ID 9166
Helm, Thomas: Stand der Technik und Anwendungsbereiche der RFID-Technologien
Hamburg: Diplomica GmbH, 2005
Zugl.: Fachhochschule Koblenz, Diplomarbeit, 2005
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Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2005
Printed in Germany
3
Inhaltsverzeichnis
Ehrenwörtliche Erklärung...
Inhaltsverzeichnis ...
I Abbildungsverzeichnis ... 5
II Tabellenverzeichnis ... 5
III Abkürzungsverzeichnis... 6
1 Einleitung ... 8
2 IST-Analyse der RFID-Technologien ... 9
2.1 Einführung ... 9
2.2 Historische Entwicklung... 11
2.3 weitere Auto-ID-Systeme... 12
2.3.1 Barcode ... 13
2.3.2 OCR... 14
2.3.3 Biometrische Verfahren ... 14
2.3.4 Chipkarten ... 15
2.4 Grundlagen von RFID-Systemen... 16
2.4.1 Bestandteile und Funktionsweise ... 16
2.4.2 Transponder-Bauformen... 18
2.4.2.1 Smart Label... 19
2.4.2.2 Kontaktlose Chipkarten... 19
2.4.2.3 Disks, Münzen und Plastikgehäuse ... 20
2.4.2.4 Glasgehäuse... 20
2.4.2.5 Uhren ... 20
2.4.2.6 Weitere Bauformen ... 20
2.4.3 Speichertechnologie ... 21
2.4.3.1 Read-only-Transponder ... 22
2.4.3.2 Read-write-Transponder ... 22
2.4.3.3 ROM... 22
2.4.3.4 RAM ... 23
2.4.4 Frequenzbereiche... 23
2.4.5 Reichweiten ... 26
2.4.5.1 Close-coupling-Systeme ... 27
2.4.5.2 Remote-coupling-Systeme... 27
2.4.5.3 Long-range-Systeme ... 27
2.4.6 Klassifizierung nach Leistungsfähigkeit ... 29
2.4.6.1 Low-End-Systeme... 29
2.4.6.2 Systeme mittlerer Leistungsfähigkeit ... 30
2.4.6.3 High-End-Systeme... 30
2.5 Funktionsstandards ... 31
2.5.1 ISO-Standards ... 32
2.5.2 EPC-Netzwerk ... 34
3 Anwendungsbereiche von RFID-Technologien ... 37
3.1 Verbreitung allgemein... 37
3.2 RFID und Supply Chain Management ... 41
3.3 Produktion... 43
4
3.3.1 Autoindustrie... 43
3.3.2 Tieridentifikation... 45
3.3.3 Getränkeindustrie ... 47
3.3.4 Industrieautomation ... 48
3.4 Transport ... 50
3.4.1 ÖPNV... 50
3.4.2 Logistikdienstleister ... 51
3.4.3 weitere Verkehrssysteme ... 53
3.5 Lagerung... 56
3.5.1 Warehousing... 56
3.5.2 Behältermanagement ... 58
3.6 Handel ... 62
3.6.1 Einzelhandel allgemein... 62
3.6.2 METRO AG Future Store... 65
3.6.3 Bibliotheken ... 68
3.7 Verbraucher ... 69
3.7.1 Personen- und Zutrittskontrollen... 69
3.7.2 Medizinische Anwendungen ... 72
3.7.3 Abfallentsorgung... 74
4 Analysen der RFID-Technologien ... 76
4.1 RFID und Verbraucherschutz ... 76
4.1.1 Datensicherheit... 79
4.1.1.1 potenzielle Bedrohungsszenarien... 80
4.1.1.2 Gegenseitige symmetrische Authentifikation ... 81
4.1.1.3 Authentifikation über unterschiedliche Schlüssel... 82
4.1.1.4 Verschlüsselte Datenübertragung... 82
4.1.2 Gesetzliche Vorgaben und Verpflichtungen ... 83
4.2 SWOT-Analyse ... 86
4.2.1 Stärken ... 86
4.2.2 Schwächen ... 88
4.2.3 Chancen ... 89
4.2.4 Risiken ... 90
5 Fazit... 93
IV Quellenverzeichnis ... 95
5
I Abbildungsverzeichnis
Abb-Nr. Beschreibung Seite
Abb. 2.1:
Marktentwicklung von Barcode und RFID nach Branchen in den nächsten 5
Jahren
11
Abb. 2.2:
Übersicht der wichtigsten Auto-ID-Systeme ... 13
Abb. 2.3:
Aktueller Verbreitungsgrad von Barcode und RFID nach Branche (Selbstbild) .. 14
Abb. 2.4:
Bestandteile eines RFID-Systems ... 16
Abb. 2.5:
RFID-Komponenten ... 17
Abb. 2.6:
Aufbau eines RFID-Transponders ... 17
Abb. 2.7.
Smart-Label-Formen ... 19
Abb. 2.8
Smart-Card mit RFID-Chip ... 20
Abb. 2.9:
Preise für RFID-Tags (erwartet) über alle Branchen ... 21
Abb. 2.10:
Weltweite Zuteilung von Funkfrequenzen für RFID ... 24
Abb. 2.11:
Nutzerverteilung je Frequenz ... 25
Abb. 2.12:
Übersicht der Reichweiten von RFID-Systemen ... 26
Abb. 2.13:
Klassifizierung von RFID-Systemen nach Low-End bis High-End ... 31
Abb. 2.14:
Handlungsbedarf für Standardisierungen ... 32
Abb. 2.15:
EPC-Netzwerk ... 35
Abb. 2.16:
Electronic Product Code EPC ... 35
Abb. 3.1:
Kriterien für den RFID-Einsatz ... 37
Abb. 3.2:
Verbreitung von RFID in den nächsten 5 Jahren (erwartet) ... 38
Abb. 3.3:
Optimierungspotenziale durch RFID ... 39
Abb. 3.4:
Erwarteter Umsatz mit RFID in der EU in (Prognose von 2004-2008) ... 39
Abb. 3.5:
RFID in der Supply Chain ... 40
Abb. 3.6:
RFID im Produktlebenszyklus ... 42
Abb. 3.7:
Vehicle-Tracking bei Volkswagen ...
44
Abb. 3.8:
Glastransponder zur Tieridentifikation ... 46
Abb. 3.9.
Werkzeuge mit RFID-Transpondern ... 49
Abb. 3.10:
Koffertracking mittels Transponder ... 54
Abb. 3.11:
Einsatz von RFID zur Mautkontrolle ... 56
Abb. 3.12:
Verteilung von RFID-Tags auf einer Palette ... 58
Abb. 3.13:
RFID im Behältermanagement ... 59
Abb. 3.14:
RFID-Tag zur Containerkennzeichnung ... 61
Abb. 3.15:
Kriterien für den Einsatz von RFID im Handel ... 63
Abb. 3.16:
Inventarisierung mittels RFID ... 64
Abb. 3.17.
Kundeninformationen im Metro Future Store ... 66
Abb. 3.18:
Infodisplay am Einkaufswagen ... 67
Abb. 3.19:
RFID in Bibliotheken ... 69
Abb. 3.20:
Transponder im Reisepass ... 70
Abb. 3.21:
Ticket zur Fußball-WM 2006 mit Smart Label ... 71
Abb. 3.22:
Patientenidentifikation im Krankenhaus ... 73
Abb. 3.23:
Abfallbehälter mit RFID-Tags ... 75
Abb. 4.1:
Angriffsszenarien und Gegenmaßnahmen bei RFID ... 83
Abb. 4.2:
SWOT-Analyse der RFID-Technologien ... 92
II Tabellenverzeichnis
Tab-Nr. Beschreibung Seite
Tab. 2.1:
Vergleich verschiedener Auto-ID-Systeme ... 15
Tab. 2.2:
Frequenzbereiche von RFID-Systemen ... 25
Tab. 2.3:
Kenngrößen von RFID-Technologien ...
28
Tab. 2.4:
RFID-ISO-Standards mit Titel und Frequenzbereichen ... 33
6
III Abkürzungsverzeichnis
Auto-ID Auto-Identification
BDSG
Bundesdatenschutzgesetz
BIS
Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik
CNC Computerized
Numerical
Control (computergestützte
Maschinensteuerung
DPD Deutscher
Paketdienst
EAN
European
Article
Number
EAS
Electronic
Article
Surveillance
EDI
Electronic
Data
Interchange
EPC
Electronic
Product
Code
ETCS
European
Train
Control
System
EU
Europäische
Union
FTS
Fahrerloses
Transportsystem
GHz
Gigahertz
GPS
Global
Positioning
System
GSM
Global
System
for Mobile Communications
HF
Hoch-Frequenz
i.d.R.
in
der
Regel
ICAO
International Civil Aviation Organization
IEC
International
Electrotechnical
Commission
IPC
International
Post
Corporation
ISM-(Frequenz)
Industrial, Scientific, Medical- (Frequenz)
ISO
International
Standards
Organisation
IATA
International Air Transportation Association
KByte
Kilo-Byte
kHz
Kilohertz
LF
Low
Frequency
MHz
Megahertz
MIT
Massachusetts
Institute
of
Technology
MW
Mikrowellen-Frequenz
OCR
Optical
Character
Recognition
ONS
Object
Name
Service
ÖPNV
Öffentlicher
Personennahverkehr
7
PML
Physical
Markup
Language
PSA
Personal
Shopping
Assistant
RAM
Random
Access
Memory
RFID
Radio-Frequency-Identification
ROM
Read
Only
Memory
SCM
Supply
Chain
Management
SMS
Short
Message
Service
sog.
so
genannte
SWOT Strength,
Weaknesses, Opportunities, Threats
TKG
Telekommunikationsgesetz
UHF
Ultra-Hochfrequenz
UPC
Uniform
Product
Code
z.B.
zum
Beispiel
Einleitung
1 Einleitung
Viele Anwendungsbereiche, sei es in der Logistik, dem Handel, dem
Transportgewerbe oder bei verbrauchernahen Anwendungen, stehen vor einer
weit reichenden Umstrukturierung. Vor dem Hintergrund von Optimierungen,
Einsparungen oder Erleichterungen des täglichen Lebens zwischen Mensch
und Technik gewinnen vor allem neue Identifikations-Technologien ständig an
Bedeutung.
Eine solche Auto-Identifikations-Technologie (Auto-ID) ist die Radiofrequenz-
Identifikation (RFID), die Kennzeichnung und Erkennung von Gütern und Waren
mittels Funkübertragung. Das Potenzial dieser Technologie liegt dabei in der
kontaktlosen Erfassung von Datenströmen und der lückenlosen
Weiterverarbeitung entlang der gesamten Supply Chain.
Die vorliegende Arbeit soll dem Leser in einem ersten Schritt den aktuellen
Entwicklungsstand der Technik für den Bereich RFID aufzeigen. Neben der
reinen Technik liegt der Focus hierbei vor allem auch auf bisherigen Standards
und der Interoperabilität der einzelnen Systeme. Gleichzeitig werden Parallelen
und Vergleiche zu anderen Auto-ID-Technologien gezogen und deren bisherige
Aufgabengebiete aufgezeigt.
Den Hauptteil der Arbeit bildet eine detaillierte Betrachtung aktueller bzw.
möglicher Anwendungsbereiche. Aufgrund der Bedeutung von RFID für alle
Bereiche erfolgt die Darstellung entlang der Supply Chain, von Beispielen aus
der Produktion bis zum Verbraucher.
Einer kritischen Betrachtung der verbraucher- und datenschutzrechtlichen
Aspekte dieser Technologie, die aktuell von Verbrauchern, Unternehmen, der
Forschung und vor allem den Medien heftig diskutiert werden, folgt eine SWOT-
Analyse. Diese erfasst bekannte Stärken und Schwächen und analysiert
potenzielle Chancen und Risiken, um abschließend eine breite
Diskussionsgrundlage für alle Beteiligten und Interessenten an dieser, sich
boomartig entwickelnden Technologie, zu bieten.
IST-Analyse
9
2 IST-Analyse der RFID-Technologien
Im folgenden Kapitel wird der Begriff RFID näher strukturiert. Neben der
Definition und einigen historischen Daten sollen vor allem die Funktionsweise
und die Vielfältigkeit dieser Technologie dargestellt und näher betrachtet
werden, um den aktuellen Entwicklungsstand aufzuzeigen.
2.1 Einführung
Mit der zunehmenden Automatisierung von Identifikationssystemen mussten in
den letzten Jahren immer neuere und vielfältigere Technologien entwickelt
werden, um den jeweiligen Ansprüchen gerecht zu werden. Einen besonderen
Einfluss hatten vor allem die folgenden Entwicklungsfaktoren: Die steigende
Leistungsfähigkeit von Prozessoren, höhere Kommunikationsbandbreiten, die
fortschreitende Miniaturisierung aller Komponenten, die Verfügbarkeit von
entsprechenden Speicherkapazitäten auf kleinstem Raum und rasante
Fortschritte in den Materialwissenschaften.
Betrachtet man den Markt, welcher sich mit der Entwicklung und Vermarktung
von kontaktlosen ID-Systemen (Auto-ID-Systeme) befasst, so lässt sich
eindeutig festhalten, dass dieser sich in den letzten Jahren sehr stark zu einem
eigenständigen Fachgebiet entwickelt hat. Viele klassische Branchen, wie z.B.
Datenschutz, Kryptographie, Telekommunikation, Halbleiter- und
Fertigungstechniken werden hier miteinander vereint. Anhand der
Umsatzentwicklungen des weltweiten RFID-Marktes lässt sich festhalten, dass
sich dieser von etwa 900Mio US$ im Jahr 2000 auf rund 2650Mio US$ im Jahr
2005, also binnen fünf Jahren, fast verdreifacht hat. Somit zählt die RFID-
Technik zu dem am schnellsten wachsenden Teil der Funkindustrie.
1
Die Abkürzung RFID steht für Radio Frequency Identification. Es handelt sich
dabei um eine Technologie zur kontaktlosen und umfassenden Identifizierung
von Objekten und Daten jeglicher Art mittels Funkwellen.
In der Literatur finden sich viele, oftmals überschneidende Definitionen von
RFID. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) gibt in
seiner aktuellen Studie die folgende Beschreibung: ,,Der schnelle Austausch
digital gespeicherter Informationen [...] gilt als zentrales Merkmal von
1
vgl: Finkenzeller, K., RFID-Handbuch, 3. Auflage, 2002, S.1f
IST-Analyse
10
Informations- und Wissensgesellschaften. Mehr und mehr wird die Mensch-
Maschine-Kommunikation durch die Kommunikation und Vernetzung von
Maschinen ohne direkte Einbindung des Menschen ergänzt. Vor diesem
Hintergrund sind die Begriffe ,,Ubiquitäres Computing" oder ,,Pervasive
Computing" verstärkt in den Mittelpunkt der öffentlichen Diskussion gerückt: Der
Begriff des [...] ,,ubiquitären" Computing beschreibt eine [...] Technikvision, in
der das heute vertraute Erscheinungsbild des Computers in den Hintergrund
tritt und ,,smarte" Objekte direkt miteinander kommunizieren. [...] Einen
wesentlichen Entwicklungsstrang im Rahmen des Ubiquitous oder Pervasive
Computing bilden RFID-Systeme [...], die zu den automatischen
Identifikationsverfahren zählen und die in den vergangenen Monaten verstärkt
in den Mittelpunkt auch der öffentlichen Diskussion gerückt sind. Sinngemäß
übersetzt steht RFID für ,kontaktlose Identifikation'."
2
RFID wird außerdem definiert als ein ,,automatisches Identifikations- und
Datenerfassungssystem mit kontaktloser Datenübermittlung auf Basis der
Radiofrequenztechnologie."
3
Die Aufgabe von RFID ist es also, Informationen
zu Gütern oder Waren oder Personen kontaktlos (ohne physischen Kontakt)
herzustellen.
,,Der Einsatz von RFID-Systemen eignet sich grundsätzlich überall dort, wo
automatisch gekennzeichnet, erkannt, registriert, gelagert, überwacht oder
transportiert werden muss."
4
Somit lässt sich RFID besonders gut dort
einsetzen, wo eine Technik zur Steuerung und Kontrolle von Prozessen,
verknüpft mit einer Vielzahl von Anwendungsbereichen, genutzt wird.
In der Praxis bedeutet dies, dass z.B. an Zugangskarten, Mischpaletten im
Lager, Ersatzteilen oder auch Lebensmitteln so genannte RFID-Tags
(,intelligente' Etiketten) angebracht werden können. Auf den Tags ist eine
eindeutige Identifikationsnummer einprogrammiert, die im Rahmen der weiteren
Prozessbearbeitung mittels eines Lesegerätes abgefragt werden kann. Der
2
Quelle: Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), Risiken und Chancen des Einsatzes von RFID-
Systemen, 2004, S. 22
3
Quelle: New Media Research, Übersicht RFID Technologie, 2002, S.2
4
Quelle: Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), Risiken und Chancen des Einsatzes von RFID-
Systemen, 2004, S. 15
IST-Analyse
11
Leseprozess geschieht dabei völlig kontakt- und sichtlos, per
Funkübertragung.
5
Wie die folgende Abbildung zeigt, könnten durch das extrem schnelle
Wachstum der RFID-Technik in nächster Zukunft (Zeitraum: kleiner fünf Jahre)
auch traditionelle Lösungen wie die Barcodeidentifikation gänzlich abgelöst
werden. Dieser Trend wurde in einer Umfrage des Fraunhofer Institutes für
Materialfluss und Logistik bei 91 bundesweit tätigen Unternehmen ermittelt.
2.2 Historische Entwicklung
,,RFID ist keine neue Technologie. Beim US-Militär werden RFID oder deren
Vorgängertechnologien bereits seit 1940 genutzt, um den Verbleib von
Nachschub, wie Treibstoff oder Munition, zu verfolgen oder die Freund-Feind-
Erkennung alliierter Flugzeuge zu ermöglichen."
6
Auch die Britische Armee setzte bereits einen Vorläufer der RFID-Technologie
in ihren Kampfflugzeugen ein. Die damaligen ,Tags' waren allerdings noch so
5
vgl: http://www.idw-online.de/pages/de/news91924, idw- Sicherheitsprobleme ,intelligenter' Etiketten früh erkennen
und vermeiden, 24.08.05
6
Quelle: Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), Risiken und Chancen des Einsatzes von RFID-
Systemen, 2004, S. 23
Abb. 2.1: Marktentwicklung von Barcode und RFID nach Branchen in den nächsten 5 Jahren
(Legende: +1,00 = stark steigend, 0 = gleich bleibend, -1,00 = stark fallend, Untersuchung bei 91 befragten Unternehmen)
-0,26
0,04
-0,04
-0,25
0,94
0,85
0,83
1,00
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Branche
E
n
tw
ic
klun
g
Barcode
RFID
Konsumgüter
Investitionsgüter
Dienstleister
Handel
Quelle: eigene Darstellung, in Anlehnung an ten Hompel, M. , Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (Hrsg.),
RFID 2004 Logistiktrends für Industrie und Handel, 2004, S. 41
IST-Analyse
12
groß wie Koffer. Auch sie ermöglichten den Bodenstationen die
Feinderkennung.
7
Für die zivile Nutzung wurden in den 60er Jahren die ersten kommerziellen
Vorläufer der RFID-Technik in Form von Warensicherungssystemen auf den
Markt gebracht. Mittels Mikrowellenstrahlung und Induktionsfeldern sollte damit
das Vorhandensein einer solchen Markierung geprüft werden.
Durch den Einsatz von RFID als Identifikationssystem in der Tierhaltung
entwickelten sich in den 70er Jahren weitere zivile Einsatzfelder, z.B. in der
Automatisierungstechnik und im Straßenverkehr. Letzteres wurde vor allem
durch eine Entscheidung in mehreren US-Bundesstaaten und in Norwegen
begünstigt, welche ein Mautsystem auf Basis von RFID einführten. Diese
Entwicklung wurde auch in den 80ern und 90ern vorangetrieben. Weitere
Einsatzgebiete während dieser Zeit fanden sich bei Zugangskontrollen,
Tankkarten, Skipässen und dem bargeldlosen Zahlungsverkehr.
Die 90er Jahre brachten aber auch einen massiven Preisverfall der RFID-
Technik, aufgrund von Massenproduktion und Überangeboten. Dadurch wurde
erstmals auch der Einsatz von RFID-Tags in Verbrauchsgegenständen
ermöglicht, die allerdings keinem genormten Standard unterlagen. Mit dem Ziel
der Entwicklung eines globalen Standards zur Warenidentifikation wurde
schließlich 1999 das Auto-ID-Center am MIT gegründet, welches im Oktober
2003 erfolgreich seine Arbeit beendete. Als weltweiter Standard wurde hier
innerhalb von vier Jahren der Electronic Product Code (EPC)
8
entwickelt.
9
2.3 weitere Auto-ID-Systeme
In Kapitel 2.2 wurde bereits deutlich, dass die Hauptaufgabe der automatischen
Identifikationssysteme darin besteht, Informationen zu Personen, Gütern oder
Waren so darzustellen, dass sie problemlos von Maschinen erfasst werden
können.
7
vgl: Cetin, S. in http://www.telemat.de/index.php?magazin=41, RFID-Geschichte Teil1 Vom 2. Weltkrieg zum Auto-
ID-Center, 26.08.05
8
Anm: siehe Kapitel 2.5.2
9
Vgl. Wikipedia, http://de.wikipedia.org/wiki/Radio_Frequency_Identification, Radio Frequency Identification, 26.08.05
IST-Analyse
13
Abb. 2.2: Übersicht der wichtigsten Auto-ID-Systeme
Auto-ID
Barcode
RFID
Magnet-
streifen
OCR
Biometrik
Fingerabdruck-
erkennung
Sprach-
erkennung
Auto-ID
Auto-ID
Barcode
Barcode
RFID
RFID
Magnet-
streifen
Magnet-
streifen
OCR
OCR
Biometrik
Biometrik
Fingerabdruck-
erkennung
Fingerabdruck-
erkennung
Sprach-
erkennung
Sprach-
erkennung
Quelle: eigene Darstellung, in Anlehnung an Finkenzeller, K. , RFID-Handbuch, 3. Auflage, 2002, S.2
Neben der RFID-Technik gibt es noch weitere Entwicklungen, die, analog zu
Abbildung 2.2, im Folgenden kurz erläutert werden sollen, um das
Gesamtgebiet der Auto-ID-Technologien zu beleuchten.
2.3.1 Barcode
Zuerst sei an dieser Stelle das Barcode-System als das aktuell noch am
weitesten verbreitete und erfolgreichste System genannt.
Strichcodes (sog. Barcodes) konnten sich in den letzten 20 Jahren immer weiter
gegenüber anderen Systemen durchsetzen, vor allem im Bereich der Logistik.
Beim Barcode handelt es sich um einen Binärcode, der eine eindeutige
Zuordnung zu einem Produkt etc. ermöglichen soll. Der Barcode besteht aus
senkrecht angeordneten, parallelen Strichen und Trennlücken, welche nach
einem festgelegten Muster angeordnet sind. Die Sequenz aus den
verschiedenen Strickdicken kann schließlich numerisch oder alphanumerisch
interpretiert und mittels eines Laserstrahls ausgelesen werden. Im
Lebensmittelhandel ist vor allem der 13stellige EAN-Code verbreitet, während
in der Logistik überwiegend der sog. Code 39 eingesetzt wird, um Güter zu
kennzeichnen.
IST-Analyse
14
2.3.2 OCR
Eine weitere Entwicklung kommt aus der Schrifterkennung, das Verfahren der
Optical Character Recognition (OCR). Hierbei wurde bereits in den 60er Jahren
versucht, spezielle Schrifttypen zu entwickeln, die von Mensch und Maschine
gleichermaßen gelesen werden konnten. Entsprechende Anwendungen finden
sich heute noch im Bereich von Verwaltungen, bei Banken und in der
Produktion. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Anschaffungskosten für OCR-
Systeme konnte sich dieses System aber nicht flächendeckend durchsetzen.
2.3.3 Biometrische Verfahren
Entwicklungen bei den biometrischen Verfahren wurden vor allem im Bereich
der Kriminalistik und der Personenerkennung vorangetrieben. Diese Verfahren
sind in der Lage, anhand spezieller Körpermerkmale eine Identifikation
vorzunehmen. Zu den biometrischen Verfahren zählen vor allem die
Sprachidentifizierung und das Fingerabdruckverfahren. Ersteres wandelt die
Stimme in ein digitales Muster um und vergleicht dieses mit einem hinterlegten
Referenzmuster. Das Fingerabdruckverfahren basiert auf dem gleichen Prinzip,
vergleicht jedoch das Fingerkuppenmuster, welches bei jedem Mensch
einzigartig ist, anhand einer Referenzdatenbank.
Abb. 2.3: aktueller Verbreitungsgrad von Barcode und RFID nach Branche (Selbstbild)
(Ergebnis bei insgesamt 91 befragten Unternehmen über alle Branchen)
86%
80%
89%
85%
65%
85%
3%
1%
2%
2%
2%
3%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Automobil
Elektro
Chemie / Pharma
Lebensmittel
Verpackung
Logistik
Branche
Pro
zen
t
Barcode
RFID
Quelle: eigene Darstellung, in Anlehnung an: ten Hompel, M. , Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (Hrsg.), RFID 2004
Logistiktrends für Industrie und Handel, 2004, S. 40
IST-Analyse
15
2.3.4 Chipkarten
Zuletzt seien noch die sog. Identifikationskarten aufgeführt. Solche Chipkarten
finden sich sicherlich mittlerweile in fast jedem Haushalt und Geldbeutel. Die
bekanntesten Beispiele sind Kontokarten, Krankenversicherungskarten,
Telefonkarten oder Zugangskarten für bestimmte Bereiche. Diese
elektronischen Datenspeicher sind entweder mit einem Mikrochip oder einem
Magnetstreifen versehen. Die dort gespeicherten Daten sind somit geschützt
gegen unerwünschten Zugriff und Manipulation. Allerdings sind sie sehr
empfindlich gegen äußere Einflüsse, wie Schmutz oder Abnutzung und müssen
zur Bearbeitung immer einen direkten Kontakt zum Lesegerät haben.
10
Betrachtet man die verschiedenen Auto-ID-Systeme, so lässt sich abschließend
festhalten, dass die Chipkarten die nächsten Verwandten von RFID sind, wobei
das Barcodesystem hingegen am weitesten verbreitet ist. Die folgende Tabelle
soll abschließend einen umfassenden Überblick über alle Auto-ID-Systeme und
ihre Eigenschaften geben.
10
Vgl: Finkenzeller, K., RFID-Handbuch, 3. Auflage, 2002, S.2ff
Tabelle 2.1: Vergleich verschiedener Auto-ID-Systeme
Parameter
RFID
Barcode
Chipkarte
Biometrie
OCR
Datenmenge (Byte)
16~64k
1~100
16~64k
-
1~100
Datendichte
sehr hoch
gering
sehr hoch
hoch
gering
Maschinen-
lesbarkeit
gut
gut
gut
aufwändig
gut
Lesbarkeit durch
Personen
unmöglich
bedingt
unmöglich
schwer
einfach
Einfluss von
Nässe/Schmutz
kein Einfluss
sehr stark
möglich
-
sehr stark
Einfluss von (opt.)
Abdeckung
kein Einfluss
totaler Ausfall
-
möglich
totaler Ausfall
Einfluss von
Richtung und Lage
kein Einfluss
gering
-
-
gering
Abnutzung,
Verschleiß
kein Einfluss
bedingt
Kontakte
-
bedingt
Anschaffungs-
kosten
mittel
sehr gering
gering
sehr hoch
mittel
Betriebskosten
keine
gering
mittel
keine
gering
unbefugtes Ändern
unmöglich
leicht
unmöglich
unmöglich
leicht
Lese-
geschwindigkeit
sehr schnell
(~0,5s)
gering (~4s)
gering (~4s)
sehr gering
(>5-10s)
gering (~3s)
Max. Entfernung
zw. Datenträger und
Leseeinheit
0-5m
0-50cm
direkter
Kontakt
direkter
Kontakt
<1cm
Quelle: eigene Darstellung, in Anlehnung an Finkenzeller, K. , RFID-Handbuch, 3. Auflage, 2002, S.8
IST-Analyse
16
2.4 Grundlagen von RFID-Systemen
2.4.1 Bestandteile und Funktionsweise
Trotz der vielfältigen Varianten, die es mittlerweile von RFID-Systemen gibt,
haben alle im Grundsatz gemeinsame Eigenschaften. Erstens muss durch
elektronische Identifikation eine eindeutige Kennzeichnung von Objekten
möglich sein. Zweitens können alle relevanten Objektdaten drahtlos über eine
Funkfrequenz ausgelesen werden. Drittens sendet das entsprechende Objekt
seine Daten nur dann, wenn sie von einem Lesegerät abgerufen werden.
11
Um diese drei Eigenschaften erfassen zu können, besteht ein RFID-System
immer aus mindestens vier Komponenten:
- Transponder
(,TAG')
12
- Antenne (oder Spule)
- Schreib- / Lesegerät
- Datenverarbeitungssystem.
13
Die Daten werden auf dem Transponder gespeichert und können mittels
Radiowellen ausgelesen werden. Diese TAG's bestehen aus einem Chip mit
einem integrierten Prozessor, einer Antenne und dem dazugehörigen Speicher.
Sie sind mittlerweile in den verschiedensten Größen erhältlich und können an
fast jedem Objekt angebracht werden
14
. Das Schreib- /Lesegerät dient dazu,
11
Vgl: Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), Risiken und Chancen des Einsatzes von RFID-
Systemen, 2004, S. 27
12
Anm.: Transponder ist ein Kunstwort aus Transmitter und Responder und wird auch RFID-Chip, -Etikett oder Label
genannt
13
Vgl: ten Hompel, M. , Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (Hrsg.), RFID 2004 Logistiktrends für
Industrie und Handel, 2004, S. 20
14
Anm: siehe Kapitel 2.4.2
Abb. 2.4: Bestandteile eines RFID-Systems
Quelle: Finkenzeller, K., RFID-Handbuch, 3. Auflage, 2002, S. 7
IST-Analyse
17
die gespeicherten Informationen über eine Antenne zu empfangen bzw. an den
TAG zu senden. Die abgerufenen Informationen werden im Anschluss von einer
entsprechenden Applikation ausgewertet und weiterverarbeitet.
15
Vereinfacht lassen sich die Beziehungen der Komponenten auch
folgendermaßen darstellen:
Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die jeweilige
Energieversorgung unterscheidet man bei RFID-Transpondern zwischen
aktiven und passiven TAG's.
Passive Transponder ,,beziehen ihre Energie zur Übertragung der Informationen
aus den empfangenen Funkwellen, [...]. Mit der Antenne als Spule wird durch
Induktion ein Kondensator aufgeladen, welcher den Tag mit Energie versorgt.
[...] Aktive RFID-Transponder sind batteriebetrieben, d.h. sie beziehen die
15
Vgl: Kummer, S. u.a., RFID in der Logistik - Handbuch für die Praxis, 2005, S. 15
Abb. 2.5: RFID-Komponenten
Quelle: www.newmediaresearch.de/Survey/RFID.ppt, Übersicht RFID Technologie, 03.09.05
Abb.2.6: Aufbau eines RFID-Transponders
Quelle: http://www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/epcglobal
/ueber_rfid___epc/technik___funktion/index_ger.html, 13.09.05
IST-Analyse
18
Energie zur Versorgung des Mikrochips aus einer eingebauten Batterie.
Normalerweise befinden sie sich im Ruhezustand bzw. senden keine
Informationen aus, [...]. Nur wenn ein spezielles Aktivierungssignal empfangen
wird, aktiviert sich der Sender."
16
Gesamtheitlich betrachtet funktioniert die RFID-Technik folgendermaßen (am
Beispiel eines passiven TAG's):
,,Ein RFID-Transponder wird erst aktiviert, wenn er in das von der Leseeinheit
erzeugte elektromagnetische Feld gebracht wird. Die Energie zu seinem
Betrieb wird ausschließlich aus diesem [...] Feld entnommen und muss vom
Lesegerät geliefert werden. Anschließend werden die im integrierten Schaltkreis
(Siliziumchip) des Transponders enthaltenen codierten Daten an die
Leseeinheit gesendet. Diese decodiert die Daten und sendet sie an das
Computersystem, das daraufhin Geschäftsinformationen über den mit dem
Transponder gekennzeichneten Gegenstand generiert. Dabei werden die
automatisch erfassten RFID-Daten mit den Daten im Informationssystem des
Unternehmens kombiniert."
17
Aufgrund der fehlenden Batterie können passive Transponder viel kleiner und
zu wesentlich geringeren Preisen produziert werden. Allerdings sind dadurch
auch Speicherplatz und Sendereichweite sehr beschränkt.
2.4.2 Transponder-Bauformen
Entsprechende Transponder gibt es mittlerweile in den unterschiedlichsten
Varianten. Form und Gehäusematerial eines Transponders hängen daher im
Großen und Ganzen von seinem Einsatzgebiet ab und sind der entsprechenden
Anwendung sowie den Kundenwünschen anzupassen. Maßgeblich für die
Auswahl sind vor allem Antenne und Gehäuse, wobei die Größe der Antenne
von der jeweiligen Frequenz
18
abhängig ist.
Insgesamt reicht das Größenspektrum der RFID-Transponder von Buchgröße
bis zu Minisendern, die sich bequem überall einsetzen und anbringen lassen.
16
Quelle: Wikipedia, http://de.wikipedia.org/wiki/Radio_Frequency_Identification, Radio Frequency Identification,
26.08.05
17
Vgl: ten Hompel, M. , Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (Hrsg.), RFID 2004 Logistiktrends für
Industrie und Handel, 2004, S. 22
18
Anm: siehe Kapitel 2.4.4
IST-Analyse
19
Um einen groben Überblick über die verschiedensten Bauformen zu erhalten,
werden diese im Folgenden kurz vorgestellt:
2.4.2.1 Smart Label
Dies ist die wohl bekannteste und am weitesten verbreitete Bauform von
Transpondern. Das ,,Smart Label" ist eine papierdünne Folie (ca. 0,1mm). Diese
wird meist auf eine Papierschicht laminiert und auf der Rückseite mit Kleber
versehen, so dass das Label überall selbstklebend angebracht werden kann.
Ein großer Vorteil dieser Transponderbauweise ist ihre hohe Flexibilität. So
kann die Vorderseite der Papierstreifen auch nachträglich noch mit
Informationen wie z.B. einem zusätzlichen Barcode bedruckt werden.
2.4.2.2 Kontaktlose Chipkarten
Auch diese Bauform ist mittlerweile weithin verbreitet, da sie, baugleich mit
,normalen' Chipkarten, leicht im Geldbeutel oder der Kleidung verstaut werden
kann. Kontaktlose Chipkarten sind i.d.R. Plastikkarten, in denen Transponder,
Spule und Antenne eingelassen werden können. Sie entstehen durch das
Einlaminieren des Transponders zwischen vier PVC-Schichten und sind
dadurch relativ unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen. Dieses System
findet vor allem bei diversen Zutrittskontrollen oder bargeldloser Zahlung seine
Anwendung.
Abb. 2.7: Smart-Label-Formen
Quelle: http://www.torres.ind.br/i_sl_img_G01.htm; 06.09.05
IST-Analyse
20
2.4.2.3 Disks, Münzen und Plastikgehäuse
Bei Disks und Münzen werden die Transponder mittels eines
Spritzgußverfahrens umschlossen. Sie eignen sich besonders bei erweiterten
klimatischen Einflüssen. Ihr Durchmesser kann bis 10cm betragen. Ähnlich der
Münzenform wurden mittels eines Gußverfahrens auch Plastikgehäuse für
RFID-Chips entwickelt. Diese werden vor allem dort verwendet, wo eine hohe
mechanische Anforderung an das Material besteht, etwa in Auto- oder
Türschlüsseln. Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise ist die hohe
Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen.
2.4.2.4 Glasgehäuse
Die Glastransponder werden vor allem im Bereich der Tieridentifizierung
eingesetzt, da sie leicht unter die Haut injiziert werden können. Im Inneren des
Transponders befinden sich ein Mikrochip und ein 0,03mm dicker Spulendraht.
Die Gesamtgröße liegt im Schnitt zwischen 12 bis 32mm.
2.4.2.5 Uhren
Bereits Anfang der 90er Jahre wurde ein System entwickelt, bei dem
kontaktlose Transponder in Uhrgehäuse eingesetzt werden. Die österreichische
Firma Ski-Data setzte diese Uhren vor allem als elektronischen Skipass an
Liftanlagen ein. Später wurde dieses System auch bei weiteren
Zutrittskontrollsystemen eingesetzt.
2.4.2.6 Weitere Bauformen
Für die Werkzeug- oder Glasflaschenidentifikation können separate
Transponder in die jeweiligen Stoffe eingebunden werden. Dies bietet einen
großen Vorteil bei der Chargenverfolgung von Produkten. Beim sog. Coil-on-
Abb. 2.8: Smart-Card mit RFID-Chip
Quelle: http://www.united-access.com/html/products.html, 06.09.05
IST-Analyse
21
Chip liegt der Fokus auf der fortschreitenden Miniaturisierung der Transponder.
Hierzu werden Transponder und Antenne einzeln als Chip gefertigt und später
zusammengefügt. So genannte ,,Champion-Chips" werden vor allem zur
Zeitmessung im Sport eingesetzt. Sie können z.B. am Schuh eines Läufers
befestigt und beim Überqueren eines Lesegerätes erfasst werden.
Grundsätzlich lässt sich also festhalten, dass mittlerweile diverse Bauformen für
Transponder existieren, die immer weiter individualisiert und an die Bedürfnisse
des Kunden angepasst werden.
19
Dieser Trend wird sich mit dem zu erwartenden Preisverfall für RFID-Tags
sicherlich noch verstärken.
Aktuelle Trends gehen in die Richtung, dass RFID-Tags zukünftig mittels einer
polymeren Drucktechnik direkt auf entsprechende Objekte aufgebracht
werden.
20
2.4.3 Speichertechnologie
Als ein weiteres zentrales Unterscheidungsmerkmal von RFID-Systemen wird
die Speicherfähigkeit der Transponder angesehen. So können z.B.
19
Vgl: Finkenzeller, K., RFID-Handbuch, 3. Auflage, 2002, S.14ff
20
Vgl: Kummer, S. u.a., RFID in der Logistik - Handbuch für die Praxis, 2005, S. 21
Abb. 2.9: Preise für RFID-Tags (erwartet) über alle Branchen
(Ergebnis von insgesamt 91 befragten Unternehmen)
46%
20%
12%
17%
5%
0%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
keine Angaben
0,05
0,10
0,30
0,50
> 0,5
P
rei
s (
in
)
Prozent
Quelle: eigene Darstellung, in Anlehnung an: ten Hompel, M. , Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (Hrsg.), RFID 2004
Logistiktrends für Industrie und Handel, 2004, S. 47
IST-Analyse
22
Produktinformationen wie der EPC-Code
21
auf dem Medium gesichert und
später abgerufen werden. Folglich richtet sich die Preisklasse eines
Datenträgers vor allem nach der Menge der zu speichernden Informationen, da
mit ihnen der Produktionsaufwand und somit auch der Preis steigen.
Grundsätzlich unterscheidet man, hinsichtlich der Speicherfähigkeit, bei
Transpondern zwischen Read-only- und Read-write-Systemen, also zwischen
'nur-lesbaren' und ,les- und (wieder)beschreibbaren' Tags.
22
2.4.3.1 Read-only-Transponder
,,Read-only-Transponder, die nach dem Programmiervorgang beim Hersteller
vom Lesegerät nur gelesen werden können, sind kostengünstiger in der
Herstellung. Variable Information, die mit dem Tag assoziiert werden soll, muss
in einer Datenbank [...] des RFID-Systems abgelegt werden. Beim Auslesen
des Tags wird diese Information anhand der ID-Nummer (Seriennummer) des
Tags aus der Datenbank abgerufen.
2.4.3.2 Read-write-Transponder
Read-write-Transponder sind durch den bereitgestellten Speicher teurer in der
Herstellung. Dadurch können leistungsfähige Sicherheitsmechanismen
implementiert und auch variable Informationen auf dem Transponder selbst neu
gespeichert werden. "
23
2.4.3.3 ROM
Als Speicher kommen sowohl ROM- als auch RAM-Systeme zum Einsatz, die
im Folgenden kurz erläutert werden.
,,Ein ROM (Read Only Memory) ist ein digitaler Festwertspeicher, in dem Daten
dauerhaft und unveränderlich gespeichert werden. Die Daten werden während
der Produktion fest in der Halbleiterstruktur abgelegt und können weder
elektrisch noch optisch gelöscht oder verändert werden. [...]
21
Anm: siehe Kapitel 2.5.2
22
vgl: Finkenzeller, K., RFID-Handbuch, 3. Auflage, 2002, S.28
23
Quelle: Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI), Risiken und Chancen des Einsatzes von RFID-
Systemen, 2004, S. 30
Ende der Leseprobe aus 98 Seiten
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Details
- Arbeit zitieren
- , 2005, Stand der Technik und Anwendungsbereiche der RFID-Technologien, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/224293
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