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RFID Anwendungen

Anwendungen von Smart-Labels

Anwendungen von Transpondern (außer Tickets, Labels)

RFID, eine neue Technologie verbessert und verändert Prozesse und IT-Anwendungen

RFID verleiht Gegenständen Individualität und Mitteilungsfähigkeit. Gegenstände können schnell lokalisiert und eine Fülle an aktuellen und historischen Daten liefern. Kaum ein anderes Identifikationsmedium wird daher in Zukunft die Logistik -/ -, Handels- und Produktionslandschaft und damit auch Teile der IT so sehr beeinflussen wie RFID (Radio Frequency IDentification). Sie ermöglicht komplett neue Ideen, Prozesse und Modelle. Bei der Optimierung logistischer Prozesse oder der Produk¬tions¬steuerung, beim Marken- und Diebstahlschutz, im Verleihbereich, bei der Erkennung, Zuordnung und Nachverfolgung von Personen, Gegenständen und Tieren, der Reklamation, Wartung etc. bringt RFID neue Möglichkeiten in punkto Flexibilität, Schnelligkeit und Sicherheit.


In den kontaktlosen Chipkarten, RFID-TAGs, elektronischen Etiketten (Smart Labels) und Smart Tickets befindet sich ein sogenannter Transponder, der mit einer Lese-/Schreibeinrichtung einen kontaktlosen Datenaustausch in beide Richtungen durchführen kann. Er ermöglicht damit auch die Erkennung von Personen, Gegenständen und Tieren über kurze (passive Transponder, bis ca 0.5m) oder große (aktive Transponder, bis ca. 100m) Entfernungen. Bei RFID wird das eigentliche Objekt (Mensch, Tier, Gegenstand) durch den Transponder somit selbst Träger der wichtigsten Informationen über sich und / oder der Transponder enthält nur einen sogenannten EPC (Electronic Product Code) und die dazugehörigen Daten sind über das Internet, dem sogenannten „Internet der Dinge“, verfügbar. Der Hauptnutzen beruht in der schnellen und berührungslosen Identifikation der Objekte und Beschaffung von wichtigen Daten über die Objekte. Neben den Objekten gilt das auch auf „aggregierten“ Ebenen wie Kartons, Paletten und Containern. Es können per Antikollisions¬technik auch viele Transponder gleichzeitig gelesen bzw. beschrieben werden. Das heißt, eine Leseeinrichtung kann eine ganze Palette mit Objekten auf einmal lesen.


Ein wichtiger Punkt ist auch die Standardisierung von Transpondern und Anwendungen. Sie ist sehr breit angelegt, geht zügig voran und ist in einigen wichtigen Bereichen schon abgeschlossen.


Die Transponder müssen in ihrer Größe, Bauart, ihrem Trägermaterial, Speichervolumen und ihren Funktionen (Kommunikation, Sicherheit, Sensorik etc.) an die spezifischen Anforderungen der Kunden angepasst werden. Neben den passiven Transpondern bekommen auch die aktiven Versionen eine immer größere Bedeutung. Diese erlauben neben Standard-Funktionen wie dem Lesen und Schreiben von Daten auch weitere Funktionen wie z.B. das Messen von Temperaturen, Druck, Luftfeuchtigkeit und extremen Verzögerungen (z.B. wichtig bei Garantiefällen von Geräten). Aktive Transponder besitzen eine papierdünne Energiequelle, die je nach Funktionalität eine Lebensdauer von z.B. 2 Jahren hat. Diese aktiven Transponder sind ISO kompatibel und können mit jedem Standard-Lesegerät kommunizieren. Neben diesen Transponder existieren auch „Long Range“ Systeme, die mit einem gerichtetem Antennen¬feld große Reichweiten von bis zu 100 Metern, bei hohen Transportgeschwindig¬keiten, erzielen.


Die großen Vorteile von aktiven Transpondern zeigen zum Beispiel die Temperatur¬sensor Labels. Die permanente Temperaturüberwachung des konkreten Objektes, z.B. im medizinischen Bereich (Blutbeutel), Pharma-Bereich (Medikamente) und Lebensmittelbereich (verderbliche Produkte), ist mit Hilfe eines Temperatur-messenden Transponders möglich. Damit ist die Dokumentation von stabilen Prozess- und Lagertemperaturen kostengünstig realisierbar.

 

Allgemeines zu Transponder, Smart Labels und Smart Tickets

In den Tags, Smart Tickets, Smart Labels, sicheren Gutscheine etc. befindet sich ein sogenannter Transponder, der eine berührungslose Erkennung und Zuordnung von Personen, Gegenständen und Tieren über kurze (passiv) oder große (aktive Systeme) Entfernungen ermöglicht. Diese Art der Identifikation wird auch RF-ID genannt (Radio Frequency Identification). Bei RF-ID wird das eigentliche Objekt mit einem RFID-Label versehen und ist somit selbst Träger der wichtigsten Informationen über sich geworden. Damit sinkt auch der enorme Aufwand ihrer ständigen Überwachung und Aktualisierung. Die Standardisiserung von Transpondern hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht (weitere Informationen siehe unten).


Bei RFID haben sich für die Datenübertragung und die Identifikation mehrere verschiedene Übertragungsfrequenzen durchgesetzt: In der Montage, Produktion und Zutrittskontrolle haben sich die RFID Systeme auf Basis der 125 kHz-Technik bereits in zahlreichen Anwendungen bewährt. Sie zeichnen sich durch eine große Auswahl erprobter, robuster Komponenten aus. Leseentfernungen bis zu einem Meter sind mit Standardprodukten zu erreichen. Selbst auf oder eingebettet in Metall ermöglicht diese Technik automatische Identifikation. Die 13,56 MHz Label-Transponder sind vor allem durch die Chipkarten bekannt geworden und verdrängten in den letzten Jahren immer stärker den 125 kHz Bereich vom Markt. Diese Technik bietet den Vorteil preiswerter Schreib-/Lese-Transponder mit Antikollisionstechnik - es können also mehrere Transponder gleichzeitig gelesen werden. Mit diesen Transpondern können Smart-Labels ab ca. € 0.30 angeboten werden. Noch preisgünstiger sind Transponder mit Frequenzen im Bereich über 800 MHz, vor allem zwischen 860 MHz und 2.45 GHz. Sie können mit geringen Abmessungen und Preisen unter € 0,10 angeboten werden. Auch die Normierung schreitet hier zügig voran. Diesen Transpondern wird eine große Zukunft vorhergesehen, vor allem in Verbindung mit dem EPC (Electronic Product Code). Bei allen oben angegebenen Transpondern werden diese über ein elektromagnetisches Feld oder elektromagnetischen Wellen mit Energie versorgt und benötigen keine interne Batterie. Je nach Antennengröße des Transponders und der Leistung des RFID-Controllers sind Lesereichweiten von 2 cm bis einige Meter erreichbar.


Neben diesen Transpondern existieren auch noch deutlich teurere intelligente "Long Range" Systeme, die mit einem gerichteten Antennenfeld große Reichweiten von bis zu 100 Metern, bei hohen Transportgeschwindigkeiten, erzielen. Hier können per Antikollisionstechnik mehrere Transponder gleichzeitig gelesen werden. Mit diesen Transpondern werden zunehmend auch RTLS (Real-Time Location Systems) angeboten, die eine genaue Lokalisierung von Objekten über 50 m und mehr ermöglichen.

RFID Marktanalyse

Bis zum Jahr 2015 wird sich der Markt für Radio-Frequency-Identification-Produkte rasant vergrößern und diversifizieren. Zu diesem Ergebnis kommt eine umfassende Studie des britischen RFID-Marktanalysten IDTechEx über die weiteren Entwicklungen der Branche. Bis 2015 wird sich der Wert des gesamten RFID-Marktes, inklusive der Systeme und Dienstleistungen, von derzeit rund 3 Mrd. Dollar auf über 20 Mrd. Dollar erhöhen. Die ausschlaggebenden Faktoren für das Anwachsen des Marktvolumens sehen die Experten in der steigenden Nachfrage von Händlern, militärischen Einheiten und der Postindustrie, welche vor allem an den rechtlichen und sicherheitstechnischen Gegebenheiten der RFID-Technologie interessiert sind.

RFID Standardisierung

Die Smart-ID Ltd. ist umfangreich in der Standardisierung von RFID und Chipkarten tätig. Die Standardisierung im Bereich RFID ist sehr breit angesetzt, nachfolgend wird ein kurzer Überblick über die Aktivitäten dargestellt. In den letzten fünf Jahren sind viele wichtige RFID-Standards entstanden.

Die wichtigsten RFID-Standards sind:

Die wichtigsten Chipkarten-Standards sind:

Diese Chipkarten-Standards haben einen großen Einfluss auf viele RFID-Standards.
Von den oben angegebenen RFID-Standards sind vor allem die Normenserien 18000, 1596x und 1736x wichtig.
18000–1: Luftschnittstelle – Referenzarchitektur und Parameterbeschreibung, die unten genau spezifiziert ist
18000–2: Luftschnittstelle – Frequenzen unterhalb von 135 KHz. 2 Typen (FDX und HDX)
18000–3: Luftschnittstelle für 13.56 MHz. 3 Typen
18000–4: Luftschnittstelle für 2.45 GHz. 2 Typen (passiv, “aktiv” mit Batterieunterstützung)
18000–5: Luftschnittstelle für 5.8 GHz.
18000–6: Luftschnittstelle für 860 – 930 MHz. 3 Typen
18000–7: Luftschnittstelle für 433.92 MHz. Aktives System
15961: Datentransfer zwischen Transponder und der Anwendung: Kommandos, Antworten, ... Die Beschreibung der Daten und Funktionen erfolgt in ASN.1 und BER
15962: Datenkodierung, Datenverdichtung, Datenformatierung, Verzeichnisstruktur, Driver für TAGs
15963: eindeutige Seriennummer für alle Transponder. Die Nummer gliedert sich in drei Teile: Allocation Class (AC): 8 Bits, UID Issuer Registration Number: Länge ergibt sich aus AC, Seriennummer: Länge ergibt sich aus AC
ISO 17358: Anwendungsanforderungen
ISO 17363: Anwendung Frachtcontainer
ISO 17364: Anwendung wieder verwendbare Transporteinheiten
ISO 17365: Anwendung Transporteinheiten
ISO 17366: Anwendung Produktverpackungen
ISO 17367: Anwendung Produkt-Tagging

 

EPC(Electronic Product Code)

Die Zukunft von RFID wird sehr stark vom sogenannten EPC, dem Electronic Product Code von GS1 beeinflusst. Er wird sich in Zukunft bei Milliarden von Waren befinden und neben der heutigen Funktion des EAN vor allem zur Produktidentifikation dienen. GS1 (Global System 1) ist Eigentümer der EPCglobal, die alle Komponenten des Internet der Dinge inklusive des EPC ausarbeitet, und ist die Nachfolgeorganisation von EAN (European Article Numbering) und UCC („Amerikanische EAN“). GS1 stellt ein weltweit eindeutiges Identifikations- und Codiersystem für Adressen, Artikel, Versandeinheiten, Standorte etc. zur Verfügung. Dieses ist Grundlage für den elektronischen Geschäftsdaten¬austausch und die Standardisierung von Nachrichtenstrukturen.


Der Electronic Product Code (EPC) ist eine aufstrebende Technologie der automatischen Identifikation mittels Radiofrequenztechnologie (RFID) für Konsumenteneinheiten. Dadurch werden sämtliche Warenbewegungen innerhalb der Supply Chain – vom Hersteller über die Verteilzentren bis zum Supermarkt - nachvollziehbar. Der Einsatz von EPC ermöglicht signifikante Vorteile für Unternehmen und Endverbraucher. Der gesteigerte Informationsfluss in der Versorgungskette hilft, Produkte rascher in die Regale zu bringen und dem Konsumenten zu garantieren, dass die Produkte in der gewünschten Anzahl vorrätig sind. Das Aussortieren abgelaufener Produkte wird wesentlich erleichtert und die Annahme zurückgerufener Produkte ermöglicht; zusätzlich werden die Wartezeiten an den Kassen signifikant kürzer.


Der EPC ist auch die Basis des sogenannten „Internet der Dinge“. Das Ziel des „Internet der Dinge“ nach EPCglobal ist, alle relevanten Daten über jedes einzelne Objekt in der gesamten Lebensdauer nach Bedarf jederzeit im Zugriff zu haben, seine ganze Geschichte jederzeit nachvollziehen zu können. Und das auf Basis von realen Objekten, die mit einem RFID-Tag ausgestattet sind und einen weltweit eindeutigen EPC (Electronic Product Code) enthalten, einer Implementierung im Internet und eines weltweit einheitlichen Regelwerks.


Die freie Lesbarkeit der EPC-Daten hat in den Anfängen des EPC zu einer großen Aufregung vor allem unter Konsumentenschützern geführt. Da die wichtigste Anforderung des EPC neben der Robustheit, weltweiten Standardisierung und der Speicherung und kontaktlosen Lesbarkeit der EPC-Daten vor allem der der Preis darstellt, mussten Sicherheitsfunktionen gesucht werden, die den Preis des EPC nur geringfügig erhöhen. Der Spielraum war daher sehr gering.
Als Ergebnis entstand die EPC Gen 2, die die 2. Generation des EPC bezeichnet. Sie enthält zwei Sicherheitsfunktionen:
• den Passwortschutz
• die Kill-Funktion.


Mit dem EPC Gen 2 besteht die Möglichkeit, die Lesefunktion der EPC von einer erfolgreichen Passworteingabe abhängig zu machen. Mit der Kill-Funktion kann die Funktionalität des RFID-Tags für immer beendet werden.


EPCglobal hat mit der Passwortfunktion einen Kompromiss aus geringer Erhöhung der Chip-Komplexität und damit des EPC-Preises und einer relevanten Sicherheitsverbesserung erzielt. Doch wie kann man nun mit dem Passwort, das eine einfache Möglichkeit der temporären Sperre des RFID-Tags bietet, die Anforderungen der Praxis lösen. Der Händler möchte den EPC auch nach dem Verkauf der Ware bei Bedarf lesen können (z.B. bei Reklamationen, Garantiefällen, bei der Wartung, Rückgabe, Weiterverkauf), ebenso Dritte wie Anbieter von Diebstahl-Lösungen, Fundämter etc. Viele Käufer wiederum möchten aber eine Lesbarkeit von ihrer EPC-Freigabe abhängig machen und sind daher gegen die Bekanntmachung des Passwortes beim Händler (sie befürchten einen Missbrauch, eventuell sogar eine generelle Bekanntmachung von Passwörtern durch undichte Stellen beim Händler). Dazu müssten die Käufer von allen ihren Waren das Passwort kennen, das z.B. bei der Handelskassa während des Kassiervorganges auf den EPC übertragen wird.


Interessant für die Erarbeitung eines EPC-Sicherheitssystems ist der Passwortschutz. Mit dieser kann erreicht werden, dass die EPC-Daten temporär nicht ausgelesen werden können. Zum Beispiel kann an einer Handelskassa der EPC mit dem Passwort gesperrt werden und nur nach Wunsch des Kunden zum Beispiel bei einer Produkt-Reklamation, einer Reparatur im Garantiefall, einer Wartung, Rückgabe (insbesondere im Verleihbereich extrem wichtig) oder einem Weiterverkauf des Produkts wieder aktiviert werden. Für diese Aktivierung ist dann wieder das Passwort erforderlich.

Dabei ergeben sich eine Unmenge an Fragen wie zum Beispiel:
Wie kann die Handelskassa ein Passwort auf den RFID-Tag (EPC-Chip) schreiben, ohne das der Kassiervorgang dadurch verzögert wird und ohne das dieses Passwort anderen Personen und Organisationen außer dem Käufer bekannt wird und wie kann sich der Käufer das Passwort merken. Wie wird dieses Passwort erzeugt?. Kommt es vom Händler? Wenn ja, wie kann er verhindern, dass damit ein Missbrauch erfolgt? Wie erfährt der Käufer das Passwort, denn ohne diesem Passwort kann der Käufer (oder eine von ihm beauftragte Organisation für die Reparatur, den Diebstahlschutz etc.) dann ohne Anwesenheit des Händlers seinen EPC nicht mehr lesen? Kommt das Passwort vom Käufer, wie kann es vom Käufer kommen ohne Verzögerung des Kassiervorganges? Kann man dem Käufer überhaupt die Eingabe eines Passwortes während des Kassiervorganges zumuten? Was geschieht, wenn der Käufer das Passwort wieder vergisst? Sind Stellen nach der Kassa, z.B. eine Selbstbedienungszone (SB-Zone) für die Passworteingabe besser geeignet? Ist dazu auch das heute übliche Diebstahl-Gate am Ausgang dazu geeignet? Was ist, wenn ein Händler keine derartige SB-Zone und kein dafür geeignetes Diebstahl-Gate hat, d.h. der Händler es an der Handelskassa machen muss? Und, und und.


Auf diese Fragen gibt es viele Antworten. Es können viele verschiedene Sicherheitssysteme entworfen werden, die sowohl für den Händler, als auch den Käufer zufrieden stellend sind.


Die Smart-ID hat sich mit diesen Fragen umfangreich beschäftigt und Lösungen erarbeitet, die sowohl für den Händler, als auch für den Kunden anwendbar und akzeptabel sind.

 

RFID Zukunft

Radiofrequenz-Identifikationssysteme (RFID) gewinnen bei der Erkennung, Zuordnung und Nachverfolgung von Personen, Gegenständen und Tieren eine immer größere Bedeutung. Bei der Optimierung logistischer Prozesse oder der Produktionssteuerung bringt die Transpondertechnologie neue Möglichkeiten in puncto Flexibilität, Schnelligkeit und Sicherheit. Smart Labels revolutionieren die elektronische Datenspeicherung auf Objekten, die z.B. aufwendige manuelle Produkt- und Preisauszeichnungen, Prozessdokumentationen oder Identifizierungsvorgänge überflüssig werden lassen. Die Labels müssen in ihrer Größe, ihrem Trägermaterial oder den Bedingungen ihres Einsatzes an die spezifischen Anforderungen der Kunden angepasst werden. Neben den passiven Smart Labels bekommen auch die aktiven Versionen eine immer größere Bedeutung. Diese erlauben neben Standard-Funktionen wie dem Lesen und Schreiben von Nutzerdaten auch weitere Funktionen wie z.B. das Messen von Temperaturen und von Druck. Aktive Smart Label besitzen eine papierdünne Energiequelle, die je nach Funktionalität eine Lebensdauer von z.B. 3 Jahren hat. Diese aktiven Smart Label sind ISO kompatibel und können mit jedem Standard-Lesegerät kommunizieren.


Die großen Vorteile von aktiven Smart Labels zeigen zum Beispiel die Temperatursensor Labels. Die permanente Temperaturüberwachung nicht nur des jeweiligen Raumes, sondern des konkreten Objektes, z.B. im medizinischen Bereich (Blutbeutel), Pharma-Bereich (Medikamente) und Lebensmittelbereich (verderbliche Produkte) ist mit Hilfe eines Temperatur-messenden Labels möglich. Damit ist die Dokumentation von stabilen Prozess- und Lagertemperaturen kostengünstig realisierbar. Entsprechend der kundenspezifischen Programmierung des Labels wird die Umgebungstemperatur automatisch gemessen und bei Notwendigkeit mit Datum und Uhrzeit elektronisch dokumentiert. Dabei können das Messintervall und der zu überwachende Temperaturbereich genau definiert werden. Ebenso wird zur Überwachung der Kühlkette in den logistisch komplexen Abläufen von heute eine eindeutige Identifikation und Bestimmung des Temperaturverlaufes während des Transports und der Lagerung immer wichtiger. Besonders bei aufeinander folgenden Transporten von Gütern durch verschiedene Unternehmen ist ein eindeutiger Nachweis der Kühlkette für die einzelnen Logistik-Partner in der Kühlkette notwendig. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Bestimmung der Wärmemenge, die auf ein Transportgut oder ein Produkt eingewirkt hat. Damit ist nicht nur die über- oder unterschrittene Temperatur dokumentiert, sondern auch die Zeit, für die diese Temperatur auf das Produkt eingewirkt hat. Nur mit diesen Daten ist eine qualitativ gute Aussage über die Verwendbarkeit einer erhöhten Temperatur ausgesetzten Produktes zu treffen. In einem großen Projekt wurde das aktive, Temperatursensor-Label.


Durch die subkutane oder intramuskuläre Injektion eines Chips ist es auch möglich, ein Tier unverwechselbar, unverlierbar und schmerzfrei zu kennzeichnen. Während Tätowierungen mit der Zeit verblassen, kann die Nummer im Transponder nicht gelöscht werden. Für bestimmte Hunderassen ist die Kennzeichnung mittels Chip vom Gesetzgeber bereits vorgeschrieben.