RFID - Radio Frequency Identification

RFID ist eine Technik zur Identifikation von Gegenständen über Funk (Radiofrequenz, RF). Was bisher in Wegfahrsperren, in Zutrittskontrollsystemen und in der Abfallentsorgung verwendet wurde, soll auch in der Warenbewegung möglich sein. Moderne Fertigungsmethoden erlauben hauchdünne Chips, die EPC-Nummern speichern und so weltweit eindeutig identifizierbar gemacht werden können. EPC (Electronic Product Code) ist ein 96 Bit langer Code, der den 13-stelligen EAN-Barcode ablösen soll.

Gelegentlich hört man, dass RFID-Label die Barcodes auf Warenverpackungen verdrängen. Und tatsächlich, da wo Paletten, Kartons und Gebinde in großem Maßstab bewegt werden, zum Beispiel im Lager oder hinter den Ladenregalen, wird mit normalen Barcodes kaum noch gearbeitet. Hier hat sich RFID durchgesetzt. Doch dort, wo Verbraucher nach einzelnen Artikeln greifen sieht die Sache ganz anders aus. Hier ist man nach verschiedenen Pilotversuchen nicht weit gekommen.
Der Grund ist ganz einfach: Herkömmliche Strichcodes ersparen den Händlern Investitionen in teure RFID-Lesegeräte und verschont die Umwelt vor Tonnen von mikroskopisch kleinen RFID-Labeln. Zudem kommt der Verzicht von RFID-Chips an Verpackungen der Privatsphäre von Verbrauchern entgegen. Letzter Punkt ist der Aufwand. Ein Barcode wird einfach mit auf die Verpackung gedruckt. Ein RFID-Chip müsste erst nachträglich aufgeklebt werden.

Aufbau des RFID-Systems

Ein RFID-System besteht immer aus einem Transponder, der am zu identifizierenden Objekt angebracht ist und dem Erfassungsgerät bzw. Lesegerät, das je nach Ausführung aus einer Lese- oder Schreib-Lese-Einheit besteht.

Der Transponder wird auch als RFID-Tag oder RFID-Label bezeichnet. Sie sindwenige Millimeter klein und können auf Geldscheinen oder Papier angebracht werden. Die einfachste Version des Transponders besteht nur aus einem Chip und einer Antenne. Der Chip kann ausschließlich den 96 Bit langen EPC speichern. Komfortablere Versionen sind vielfach wiederbeschreibbar, verschlüsselbar oder mit verschiedenen Schreib- und Leserechten ausgestattet.
Mit einem Erfassungsgerät kann der Chip in einer Entfernung von wenigen Zentimetern bis wenige Meter angesprochen werden. Die Daten werden dann nicht wie beim Barcode mit einem optischen Scanner, sondern über Funk ausgelesen. Das funktioniert ohne Sichtkontakt und deshalb wesentlich schneller.

Energieversorgung des passiven Transponders durch induktive Kopplung

Der Transponder des RFID-Tags hat in der Regel keine eigene Energieversorgung. Das bedeutet, die Energie muss von außen zugeführt werden. In der Praxis wird die Energie für den Betrieb des Transponders durch das Erfassungsgerät zur Verfügung gestellt. Dazu wird von der Antennenspule des Erfassungsgeräts ein starkes hochfrequentes, elektromagnetisches Feld erzeugt. Dieses durchdringt die Spule und den Raum darum. Ein Teil des Feldes durchdringt auch die Antennenspule des Transponders. Durch Induktion wird in der Antennenspule eine Spannung erzeugt. In gleichgerichteter Form dient diese Spannung als Energieversorgung für den Transponder.

Radiofrequenz-Verfahren (RF)

Die Technik hinter RFID ist das Radiofrequenz-Verfahren. Im Transponder befindet sich ein LC-Schwingkreis, welcher auf eine bestimmte Resonanzfrequenz f_R abgeglichen ist. Dieser Schwingkreis ist eine, zwischen Folien geätzte, Spulen- und Kondensatorplatte, die als Aufklebeschildchen oder Klebefolie verwendet werden können.
Das Erfassungsgerät (Transmitter mit Generator) erzeugt ein magnetisches Wechselfeld im Radiofrequenzbereich. Kommt der LC-Schwingkreis in die Nähe des magnetischen Wechselfeldes, wird über die Spule Energie aus dem Wechselfeld in den LC-Schwingkreis eingekoppelt (Induktion). Entspricht die Frequenz f_G des Wechselfeldes der Resonanzfrequenz f_R des LC-Schwingkreises, wird dieser Schwingkreis zu einer Resonanzschwingung angeregt. Im Schwingkreis beginnt ein Strom zu fließen, der dem Wechselfeld entgegenwirkt. Dies führt zu einer Änderung des Spannungsabfalls über der Generatorspule des Transmitters. Die Abschwächung der magnetischen Feldstärke ist messbar.
Die Generatorfrequenz ist fest eingestellt und idealerweise die Resonanzfrequenz des Transponders, um die Energieversorgung des Transponders zu maximieren. Der Datenaustausch erfolgt meistens über Amplituden-Modulation (AM) des Feldes in beide Richtungen.

Anwendungen von RFID

Die Hauptanwendung ist in der Logistik zu finden. Dort würde die flächendeckende Einführung der RFID-Technik die Warenerfassung nahezu vollständig automatisieren. Das Suchen nach den üblichen Barcodelabeln an einem Objekt würde entfallen. Auch das Scannen jedes einzelnen Produkts an der Kasse im Supermarkt wäre nicht mehr notwendig.
In Verbindung mit EPC kann jedes Produkt mit einer weltweit einmaligen Nummer versehen und jederzeit identifiziert werden.
Eine andere neuartige RFID-Anwendung zielt gegen den Ladendiebstahl. Dabei wird das elektronische Gerät grundsätzlich inaktiv geschaltet. Erst dann, wenn der Kunde zur Kasse geht und das Gerät aktivieren lässt, kann er es verwenden. Ein Dieb, der das Gerät ohne Deaktivierung mitnimmt, kann damit nichts anfangen.

RFID-Standard

Es gibt keinen weltweit einheitlichen RFID-Standard. Stattdessen gibt es auf dem Markt sehr viele unterschiedliche Systeme, mit unterschiedlichen Übertragungsverfahren auf verschiedenen Frequenzen. Das liegt an der nationalen Frequenzvergabe, die keinen weltweiten Standard vorgesehen hat.
Doch für die Einsatzbereiche in der Logistik muss ein System her, dass über eine globale Reichweite verfügt. Überall müssen Systeme installiert sein, die auf dem gleichen Standard basieren. Ein Transponder aus den USA muss in Europa und Asien gelesen werden können. Ein weltweit nutzbares System muss deshalb mehrere Frequenzbereich beherrschen.
Damit RFID in der Logistik weltweit eingesetzt werden kann, werden inzwischen Teile der RFID-Technologie standardisiert. Darum kümmern sich die ISO (International Standardisation Organisation) und die EPCglobal (Electronic Product Code global).
Die ISO definiert technische Eigenschaften. Dazu gehören die verwendeten Frequenzen und die Übertragungsprotokolle auf der Sicherheitsebene. An dieser Stelle merkt man, dass sich die Techniken um RFID an die Struktur des OSI-Schichtenmodells halten.
EPCglobal beschäftigt sich mit der einheitlichen Produktidentifikation im internationalen Handel. Dabei werden die Anforderungen der verschiedenen Branchen berücksichtigt. Dazu gehören Herstellung, Transport, Lagerung und Verkauf der Waren. EPCglobal definiert einheitliche Vorgaben für die Produktkennzeichnung, die in der ganzen Versorgungskette von Hersteller bis zum Konsumenten ihre Gültigkeit hat. Das Ziel ist, dass Hersteller, Spediteur und Händler mit dem gleichen Transponder den Warenumschlag verwalten können.

RFID-Frequenzen

Da es keinen einheitlichen RFID-Standard gibt, der einen bestimmten Frequenzbereich vorschreibt, haben sich verschiedene nationale und internationale Lösungen entwickelt. Die Frequenzbänder unterscheiden sich also von Land zu Land. Hinzu kommt noch, dass die einzelnen Frequenzbereiche verschiedene Vorteile in Bezug auf Lesegeschwindigkeit, Reichweite, Preis und Einsatzfähigkeit bieten. Daher werden in den verschiedenen Anwendungen unterschiedliche Transponder und somit unterschiedliche Frequenzen genutzt.
In der Logistik wird für RFID in der Regel das UHF-Band verwendet. Allerdings gibt es international kein geschlossenes System. In Europa wird vorwiegend der Frequenzbereich von 865 MHZ und 868 MHz genutzt. Der Frequenzbereich bei 866 MHZ ist bereits für messtechnische Anwendungen, wie zum Beispiel für Funk-Wetterstationen reserviert. In den USA wird der Frequenzbereich 915 MHz verwendet.

• Low Frequency (LF): 30 kHz bis 500 kHz
  • KFZ-Wegfahrsperren, Tieridentifikation
• High Frequency (HF): 10 MHz bis 15 MHz
  • Smart Label an Waren im Einzelhandel
• Ultra High Frequency (UHF): 865 MHz bis 956 MHz
  • Logistik
• Super Ultra High Frequency (S-UHF): 2,4 GHz bis 2,5 GHz und 5,8 GHz
  • Mautsysteme

RFID-Lösungen im UHF-Bereich werden deshalb gerne verwendet, weil sie schnelle Schreib- und Lesevorgänge ermöglichen. So können die RFID-Transponder bis zu einer Entfernung von 4,6 Metern bei einer Geschwindigkeit von 30 km/h ausgelesen werden.

Probleme durch RFID

RFID ist massiv in der Kritik. Da wird von Untergrabung des Datenschutzes, Vernichtung von Arbeitsplätzen und Elektrosmog gesprochen. Was steckt nun wirklich dahinter?

Probleme: Datenschutz

Mit RFID lassen sich in der Logistik die Warenströme automatisieren und vereinfachen. Produkte und Verpackungen lassen sich schnell identifizieren. Doch genau an dieser Stelle schlagen Datenschützer nicht unberechtigt Alarm. So wird befürchtet, dass die eindeutige EPC-Nummer und das kontaktlose Auslesen unbemerkt zum Erstellen von Kunden-Bewegungsprofilen missbraucht werden kann. Mit Hilfe von RFID in Kundenkarten und versteckt angebrachten RFID-Scannern wäre es nahezu unmöglich sich anonym in der Öffentlichkeit zu bewegen.
Deshalb fordern Datenschützer eine Einsatzbeschränkung der RFID-Technik, die das Datensammeln bezogen auf einen einzelnen Menschen ausschließt.
Durch RFID kann der Datenschutz nicht ausgehebelt oder untergraben werden. Dazu müssten die an Waren befestigten Transponder über viele Meter ausgelesen werden können. Da gerade die kleinen passiven Transponder, die als Barcode-Ersatz gehandelt werden, nur innerhalb weniger Meter ausgelesen werden können, geht davon kaum eine Gefahr aus. Bemängelt wird auch weniger die Auslesbarkeit, sondern die eindeutige Produktidentifikation, wie sie durch EPC möglich wird.

Problem: Arbeitsplätze

Ein weiterer Kritikpunkt ist die Vernichtung von Arbeitsplätzen durch RFID. In der Logistik ist RFID die wirkungsvollste Rationalisierungsmaßnahme seit Jahrzehnten. Mit hoher Wahrscheinlichkeit werden sehr viele Arbeitsplätze nicht mehr zu Verfügung stehen. Doch automatisierte Lade- und Lager-Techniken haben bereits zu Mitarbeitereinsparungen geführt. RFID dürfte das noch ein bisschen weiter treiben. Doch wegen dem Boom der letzten Jahre in der Logistik-Branche sind viele Arbeitsplätze neu entstanden. Und mit RFID wird in Zukunft hochqualifiziertes Personal gebraucht.

Problem: Elektrosmog

Mit Sicherheit nimmt die Elektrosmog-Belastung Belastung durch elektromagnetische Felder (EMF) mit RFID zu. Doch nur punktuell. Also nicht so wie bei Mobilfunk, wo ein Frequenzbereich dauerhaft und überall genutzt wird, sondern dort, wo Transponder ausgelesen werden. Außerdem liegt die Leistung der elektromagnetischen Felder weit unter den gesetzlichen Grenzwerten im kaum messbaren Bereich. Ob die tief genug angesetzt sind, das ist ein anderes Thema.