RFID Was ist RFID – Alles zu Chips, Reader & Tags

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RFID-Chips sind in der Industrie nicht mehr wegzudenken. Was RFID bedeutet und wie die Kommunikation aus Transponder und Reader funktioniert, erfahren Sie hier.

RFID ist die Abkürzung für Radio-Frequency Identification (zu Deutsch: Radio-Frequenz Identifizierung). Bei dieser Technologie handelt es sich um eine Art der Kommunikation zwischen einem Sender (Transponder oder Tag) und einem Empfänger (Reader).

Das System arbeitet vollautomatisch. Es dient der berührungslosen Kommunikation, Identifikation und Lokalisierung von Objekten, wie Waren, Medikamenten, Fahrzeugen oder Lebewesen. Somit fällt RFID auch unter das Stichwort Auto-ID (Automatische Identifikation und Datenerfassung).

Zum erfolgreichen Einsatz werden ein Sender, ein Empfangsgerät, Energie und eine gewisse räumliche Nähe benötigt. In der Logistik perfektioniert und vereinfacht die Technologie Abläufe und sorgt für einen rasanten Materialfluss. Auch die Optimierung von Prozessen in der Intralogistik mittels RFID ist heute weitestgehend Standard.

Somit stellt die Technologie ein wesentliches Element für den Erfolg der Logistik 4.0 dar. Trotz der vielen Vorteile sollten auch stets Chancen und Grenzen von UHF-Transpondern abgewogen werden.

Einsatz und Vorteile von RFID in der Logistik 4.0

Kaum eine andere Branche kann so stark von RFID und Auto-ID profitieren, wie die Logistik. Die Radio-Frequency Identification perfektioniert durch die smarte Technologie das Internet der Dinge und somit alle Bewegungen von Objekten. Daher ist der Einsatz von RFID für die Smart Factory von großer Bedeutung. Logistiker profitieren vor allem von

• der Beschleunigung komplexer Arbeitsabläufe,

• vereinfachten und verschlankten Datenbanken mit realistischen Bestandslisten,

• leicht nachvollziehbaren Warenbewegungen,

• einer zuverlässigen Lokalisierbarkeit getagter Objekte,

• intelligenter Lagerung von Waren und

• volldigitaler Protokollierung von Prozessen.

Da sich Systeme dank RFID beinahe selbst verwalten können, sinkt auch der Bedarf an Arbeitskräften. Denn der Materialfluss kann vollautomatisiert ablaufen (Auto-ID). Dies stellt wohl den größten Nachteil von RFID dar, denn an der Logistik hängen zahlreiche Arbeitsplätze.

Große Paletten oder gar ganze Palettenwagen voller getagter Objekte müssen nicht mühsam abgeladen und einzeln gescannt werden. Stattdessen können sie in einem einzigen Rutsch abgearbeitet werden.

Die Arbeitskräfte müssen nicht mehr aufwändig Wareneingänge oder -ausgänge auf Art, Menge, Herkunft und Zielort prüfen. Denn das RFID-System klärt diese Fragen eigenständig und lädt alle RFID-Daten in die Cloud. So lässt sich einerseits die Fehlerquote minimieren und durch den Einsatz der Cloud-Technologie eine industrielle Kommunikation aufbauen.

Funktionsweise der Radio-Frequency Identification: Der Transponder

Der Sender von RFID wird als Transponder bezeichnet, manchmal auch als Tag oder schlicht als Funketikett. Er setzt sich aus einer Antenne (oft eine Spule), einem Computerchip und einem Trägermaterial oder Gehäuse zusammen. Der Chip ist mit analogen und digitalen Schaltkreisen ausgestattet. Außerdem verfügt er über einen zum Teil mehrfach beschreibbaren Speicher.

In manchen Fällen handelt es sich beim Transponder um einen Halbleiterchip. Tags unterscheiden sich in verschiedenen Faktoren. Sie besitzen unter anderem unterschiedliche Größen, Lebensdauern, Taktfrequenzen, Speichergrößen oder Reichweiten.

Die Chips besitzen eine einzigartige Identität in Form einer Seriennummer, sodass sie eindeutig wiedererkennbar sind. Die Identität ist nicht veränderbar, was Missbrauch verhindern kann. Sie kann jedoch laufend und vollautomatisch durch zusätzliche Informationen erweitert werden (Auto-ID). Voraussetzung dafür ist, dass es sich um einen mehrfach beschreibbaren Speicher handelt.

In dieser Hinsicht sind beispielsweise bisherige Aufenthaltsorte von Waren interessant. Auch bei der Frage nach dem richtigen Kommissionierverfahren kommt man deshalb um RFID-Technologie kaum noch herum.

Tags verfügen meist nicht über eine eigene Energieversorgung. In dem Fall wird der Transponder passiv genannt. Die notwendige Energie für die Datenübertragung gibt der Reader an das Tag ab. Dabei muss es sich bei der Antenne um eine Spule handeln, die per Induktion einen Kondensator auflädt.

Ausnahmen, die aktive Transponder genannt werden, sind mit einer eigenen Batterie versehen. Ihr Einsatz lohnt sich dann, wenn das Tag eine hohe Reichweite und diverse Zusatzfunktionen besitzen soll.

Transponder lassen sich am oder im zu kennzeichnenden Objekt anbringen. Sie werden beispielsweise

• aufgeklebt (z.B. an Paletten oder Kartons),

• direkt in Objekte eingearbeitet (z.B. in Schrauben, Schuhsohlen, Geldscheinen oder Dokumenten)

• und bei Lebewesen sogar implantiert (bei Haustieren hinter dem Ohr, bei Menschen in der Hand).

Durch erfolgreiche Forschung und Entwicklung lassen sich seit 2006 auch temperaturbeständige Transponder verwenden. Sie können seither sogar in Metalle eingegossen werden. Das bringt mehrere Vorteile mit sich: Das Beschädigungs-, Abnutzungs- oder Verlustrisiko wird minimiert, sie sind außerdem unsichtbar.

Funktionsweise der Radio-Frequency Identification: Der Reader

Ein Lesegerät liest die Daten des Tags mithilfe eines elektromagnetischen Wechselfeldes oder hochfrequenten Radiowellen aus. Dazu muss es sich in räumlicher Nähe befinden. Der Empfänger wird auch als Reader bezeichnet. Es existieren neben rein auslesenden RFID Lesegeräten auch solche, die neue Daten auf den Speicher des Transponders schreiben können.

Die ausgestrahlten Funkwellen werden durch das Tag beeinflusst, da dieses einen Teil der Energie reflektiert. So werden zunächst die eindeutige Identität und eventuell weitere abgefragte Informationen übermittelt. Zusätzlich lassen sich unterschiedliche Daten speichern.

Das Lesegerät ist eine Kombination aus Hardware und einer speziell programmierten Software. Je mehr Reichweite ein Reader besitzen soll, desto mehr Strom verbraucht er. Typische Reichweiten liegen zwischen wenigen Zentimetern und einigen Metern. Umso geringer die Reichweite, desto exakter lassen sich ausgewählte Transponder ansprechen.

Eine größere Reichweite lässt sich beispielsweise dazu nutzen, wenn zwei Objekte sich nicht zu nah annähern sollen. Das ist unter anderem bei Behältern mit entzündlichen Flüssigkeiten und funkensprühenden Arbeitsgeräten der Fall.

Reader für die Radio-Frequency Identification stehen als Handheld-Ausführungen für den Handbetrieb bereit. Sie können aber auch andere Formen annehmen. Zum Beispiel in Form eines Tors, durch das Warenströme geführt werden.

Kosten für die RFID-Technologie als Auto-ID

Transponder, beziehungsweise Tags sind trotz ihres großen Nutzens relativ günstig zu erwerben. Ein einzelnes Tag ist schon für wenige Cent zu haben. Je nach Ausstattung und verfügbaren Funktionen kann der Preis allerdings um ein Vielfaches steigen.

Im Durchschnitt müssen Unternehmer mit Kosten von rund 50 Cent pro Tag rechnen. Doch je verbreiteter RFID wird, desto günstiger kann sich der Einkaufspreis entwickeln. RFID-Chips lassen sich leider nicht für andere Objekte wiederverwenden, da die Identität immer gleich bleibt.

Missbrauch durch unautorisierte Zugriffe

Wenn Fremde auf die gespeicherten Daten zugreifen können, werden diese unter Umständen missbraucht. Doch das ist kein unausweichliches Schicksal. Denn inzwischen lassen sich mit entsprechenden Transpondern die gespeicherten Daten auch verschlüsselt übertragen. Der Cyberkriminalität in der Logistik wird damit Einhalt geboten.

Darüber hinaus können RFID-Transponder so gestaltet werden, dass nur ausgewählte RFID-Reader Zugriff auf die gespeicherten Informationen erhalten. Alternativ lassen sich auch Passwörter setzen.

In der Regel werden die Daten in Klartext übertragen. Dennoch stellt bereits die geringe Reichweite der Transponder von wenigen Zentimetern bis hin zu einigen Metern einen gewissen Schutz vor unautorisierten Zugriffen dar. Auto-ID liefert daher schon gute Ansatzpunkte für sichere Prozesssteuerung, wobei sicherlich noch weitere Entwicklungsschritte lohnenswert sein können.

Schwachstellen von RFID

Die Sende- oder Empfangsleistung von RFID-Systemen lassen sich stören, vernichten oder unterbrechen. Mögliche Ursachen sind:

• Elektromagnetische Impulse (EMP),

• physikalische Zerstörung der Transponder-Antenne (beispielsweise durch simples Durchtrennen),

• Faradayscher Käfig und andere Formen der Abschirmung (wie Alufolie),

• und Störsender mit gleicher Frequenz wie der des Tags

Stromausfälle vorbeugen

Die RFID-Technologie muss wie andere Auto-ID-Technologien mit Energie versorgt werden. Sie ist stromabhängig. Passive Transponder nutzen keine eigene Energiequelle. Aktive Transponder nutzen meist eine eigene Batterie.

Im Gegensatz dazu können Reader direkt am Stromnetz hängen. Handheld-Reader nutzen oft auch Akkus. Anders sieht es bei fest installierten Readern in der Logistik aus, die zum Beispiel in Lagern eingesetzt werden.

Kommt es zu einem Stromausfall, wird auch der Reader des Radio-Frequency Identification-Systems ausfallen. Um dem vorzubeugen, ist es sinnvoll, eine automatische Notfallstromversorgung zu errichten, die auch RFID-Systeme integriert. Datenverluste auf beschriebenen Tags durch einen Stromausfall sind auf diesem Weg jedoch nicht möglich.

Angriffe auf Computersysteme

Mit zunehmender Verbreitung in der Wirtschaft werden RFID-Systeme zunehmend interessant für Cyber-Kriminelle sein. Bis dato gelang es offenbar nur Wissenschaftlern, RFID-Chips so zu manipulieren, dass sie Ausspähungen von Datenbanken ermöglichten.

In dieser Hinsicht lohnt es sich, stets auf dem aktuellem Stand zu bleiben. Dadurch bieten Unternehmen Cyberkriminellen möglichst wenig Angriffsfläche. Darüber hinaus gelten für Computersysteme rund um die Radio-Frequency Identification die üblichen Sicherheitsvorkehrungen. Dazu zählen beispielsweise regelmäßige Updates und Schulungen der Mitarbeiter.

Zur Geschichte der Radio-Frequency Identification

Zum ersten Mal in der Menschheitsgeschichte wurde ein Vorläufer der Technologie bei britischen Militärflugzeugen im zweiten Weltkrieg eingesetzt. Sie diente dazu, Flugzeuge automatisch als britisch oder nicht-britisch unterscheiden zu können. So sollte es zu keiner Verwechslung mit feindlichen Maschinen kommen.

Der wesentliche Unterschied zwischen den damaligen Vorläufern und den heute eingesetzten Systemen: die Größe und das Gewicht der Transponder. So waren die Vorläufer noch koffergroß. Moderne Transponder können so klein und leicht wie ein Reiskorn sein, obwohl es weiterhin noch massigere Tags gibt.

In den sechziger Jahren fand RFID seinen Weg aus dem Militärbereich in die Wirtschaft. Dort spielt es seither eine wesentliche Rolle für Techniken im Bereich der Auto-ID (Automatische Identifikation und Datenerfassung). In dieser Phase diente es vor allem der Diebstahlsicherung. Kurz darauf wurde das Sender-Empfänger-System auch in der Landwirtschaft zur Kennzeichnung von Nutztieren eingesetzt.

In den nächsten Jahren konnten dutzende weitere Einsatzbereiche erschlossen werden. Die achtziger Jahre fand sich RFID in Mautsystemen wieder. Diese Entwicklung fand in erster Linie in den USA und Norwegen statt. Das System wurde bis heute noch stark weiterentwickelt und ist noch nicht vollendet.

Inzwischen zählen zu den Einsatzbereichen der RFID-Technologie

• die Wirtschaft,

• der Gesundheitsbereich,

• der Einzelhandel,

• die Logistik,

• die (touristische) Infrastruktur,

• die Blindenhilfe

• und viele mehr.

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