RFID-Technologie

RFID-Technologie

Was bedeutet RFID?
Als RFID-Systeme (RFID = Radio Frequency IDentification) bezeichnet man mit Mikrochips ausgestattete Etiketten (engl.: Tags), die auf Gegenstände aufgebracht werden. Ihr Speicherinhalt, der den entsprechenden Gegenstand eindeutig zu identifizieren vermag, läßt sich berührungsfrei über Funk auslesen und unter Umständen auch verändern. In der letzten Zeit hat die RFID-Technologie durch die Möglichkeit zur kostengünstigen Fertigung solcher Etiketten in großer Stückzahl einen starken Aufschwung erfahren.

Wo werden RFID-Systeme eingesetzt?
Ein großes Anwendungsgebiet für RFID-Systeme liegt in der Logistik, wo sie zur Detektion (Entdeckung) und eindeutigen Identifikation einzelner Artikel eingesetzt werden können. Mit ihrer Hilfe lassen sich z.B. Lagerbestände überwachen, Warenflüsse verfolgen oder sogar das berührungsfreie Scannen und Bezahlen in einem Supermarkt (Mensa) realisieren. Ebenso können aber auch mit diesen Funketiketten ausgestattete Personen authentifiziert werden, z.B. zum Zweck der Zugangskontrolle.

Wie funktionieren RFID-Systeme?
Im Prinzip handelt es sich bei einem RFID-Etikett um einen Transponder (Sender/Antwortgeber), der aus einem auf die genutzte Funkfrequenz abgestimmten Schwingkreis mit Antenne besteht. Der Schwingkreis wird aus einem Kondensator, dessen Funktion der Mikrochip übernimmt, und einer Spule, die in vielen Fälle als Antenne dient, gebildet. Über ein externes Lese-/Schreibgerät wird das System über Funk angesprochen und zur Aussendung der gespeicherten Daten veranlaßt bzw. mit neuen Daten beschrieben. Die erforderliche Energie entnimmt der Transponder in den meisten Fällen dem vom Lese-/Schreibgerät erzeugten elektromagnetischen Feld, so daß keine eigene Stromversorgung benötigt wird.

Brauchen RFID-Systeme eine eigene Energieversorgung?
Nein, nur für einige energieintensive Anwendungen, z.B. zur Überbrückung hoher Reichweiten, werden aktive Transponder mit eigener Stromversorgung realisiert, bei denen das externe Feld nur der Abfrage dient.

Wieviel unterschiedliche Typen von RFID-Systemen existieren?
Bei der Systemauslegung lassen sich generell drei Typen von RFID-Systemen unterscheiden.

Wie unterscheiden sich diese Systeme untereinander?
Die einfachste Variante dient nur der Übermittlung festgelegter und nicht änderbarer Nummern. Die dort verwendeten Chips verfügen lediglich über einen auslesbaren Speicher (ROM = Read Only Memory), der lediglich bei der Herstellung beschrieben wird. Hauptanwendungen dieser Systeme sind die Erfassung von Artikelnummern sowie die Identifizierung von Tieren, denen zu diesem Zweck in Glaskapseln eingebettete Transponder unter die Haut injiziert werden.

Wie funktioniert der zweite Typ?
Zur Übertragung sich ändernder Daten eignet sich der zweite Typ von RFID-Systemen, die neben dem ROM einen wiederbeschreibaren Speicher, meistens einen EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), enthalten.


Was ist das besondere an der letzten Kategorie?
Die letzte Kategorie enthält Chips, die zusätzlich zum Speicherbereich über einen Mikroprozessor verfügen, der die Implementierung und Verarbeitung verschiedener Anwendungsprogramme ermöglicht. Im Prinzip handelt es sich um einen kleinen Computer. Dieser Typ von Funktionsetiketten deckt prinzipiell das gesamte Anwendungsfeld der kontaktbehafteten Smart Cards ab.

Wo lassen sich diese "kleinen Computer" einsetzen?
Zu den potenziellen Anwendungsfällen zählen u.a. die wiederaufladbare elektronische Geldbörse sowie komplexe Authentifizierungsverfahren unter Nutzung kryptograhphischer Protokolle. Darüber werden RFID-Systeme entwickelt, die bei Kopplung mit einer geeigneten Sensorik einige mit der Nutzung von Werkzeugen und Bauteilen zusammenhängende interessante Daten z.B. die Häufigkeit des Gebrauchs oder die Belastung speichern und auf Anfrage drahtlos übermitteln.

In welchen Freuqenzbereichen arbeiten RFID-Systeme und welche Reichweiten lassen sich dabei erzielen?
Viele RFID-Systeme arbeiten in einem Frequenzbereich von 10 MHz. Dieser Frequenzbereich von 10 MHz besitzt den Vorteil, daß sich die notwendige Spule kostengünstig auf eine Folie drucken läßt, da sie nur wenige Windungen benötigt. Mit solchen Transpondern lassen sich aufgrund der begrenzten Sendeleistung Reichweiten bis etwa 1 m erzielen. Höhere Reichweiten, bis zu einigen Metern, lassen sich im Frequenzbereich um 130 kHz erreichen, der bei Verfahren der einfachen Zugangskontrolle und der Tieridentifikation genutzt werden. Jedoch erfordern diese Systeme für den Frequenzbereich um 130 kHz aufwendigere und kostenintensivere Aufbauten.

Nach welchem Prinzip funktionieren die Funketiketten?
Die in beiden Freuqenzbereichen arbeitenden Funketiketten machen sich das Prinzip der induktiven Kopplung zu Nutze, bei dem sie dem abfragenden Feld die notwendige Sendeenergie entnehmen. In beiden Fällen wirkt die aufgebrachte Spule als Antenne.

Gibt es auch ein Verfahren, bei denen die Daten schnell übertragen werden und wie funktioniert dieses Verfahren?
Für Anwendungen, die eine Reichweite von einigen Metern bei hoher Lesegeschwindigkeit benötigen, werden Frequenzen im UHF-Bereich (300 Mhz bis 3 Ghz) erwogen, in dem das sogenannte BACKSCATTER-Verfahren angewandt wird. Hierbei reflektiert der Transponder einen Teil der vom Lesegerät abgestrahlten Energie und übertragt auf diesem Wege die Daten. Die kurzen Wellenlängen dieses Frequenzbereiches erlauben die Verwendung eines Dipols mit kleinen Abmessungen, welcher anstelle der nach wie vor vorhandenen Spule als Antenne dient.

Gibt es eine Internationale Standardfrequenz für RFID-Systeme?
Nein, in den USA, Japan und Europa werden für passive RFID-Systeme innerhalb des UHF-Bereiches unterschiedliche Frequenzbänder diskutiert. Eine internationale Standardisierung ist derzeit nicht in Sicht. Realisierte aktive Transponder arbeiten ebenso im UHF-Bereich, wobei sie Reichweiten bis zu 15 m erzielen.

Welche Bedenken gibt es gegen RFID-Chips?
Da sich RFID-Chips unbemerkt auslesen lassen, selbst wenn keine direkte Sichtverbindung zum Lesegerät besteht, weckt ihr Gebrauch datenschutzrechtliche Bedenken. Speziell wird hier die Gefahr der eindeutigen Zuordnung einzelner Artikel zu bestimmten Personen gesehen. Diesen Bedenken stehen jedoch die erwähnten Vorteile in der Logistik, die erwähnten nutzerfreundlichen Anwendungen sowie weitere nützliche Einsatzgebiete wie z.B. das Markieren von Medikamenten oder die Identifizierung problematischer und insbesondere schadstoffenthaltener Güter gegenüber.

Was sind die Zukunftsaussichten bei RFID-Chips und lassen sich die Kosten reduzieren?
Diskutiert wird weiterhin die Speicherung biometrischer Daten auf RFID-Chips in Reisepässen. Stark profitieren dürfte die RFID-Technologie in Zukunft von in Entwicklung befindliche Herstellungsverfahren, mit denen sich kostengünstig Polymerschaltungen direkt auf eine Substratfolie drucken oder stempeln lassen.