Diese Batterie trägt zur Erweiterung der Kommunikationsreichweite und des Speichers bei. In einigen Fällen sind auch Sensoren eingebaut.

Nutzung der RFID-Technik

Reisegeschäft

Bislang nutzen Airlines für das Gepäck ein Band mit einem Barcode, auf dem vermerkt ist, wohin der Koffer oder die Tasche geht. Diese Methode kann von Zeit zu Zeit zu Ärger führen. Denn nicht selten kommt es vor, dass Gepäckstücke statt seine Reise nicht wie geplant nach Berlin, sondern Rom antritt.

Die IATA (Dachverband von mehr als 270 Airlines) fordert nun, zusätzlich zum Strichcode ein RFID-Chip an Koffern anzubringen. Dadurch soll es möglich sein, das Gepäckstück der Funkwelle zu identifizieren, sodass Fluggesellschaft, Flughafen und Passagier immer wissen, wo sich der Koffer oder Rucksack gerade aufhält.

Alle Flughäfen sollen bis 2020 mit Lesegeräten für integrierte RFID Chips in den Gepäckanhängern ausgestattet werden. Bereits 2017 wurde auf den Flughäfen von Mailand-Malpensa, Aalborg, Hong Kong Lissabon und Las Vegas zusätzlich zu den Barcodes die RFID-Technik eingeführt.

Identifizierung von Tieren

Die Transponder, die den Tieren entweder implantiert oder von den Tieren um den Hals getragen werden, bestehen aus einem Chip und einer Antenne, die sich in einer Bioglaskapsel befinden. Der Chip lässt sich mit allen relevanten Daten, wie einer Identifikationsnummer, der Rasse, dem Namen oder dem Namen des Besitzers beschreiben und hält ein Leben lang. Die Technologie wird mittlerweile sowohl bei Haustieren, als auch bei Nutztieren eingesetzt. Im europäischen Tierschutzgesetz ist das Chippen von Haustieren mittlerweile vorgeschrieben. Bei Nutztieren ist die Technologie vor allem für die Massentierhaltung interessant und kommt da bereits seit 1970 zum Einsatz, da auf dem Chip auch Informationen, wie Impfungen und Gesundheitszustand abgespeichert werden können.[7]

Einzelhandel

Die Technologie wird für den Einzelhandel (Modegeschäfte) immer wichtiger. Checkpoint Systems Deutschland ist in diesem Fall für die Versorgung von RFID-Technologie zuständig.[1] Die Covid-19 Pandemie hat mitunter die Nutzung dieser Technologie deutlich verstärkt. Bereits im Jahr 2019 wurden 10 Milliarden Produkte mit der RFID gekennzeichnet, hauptsächlich betroffen davon sind Schuhe und andere (Sport)-Kleidung.[2] Aber auch durch mobile Endgeräte wird die RFID-Technologie für den Endverbraucher nutzbar gemacht: Leere Regale können schnell identifiziert werden, oder aber auch lange Warteschlangen an Kassen. Hinzu kommt NFC (Near Field Communication), die ähnlich wie RFID funktioniert, und auch dem Einzelhandel einen großen Vorteil bringt.[3]

Weitere Beispiele für die Nutzung:

• Identifizierung von Personen - RFID Chips sind seit 2005 in allen deutschen Reisepässen und seit 2010 in allen Personalausweisen enthalten.
• Warensicherung von Textilien und Kleidung - Vorreiter für die RFID-Etiketten an Ihren Kleidungsstücken waren die Firma Levi Strauss & Co. und Gerry Weber. Seit 2010 werden diese zusätzlich von C&A und den Adler Modemärkten verwendet.
• Zutrittskontrolle - Große Gebäude sind häufig mit Schließsystemen mit Transpondern ausgestattet.
• Zeiterfassung - Im Rahmen von Sportwettkämpfen können sich RFID Transponder z.B. in Startnummern oder im Rahmen von Rennrädern befinden.
• Zeiterfassung Arbeitnehmer - Diese können an modernen Zeiterfassungsterminals mit RFID-Transpondern in Form von Karten oder Schlüsselanhängern schnell und unkompliziert Ihre Arbeitszeiten erfassen.
• Waren und Bestandsmanagement - In Bibliotheken wird die Technik zum Beispiel verwendet um die Erfassung der Ausleihe und Rückgabe von Büchern zu vereinfachen.
  

Vorteile von RFID

• Der größte Pluspunkt von RFID ist, dass ein direkter Kontakt zwischen Sender und Empfänger nicht mehr notwendig ist. Denn die Datenübertragung erfolgt via Funkerkennung und damit kontaktlos.

• Da die Kommunikation zwischen Transponder und Lesegerät draht- und berührungslos per Funkübertragung erfolgt, ist auch ein direkter Sichtkontakt wie etwa beim Barcode nicht erforderlich. Zudem können – abhängig von der Art des Transponders – Lesereichweiten von wenigen Zentimetern bis zu etwa 100 Metern erzielt werden.

• Weiterer Vorteil von RFID ist, dass der Funk viele Sorten von Materialien wie bspw. Holz oder Karton problemlos durchdringen kann. Eine Identifizierung der Ware, eines Tiers oder einer Person ist so innerhalb von wenigen Sekunden möglich (sogar 20-mal schneller als mittels Barcode).

• Dank RFID ist es möglich, Daten einer großen Anzahl von Transpondern, bspw. von Produkten, die sich gemeinsam auf einer Palette befinden, gesammelt in einem Pulk zeitgleich zu erfassen. So werden Prozesse beschleunigt.[8]

• Die Datenerfassung geschieht in Echtzeit.

• Gegenüber Umwelteinflüssen, Schmutz und Beschädigungen sind RFID-Transponder unempfindlich. Aus diesem Grund können sie auch in einer Umgebung eingesetzt werden, in der mit Verschmutzungen zu rechnen ist.

• RFID ermöglicht die eindeutige Zuordnung von Produkten. Der Grund: jeder Mikrochip ist mit einer weltweit einmaligen Seriennummer ausgestattet. [9]

• RFID erlaubt zudem ein flexibles Datenmanagement: Informationen auf einem RFID-Datenträger können, je nach Bauart, geändert, gelöscht oder ergänzt werden.

• Je nach Bauart ist eine hohe Datenübertragungsrate möglich. UHF (Ultra-High-Frequency) - RFID-Tags haben im Vergleich zu LF- (Low Frequency) und HF- (High Frequency) -Tags eine viel höhere Lesereichweite. Die hohe Datenübertragungsrate macht UHF-RFID-Tags somit ideal für Anwendungen, bei denen mehrere Artikel gleichzeitig gelesen werden müssen (bspw.: Warenkisten, die durch eine Tür in ein Lager gelangen). [10]

Kritik an RFID

RFID-Technologie kann unser Leben stark bereichern, zum Beispiel, wenn sie als technologische Grundlage für IoT eingesetzt wird. Aber sie bringt auch einige Risiken mit sich.

Datenschutz

Mithilfe RFID können Bewegungs- und Verhaltensprofile von Personen erstellt werden und sind somit ein Problem für die Bestimmung über eigene Daten.

Recyclingprobleme

Zudem besteht ein Problem mit dem Recycling von Verpackungen, auf denen RFID angebracht ist. Der RFID-Chip besteht aus Kupfer, Silber oder Aluminium. Wird er also mit der Verpackung, die vielleicht aus Papier, Glas oder Plastik besteht, entsorgt. In der Recyclinganlage können sie dann Recylingmaschinen zum Stillstand bringen oder die Düsen verstopfen.

Störung von Medizintechnik

Darüber hinaus können RFID-Chips bei Medizintechnik, wie zum Beispiel Beatmungsgeräte oder Herzschrittmacher, Fehlfunktionen hervorrufen, die lebensbedrohlich für daran angeschlossene Patienten sein können. Dies muss jedoch noch genauer erforscht werden.

Kosten

Da das RFID System noch eine recht geringe Verbreitung aufweist schlagen hier die extrem hohen Kosten zur Beschaffung des Systems einher. Aktuell beschränkt sich das System auf einige wenige Bereiche und stellt daher jeweils immer nur einen kleinen, in sich geschlossenen Systemkreislauf dar, RFID wird jedoch erst dann richtig lohnenswert, wenn die Systeme ineinandergreifen und voneinander partizipieren können. Oftmals entstehen diese Hindernisse schon dadurch, dass diverse Zulieferer nicht mit dem System arbeiten und dies nachträglich in die Produkte verbaut werden, oder mit den Chips in z.B. Etiketten versehen werden müssen. Ein zusätzlicher immenser Kostenfaktor. Hierdurch kommen bei Konsumgütern für Firmen oftmals nur die passiven Varianten der Transponder in Frage, wodurch die Möglichkeiten, die durch RFID eigentlich gegeben wären bei weitem nicht ausgenutzt werden können.  

Die Kosten für RFID Chips können sich zwischen 0,30€ und 35€ das Stück belaufen, Rabatte bei Großlieferungen hier nicht eingeschlossen. Dennoch nützen die Transponder nichts, wenn nicht auch das entsprechende Lesegerät verfügbar ist. Diese liegen wieder, je nach Art zwischen 5€ und 5.000€.

Weblinks

Die Vor- und Nachteile der RFID-Technologie: https://www.brother.de/blog/branchentrends/2021/vorteile-nachteile-rfid-technologie-logistik

RFID. Die drahtlose Übertragungstechnik einfach erklärt. https://www.net4energy.com/wiki/rfid

RFID: Datenübertragung mittels Funkfrequenzen - Kompetenzzentrum eStandards. https://www.estandards-mittelstand.de/estandards-wissen/standards-im-e-business/datentraeger/rfid-transponder/

"Nie mehr verlorene Koffer" - Süddeutsche Zeitung

"Beim RFID-Koffer-Tracking gibt es viel Potenzial, aber keine Standards" - Airlines.de

RFID - Wie funktioniert das?

RFID bei Tieren

Wo stößt RFID an seine Grenzen? - RFID Sicherheit

RFID Grenzen - RFID Journal

RFID und Events – Teil 3: Technische Voraussetzungen und Probleme - Lineupr Blog

Die Entwicklung der RFID - kurz erklärt - Konstruktionspraxis

RFID Geschichte - RFID Journal