Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis.   IV

Abk  ürzungsverzeichnis.  V

1  Problemstellung und Aufbau der Arbeit.  1

1.1  Problemstellung  1

1.2  Aufbau der Arbeit  2

2  Radio Frequency Identification (RFID)  3

2.1  Begriffsdefinition  3

2.2  Geschichte und Entwicklung der RFID  5

3  Technologie der RFID  8

3.1  Funktionsweise der RFID.  9

3.2  Hardwareeigenschaften  14

3.2.1  Server mit zugehöriger Software  15

3.2.2  Lesegeräte.  16

3.2.3  RFID - Transponder  17

3.2.3.1  Passive Transponder.  19

3.2.3.2  Semi - aktive Transponder.  21

3.2.3.3  Aktive Transponder.  22

3.2.3.4  Frequenzen  24

3.2.3.5  Bauformen  26

3.2.3.5.1  Glas- oder Plastikgehäuse  27

3.2.3.5.2  RFID - Etiketten  28

3.2.3.5.2.1  Klassische Transponder  30

3.2.3.5.2.2  Smart Labels im Hochfrequenzbereich  30

3.2.3.5.2.3  Smart Labels im Ultrahochfrequenzbereich  31

3.2.3.5.2.4  Mikrowellentransponder.  32

3.2.3.5.3  Plastikkarten  32

3.3  Standards und Normen  34

I

4  Konkurrenztechnologie  36

4.1  Barcode.  37

4.2  Optical Character Recognition (OCR)  39

4.3  Speicherkarten.  40

4.4  Biometrische Verfahren.  41

4.4.1  Fingerabdruckverfahren.  42

4.4.2  Iris - Erkennung.  43

4.4.3  Sprachidentifizierung  44

5  RFID in der Logistik.  45

5.1  Begriffsdefinition der Supply Chain (S)C, des Supply Chain  

Managements  (SCM) sowie deren Abgrenzung gegenüber der Logistik.  46

5.2  Anwendungen der RFID in der Logistik  53

5.2.1  Tracking Tracing.  54

5.2.2  Wareneingang  57

5.2.3  Lagerhaltung und -organisation  58

5.2.4  Just - In - Time  59

5.2.5  Produktionslogistik  60

5.2.6  Kommissionierung  64

5.2.7  Warenausgang  65

5.2.8  Behältermanagement  66

5.3  Vorteile der RFID in der Logistik  67

5.3.1  Rückverfolgung.  68

5.3.2  Automatisierungseffekt  68

5.3.3  Informationseffekt (Transparenz)  69

5.3.4  Transformationseffekt  70

5.3.5  Kurze Amortisationszeit  72

5.3.6  Papierlose Datenspeicherung.  73

II

5.3.7  Diebstahlreduzierung  73

5.3.8  Erfassung der Daten ohne Sichtkontakt.  74

5.3.9  Beweislast.  74

5.4  Nachteile der RFID in der Logistik  75

5.4.1  Hohe Folgekosten.  75

5.4.2  Kurze Reichweiten  76

5.4.3  Keine flächendeckende Nutzung  77

5.4.4  Unterschiedliche Standards  77

5.4.5  Störungen  78

5.4.6  Totale Überwachung am Arbeitsplatz  79

5.4.7  Strahlenbelastung auf Menschen  79

5.5  Grenzen und Voraussetzungen der RFID in der Logistik  80

5.5.1  Rechtliche Rahmenbedingungen.  80

5.5.2  Electronic Product Code (EP)C  84

6  Schlussbetrachtung.  85

7  Literaturverzeichnis  90

8  Verzeichnis der Webadressen  98

III

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Elementare Ausstattung der RFID - Technologie  

Abbildung  2: Komponenten eines RFID - Systems  

Abbildung  3: Bauformen von Lesegeräten mit Kopplungseinheiten  

Abbildung  4: RFID - Frequenzbänder.  

Abbildung  5: Bauformen von RFID - Transpondern  

Abbildung  6: Aufbau eines Transponders im Glaszylinder (Texas  

Instruments)   

Abbildung  7: Aufbau eines Transponderetiketts.  

Abbildung  8: Barcode EAN-13  

Abbildung  9: Maschinenschriftart OCR - B  

Abbildung  10: Sichtbarer Aufbau des menschlichen Auges  

Abbildung  11: Umsetzung des Iris - Scans in ein Binärmuster  

Abbildung  12: Darstellung einer Supply Chain  

Abbildung  13: Logistische Kette  

Abbildung  14: Einsatz der RFID in deutschen Unternehmen  

Abbildung  15: Anwendung des Bundesdatenschutzgesetzes  

Abbildung  16: Datenstruktur eines 96 Bit - EPC - Codes.  

IV

Abkürzungsverzeichnis

AIM Association for Automatic Identification and Mobility Auto - ID Automatische Identifikation BDSG Bundesdatenschutzgesetz BMW Bayerische Motoren Werke CDMA Code Division Multiple Access DIN Deutsche Industrienorm DV Datenverarbeitung EAN European Article Numbering EDV Elektronische Datenverarbeitung EPC Electronic Product Code et al. et alii (und andere) EU Europäische Union FDMA Frequency Division Multiple Access GByte Gigabyte GHz Gigahertz GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile Communication IEC International Electrotechnical Commission ISM Industrial, Scientific and Medical ISO International Standardization Organization kBit Kilobit kByte Kilobyte KFZ Kraftfahrzeug kHz Kilohertz MHz Megahertz NRZ non return to zero OCR Optical Character Recognition OEM Original Equipment Manufacturer ONS Object Naming Service

PIN Personal Identification Number PML Physical Markup Language RFID Radio Frequency Identification SDMA Space Division Multiple Access SIM Subscriber Identity Module SNR Seriennummer TDMA Time Division Multiple Access TR Technical Report UPC Universal Product Code WLAN Wireless Local Area Network

1 Problemstellung und Aufbau der Arbeit

1.1 Problemstellung

Die Technologie der Radio Frequency Identification (RFID) begegnet den Menschen in vielen Lebensbereichen. Sie findet Anwendungen in der Kennzeichnung von Tieren sowie sogar Menschen. Dabei wird sie zur mobilen Datenspeicherung, wie der Speicherung von wichtigen Patienteninformationen, oder zur Identifizierung von Gegenständen oder Lebewesen genutzt ^{1 2 3} .

Ebenso ist die Technologie auf dem Vormarsch in Bibliotheken. Dort werden die Medien mit Transpondern versehen, um das Entleihen zu optimieren und dem Diebstahl vorzubeugen ^{4 5} .

Die Anwendung von RFID in elektronischen Reisepässen und Personalausweisen ist zurzeit ein sehr aktuelles Thema. Letzterer wurde erst im November diesen Jahres eingeführt. Der integrierte Transponder enthält den Namen, das Geburtsdatum, das Geschlecht und zusätzlich zwei Fingerabdrücke sowie das digitale Passbild des Inhabers. Diese Speicherung der Daten hat das Ziel der eindeutigen Identifikation des Reisepassinhabers, Fälschungen und Diebstähle zu erschweren oder sogar unmöglich zu machen. Ebenfalls gelingt durch die rasche Übertragung der Daten eine schnellere Identifikation des Passinhabers ^{6 7} .

Neben den genannten Anwendungsbereichen hat die Radio Frequency Identification im Bereich der Unternehmenslogistik ihren angestammten

¹ Vgl. Http://www.rfid-journal.de/rfid-anwendungsbeispiel4.html, 17.10.10 ² Vgl. Franke; Dangelmaier (2006), S. 190 - 193

³ Vgl. Http://www.rfid-journal.de/rfid-anwendungsbeispiel4.html, 17.10.10

⁴ Vgl. Wolff; Schätzel (2010), S. 7 - 8, 34 - 35 ⁵ Vgl. Http://www.bibliotheksportal.de/hauptmenue/themen/rfid, 03.11.10

⁶ Vgl. Schmeh (2009), S. 82 - 85, 75 - 76, 144 - 145

⁷ Vgl. Http://www.bmi.bund.de/cln_174/sid_518F4093B916077A61D5697D08A94F6F/DE/ Themen/Sicherheit/PaesseAusweise/eReisepass/eReisepass.html, 15.10.10

1 Seite

Platz. Dabei verdrängt sie, in manchen Bereichen, das Barcode - System. Innerhalb der Logistik nimmt sie wichtige Aufgaben, wie beispielsweise die Optimierung des Informations- und Warenflusses, wahr. Dabei sollten sich die Verantwortlichen der Einführung des neuen Systems im Unternehmen genau über diese Technologie informieren. Findet keine sorgfältige Prüfung und Abwägung statt, so kann dies, anstatt zu Kosteneinsparungen, zu Zusatzkosten für das Unternehmen führen. Laut einer Studie erwarten neun Prozent der befragten RFID - Nutzer ihre Investitionskosten nie zurück ⁸ . Deshalb ist es empfehlenswert, sich über die Grundlagen und Anwendungen im Bereich der Logistik zu informieren und welche Auswirkungen es auf das bestehende Unternehmen haben kann. Diese Arbeit soll diese Fragen klären.

1.2 Aufbau der Arbeit

Im zweiten Kapitel werden Begrifflichkeiten rund um die Technologie der Radio Frequency Identification geklärt. Dies soll einen ersten Einblick in das Thema geben. Im Anschluss erfolgt ein kurzer geschichtlicher Rückblick sowie die Entwicklung der RFID.

Unter Punkt drei wird auf die Technologie der RFID eingegangen. Auf Grund dessen findet nicht nur eine Erklärung der Funktionsweise einer Datenübertragung zwischen Transponder und Lesegerät statt, sondern auch eine Beschreibung der benötigten Hardware. Des Weiteren werden einige wichtige Standards und Normen der Normungsverbände EPCglobal, AIM und ISO aufgezählt und ihr Zweck thematisiert.

Gegenstand des vierten Kapitels ist die Konkurrenztechnologie, die neben der RFID ihren Bestand hat. In diesem Kapitel soll zunächst auf die Relevanz des Barcodes, dem größten Konkurrenzsystem der RFID - Technologie, eingegangen werden. Anschließend folgen die Verfahren Optical Character Recognition, Speicherkarten und die Biometrie, mit den Unterkapiteln des Fingerabdruckverfahrens, der Iris - Erkennung und der Sprachidentifizierung.

⁸ Vgl. Strüker; Gille; Faupel (2008), S. 21

2 Seite

Das Kapitel fünf beschäftigt sich mit dem Einsatz der RFID - Technologie im Bereich der Logistik. Zuerst erfolgt eine Definition der Begriffe Supply Chain, Supply Chain Management und Logistik. Dabei findet eine Abgrenzung der Logistik gegenüber der Supply Chain und des Supply Chain Managements statt. Anschließend werden Beispiele für verschiedene Anwendungen der Technologie entlang der Logistikkette aufgezählt. Dabei werden die Hauptanwendung, das Tracking & Tracing, und Beispiele in den einzelnen Funktionsbereichen der Logistik aufgeführt. Nach den Anwendungen erfolgt eine Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile der Verwendung der RFID -Technologie in der Logistik.

Abschließend erfolgt im sechsten Kapitel eine kritische Betrachtung der Vor-und Nachteile von RFID - Systemen im Bereich der Logistik und eine klare Entscheidung für die RFID - Technologie.

2 Radio Frequency Identification (RFID)

Radio Frequency Identification gilt gegenwärtig als fortschrittlichste Technologie um eine eindeutige Rückverfolgbarkeit von Waren und Lebewesen zu gewährleisten. In diesem Kapitel werden zunächst die elementaren Begriffe im Zusammenhang mit der Radio Frequency Identification erklärt, im Anschluss daran erfolgt die Darstellung der wichtigsten Eckdaten der Geschichte und Entwicklung dieser Technologie.

2.1 Begriffsdefinition

Radio Frequency Identification kommt aus dem Englischen und bedeutet frei übersetzt Identifikation per Funkübertragung. Die Abkürzung „RFID“ ist im Sprachgebrauch weitaus geläufiger. Diese Technologie ermöglicht es, Lebewesen und Objekte eindeutig identifizierbar zu machen. Sie wird deshalb den Auto - ID - Systemen zugerechnet. Dies sind automatische Identifizierungs- 3 Seite

systeme, durch welche gekennzeichnete Gegenstände, Tiere oder Menschen selbsttätig erkannt werden können. Konkurrenzprodukte der RFID, wie beispielsweise Barcode oder Magnetkarte, werden ebenfalls zu dieser Gruppe gezählt ⁹ .

Für eine fehlerfreie Verwendung von Auto - ID - Systemen müssen zuerst die Daten, welche abgerufen werden sollen, in ein Computerprogramm eingespeist und mit den dazugehörigen Gegenständen eindeutig vereint werden. Bei RFID - Systemen geschieht die Verknüpfung mit Hilfe von Transpondern, die eine unikale Kennnummer enthalten, sowie den gespeicherten Daten in der Lesegerätestation. Diese eindeutige Zuordnung erfolgt durch magnetische oder elektromagnetische Felder und nicht durch mechanische Kontaktaufnahme. Diese werden auch als Radiowellen bezeichnet ^{10 11} .

Der Begriff „Transponder“ stammt aus dem Feld der Satellitentechnik. Ein Transponder empfängt Daten von einem Sendeterminal und gibt diese an andere Adressaten weiter ¹² . Auf diesen Transpondern ist insbesondere der eindeutige Identifikationscode gespeichert. Dieser wird als EPC bezeichnet. EPC ist ein Akronym, welches aus den Anfangsbuchstaben der englischen Wörter „Electronic Product Code“ gebildet wird ¹³ . Die Identifikationsnummer wird nur einmalig in der Welt vergeben und beugt somit der Gefahr einer Verwechslung vor. Eine tiefere Betrachtung des EPC erfolgt in Kapitel 5.6.2.

Im Einklang mit RFID wird häufig der Begriff „Electronic Tagging“ genannt, was mit „elektronisches Etikett“ ins Deutsche übersetzt werden kann. Das elektronische Etikett, auch Smart Label genannt, kann ohne viel Aufwand auf das zu kennzeichnende Produkt aufgeklebt werden, analog zum normalen Etikett. Somit ist der Transponder elektronisch verwurzelt ¹⁴ .

⁹ Vgl. Pflaum (2008), S. 475

¹⁰ Vgl. Kern (2006), S. 1 ¹¹ Vgl. Kummer; Einbock; Westerheide (2006), S. 12

¹² Vgl. Pflaum (2008), S. 475

¹³ Vgl. Klaus; Krieger (2008), S. 150

¹⁴ Vgl. Pflaum (2008), S. 475

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Befinden sich mehrere Transponder innerhalb des gleichen Lesefeldes können durch Antikollisionsverfahren die verschiedenen Transponder unterschieden und somit Daten ausgelesen oder Transponder beschrieben werden ¹⁵ . Eine exakte Betrachtung erfolgt in Kapitel 3.1.

2.2 Geschichte und Entwicklung der RFID

Eine der wichtigsten Grundlagen für die Entstehung der RFID - Technologie ist die Entdeckung der Radiowellen durch den englischen Wissenschaftler Michael Faraday um 1846. Zwei Jahrzehnte später, 1864, veröffentlichte der schottische Physiker James Clerk Maxwell seine Theorie über die elektromagnetischen Felder. Er fand heraus, dass die elektrische und magnetische Energie sich per Lichtgeschwindigkeit in diagonalen Wellen fortbewegt.

Der norddeutsche Physiker Heinrich Rudolf Hertz bestätigte die These von James Clerk Maxwell in den Jahren von 1886 - 1888. Es gelang ihm als Erster elektromagnetische Radiowellen künstlich herzustellen. Er entdeckte, dass die Wellen, ähnlich wie bei Licht, zurückgeworfen, gebrochen und polarisiert werden können, ähnlich wie bei Licht. Diese Erkenntnisse nutzte später der russische Wissenschaftler Aleksandr Popov für weitere Studien ^{16 17 18} .

Im zwanzigsten Jahrhundert setzte sich die elektromagnetische Revolution fort. 1901 gelang Guglielmo Marconi eine Übertragung der Radiowellen über den Atlantik. Fünf Jahre später folgte durch den schwedisch-amerikanischen Elektroingenieur Ernst Frederik Werner Alexanderson eine kontrollierte Radiowellenübertragung ^{19 20} . Alexanderson war somit der Urvater des

¹⁵ Vgl. Kern (2006), S. 63

¹⁶ Vgl. Landt; Catlin (2001), S. 3 ¹⁷ Vgl. Jäger (1996), S. 116, 171, 243 - 245 ¹⁸ Vgl. Kummer; Einbock; Westerheide (2006), S. 12

¹⁹ Vgl. Jäger (1996), S. 239, 16 - 17 ²⁰ Vgl. Kummer; Einbock; Westerheide (2006), S. 12

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Radios und so entstand das Zeitalter der drahtlosen Hochfrequenztechnik ²¹ . Die Entwicklung der Radartechnik war ein weiterer wichtiger Schritt zur Entstehung dieser Technologie. Durch Versendung von Radiowellen kann die Position und die Geschwindigkeit eines metallischen Gegenstandes durch Reflexion der Wellen zurück zum Ursprung festgestellt werden. Diese Technik wurde im wissenschaftlichen Labor Los Alamos 1922 erforscht. Eine durchbrechende Weiterentwicklung fand während des Zweiten Weltkrieges statt, um die Identifikation einer Person oder eines Gegenstandes auf weite Distanzen zu optimieren ^{22 23 24} . Durch diese Freund-/Feinderkennung können Kampfflugzeuge, Kampfpanzer und ähnliches militärisches Gerät, aber auch Fußsoldaten auf weite Distanzen als Gegner oder Mitkämpfer identifiziert werden. Dadurch können Soldaten vor dem Tode und Geräte vor ihrer Vernichtung durch „friendly fire“ ²⁵ geschützt werden, welches zuvor ziemlich oft vorkam. Dies gelang durch einfachste Transponder.

Nicht nur in der Flugzeugerkennung für das Militär, sondern vor allem in der zivilen Luftfahrt spielt die RFID - Technologie heutzutage eine wichtige Rolle. Durch Abgabe eines eindeutigen Codes können Flugzeuge auf dem Radar-monitor in Hinsicht auf Identifikation, Fluggeschwindigkeit und Flughöhe erfasst werden. Um Zusammenstöße und Fehlleitungen auszuschließen ist dies im Zeitalter des Massentourismus und der Globalisierung zwingend erforderlich.

1948 referierte Harry Stockman in seiner Veröffentlichung „Communication by Means of Reflected Power“ über die Konzeption der RFID - Technologie durch den Einfall einer Kommunikationstechnik, welche zurückstrahlende Radiowellen nutzt. Er erkannte schon damals, dass diese Technologie noch in den Kinderschuhen steckt und deswegen noch viel Arbeit notwendig wird, um sie für den Massenmarkt nutzbar zu machen ²⁶ .

²¹ Vgl. Hoffmann (1997), S. 1

²² Vgl. Huder (1999), S. 8 ²³ Vgl. Franke; Dangelmaier (2006), S. 10 ²⁴ Vgl. Kummer; Einbock; Westerheide (2006), S. 13

²⁵ friendly fire : Bezeichnung eines Angriffes durch die eigenen oder alliierten Soldaten

²⁶ Vgl. Stockman (1948), S. 1196 - 1204

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Weitere Forschungen folgten in den darauf folgenden Jahren, jedoch gelang der größte Durchbruch erst mit der Genese integrierter Schaltkreise, Kommunikationsnetzwerken, Transistoren und Mikroprozessoren. Demgemäß entdeckten viele andere Branchen nach und nach Vorteile durch die Kennzeichnung von Objekten und Tieren mittels der RFID - Technik. So nutzten sie anfangs Wildhüter und Wissenschaftler zur Lokalisierung des Tierbe-standes auf freier Wildbahn. Daraufhin folgte die Nutzung ebenfalls in der Massentierhaltung. Im Laufe der siebziger Jahre wurde diese Technik zur Sicherung der Waren vor Diebstahl und zur Identifikation von Werkzeugen zweckentfremdet. Durch die damalige 1-Bit Übertragung oder Speicherung war es möglich, die Präsenz oder das Fehlen des gekennzeichneten Gegenstandes wahrzunehmen, welches bei Fehlen einen Alarm auslösen konnte. Dies war der erste großflächige gewerbliche Einsatz der RFID -Technologie ^{27 28 29} .

Im nächsten Jahrzehnt wurde sie als Hilfe bei der Kontrolle der Tierherkunft, bei Containern und Tonnen für Müll und Zutritt bei z.B. Sicherheitstüren eingeführt. Es folgte die Entwicklung von Smart Cards. Telefonkarten und Gesundheitskarten sind hierfür die bekanntesten Nutzungsmöglichkeiten. Demgegenüber war und ist RFID beim Einsammeln von Mautgebühren erfolgreich. 1987 erfolgte weltweit die erste Einführung der Straßengebühren in Norwegen. Kurze Zeit später sahen auch die Vereinigten Staaten von Amerika in der Einführung dieser Technologie einen Sinn ^{30 31} .

Während der neunziger Jahre setzte die Technik in Bibliotheken und Fahrzeugen ebenfalls ihren Siegeszug fort. In Fahrzeugen kam der Durchbruch durch die Wegfahrsperren, durch jene Kriminelle ein unerlaubtes Entwenden der Automobile und Lastkraftwagen erschwert wurde. Die Technik wurde jetzt für Verkehrsleitsysteme eingesetzt. Im neunten Jahrzehnt des vergangenen Jahrtausends nutzte man das Erkennen der Tiere zur Kontrolle der Qualität und von Seuchen. Durch die Erforschung von Antikollisions -

²⁷ Vgl.Landt; Catlin (2001), S. 4

²⁸ Vgl. Http://www.rfid-journal.de/rfid-geschichte.html, 17.10.10 ²⁹ Vgl. Wolff; Schätzel (2010), S. 7

³⁰ Vgl. Landt; Catlin (2001), S. 5

³¹ Vgl. Http://www.rfid-journal.de/rfid-geschichte.html, 17.10.10

7 Seite

Algorithmen konnte der Einsatz ausgeweitet werden. Diese Algorithmen ermöglichen die gleichzeitige Datenaufnahme vieler Transponder ohne eine gegenseitige Störung. Antikollisionsverfahren werden in Kapitel 3.1 noch tiefer beleuchtet. Durch die Entwicklung dieser Methoden hielt die Technologie Einzug im Behältermanagement und bei der Benennung von Akten, Frachtgütern, Skifahrern und aktiven Teilnehmern von Sportveranstaltungen ^{32 33 34} .

Im 21. Jahrhundert wurden Ausweisdokumente und Gesundheitskarten mit den Tags bestückt ³⁵ . Jetzt konnten die Daten verschlüsselt und auf den Chip neue Daten gespeichert werden, was einen enormen Vorteil im Bereich des Datenmissbrauchs und der Nutzung mit sich brachte. Durch die Weiterentwicklung, internationale Standardisierung der ISO - Normen, Miniaturisierung der Technologie und die Produktion der Transponder in hohen Stückzahlen wurde die Nutzung Schritt für Schritt zur Nutzung in weiteren Branchen und Bereichen kostengünstiger und erst dadurch möglich gemacht ^{36 37 38} . Heutzutage ist es sogar möglich RFID - Etiketten direkt auf Metall zu kleben, ohne dass Übertragungsstörungen auftreten ^{39 40} .

3 Technologie der RFID

Dieses Kapitel widmet sich der technischen Seite der RFID - Technologie. Es beleuchtet die Funktion der Übertragung durch Funk- oder elektromagnetischer Wellen zwischen Reader und Transponder. Ebenso erläutert es die Lösung des Problems, mehrere bauartgleiche Transponder im selben Lesebereich zu unterscheiden und einzeln anzusprechen, ohne dass

³² Vgl. Landt; Catlin (2001), S. 6 ³³ Vgl. Kern (2006), S. 7 - 11

³⁴ Vgl. Http://www.rfid-journal.de/rfid-geschichte.html, 17.10.10

³⁵ Vgl. Sweeney (2006), S. 32

³⁶ Vgl. Landt; Catlin (2001), S. 6 ³⁷ Vgl. Byfield (1996), S. 4 - 5 ³⁸ Vgl. Want (2004), S. 41 - 42

³⁹ Vgl. ROK (2010), S. 1 ⁴⁰ Vgl. Kern (2006), S. 7 - 11

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Störungen auftreten. Die Problemlösung erfolgt durch verschiedene Antikollisionsverfahren, welche genauer erklärt werden. Im Anschluss folgt eine Beschreibung der benötigten technischen Geräte und ihrer Funktionsweise. Dazu werden die Server dargestellt, welche mit dem Lesegerät verbunden sind. Nach der Darstellung des Interrogators werden die RFID - Transponder in passive, semi - aktive und aktive Funkchips gegliedert und jeweils ihre Vorteile klar definiert. Es folgt eine Unterteilung in Frequenzbereiche, in denen eine Übertragung und Ansprache der Transponder möglich ist. Drei der am Häufigsten vorkommenden Bauformen der RFID - Chips werden durchleuchtet. Diese sind Transponder in Glas- oder Plastikgehäuse, RFID -Etiketten und Plastikkarten. Das Hauptaugenmerk befindet sich dabei bei den RFID - Etiketten, welche eingehender betrachtet und in klassische Transponder, Smart Labels im Hoch- und Ultrahochfrequenzbereich sowie Mikrowellentransponder aufgegliedert und detailliert dargestellt. Zu guter Letzt folgt die Vorstellung einiger Standards und Normen, welche die Kompatibilität der Hard- und Software verschiedener Hersteller gewährleisten.

3.1 Funktionsweise der RFID

Abbildung 1: Elementare Ausstattung der RFID - Technologie 41

Die vereinfachte Grundausstattung eines RFID - Systems ist in Abbildung 1 erkennbar. Sie zeigt, dass die Lese- und Schreibeinheit mit einem Computer mit dazugehöriger Software verbunden ist, die Readerantenne mit dem Tag jedoch nur per Funkwellen. Die Wellen bestehen entweder aus magnetischer oder elektromagnetischer Energie ⁴² . Durch die Eingabestation des Computers gibt der Anwender Befehle ein, um eine bestimmte Abfrage zu

⁴¹ Vgl. Http://www.aimglobal.org/technologies/rfid/what_is_rfid.asp, 16.09.2010

⁴² Vgl. Wolff; Schätzel (2010), S. 8

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erhalten. Der Rechner verarbeitet die Daten und sendet Kommandos an die Lese- und Schreibeinheit. Diese übermittelt die Befehle per Radiowellen an die Transponder in der Lese- und Schreibzone. Diese Übermittlung geschieht über „Air Interface ⁴³ “, demnach drahtlos. Eine Luftschnittstelle bildet eine Brücke zwischen zwei technischen Geräten. In der RFID - Technologie geschieht dies zwischen der Antenne des RFID - Lesers und der Antenne des RFID - Tags ⁴⁴ . Ein auf diese Weise angesprochener sowie aktiver Transponder meldet sich und gibt die angeforderten Daten per Luftschnittstelle an die Leseeinheit weiter. Diese dekodiert die erhaltenen Informationen, welche vom integrierten Schaltkreis des Transponders abgegeben wurden. Der Leseterminal leitet diese Informationen an die angeschlossene Rechnereinheit weiter, verarbeitet diese und gibt das vom Benutzer gewünschte Ergebnis aus ⁴⁵ . Eine Beschreibung von Transpondern geschieht in ähnlicher Weise. Die Steuereinheit des Lesegerätes kodiert wiederum die zu schreibenden Informationen und speist die kodierten Inhalte in den Transponder ein ⁴⁶ . Um nicht alle Transponder, welche sich in derselben Lesezone befinden, anzusprechen, wurden Antikollisionsverfahren entwickelt. Somit ist eine Erfassung mehrerer Transponder im Pulk möglich. Derzeit aktuell ist eine Verarbeitung von hundert Transpondern pro Sekunde kein Problem. Theoretisch liegt das Limit bei fünfhundert Stück pro Sekunde ⁴⁷ . Im Anschluss werden einige dieser Verfahren erläutert.

Durch Antikollisionsverfahren werden Verwechslungen bei einem Zusammentreffen mehrerer Transponder vermieden. Es wird zwischen dem Broadcast - Verfahren und dem Mehrfachzugriff unterschieden. Wenn die Lesestation zeitgleich einen Zugriff auf alle Transponder impliziert, dann nennt man dies das Broadcast - Verfahren. Hier wird zwischen zwei grundlegenden Vorgängen unterschieden. Sendet das Lesegerät auf unterschiedlichen Kanälen, so wird das FDMA - Frequenzmultiplexverfahren benutzt. Für jeden Transponder ist ein eigener Kanal reserviert. Bei diesem Verfahren

⁴³ Übersetzung: Luftschnittstelle

⁴⁴ Vgl. Sweeney (2006), S. 162

⁴⁵ Vgl. Http://www.aimglobal.org/technologies/rfid/what_is_rfid.asp, 16.09.2010

⁴⁶ Vgl. Pflaum (2008), S. 476

⁴⁷ Vgl. Pflaum (2008), S. 477

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sind die Transponder, welche zu lesen sind, an die Anzahl der Sendekanäle gekoppelt und somit begrenzt. Diese Methode begünstigt eine zügige Verarbeitung auf Grund rascher Zugriffszeiten ^{48 49} .

Erhält hingegen jeder Tag seine eigene Sendezeit, so wird das TDMA -Zeitmultiplexverfahren für die Erfassung verwendet. Dabei gibt es beispielsweise das ALOHA - Verfahren. Es gibt den Tags die Möglichkeit, innerhalb einer gewissen Wartezeit, Datenpakete wiederholt zu senden, um ein Erkennen zu gewährleisten ⁵⁰ . Während der Pausen haben andere Transponder die Chance Daten auszustrahlen und vom Leseterminal erfasst zu werden. Dieses Verfahren benötigt deutlich mehr Zeit als das FDMA - Verfahren. Des Weiteren liegen seine Grenzen in der Signallänge, Menge der Transponder und der Länge der Pausen. Müssen viele Transponder gleichzeitig eingelesen werden, so ist dieses Verfahren nicht zu empfehlen. Weiterentwicklungen des ALOHA - Verfahrens in das S - ALOHA - und das dynamische S - ALOHA - Verfahren weichen diese Grenzen nahezu auf. Nur Transponder mit einer hohen Wattzahl werden beim S - ALOHA - Verfahren erkannt. Falls eine Lesestation einen Chip erfolgreich erkannt hat, werden weitere Tags durch einen BREAK - Befehl vom Senden entbunden, wodurch selbst größere Datenmengen übertragen werden können. Diese drei Arbeitsgänge erleben ihre Anwendung vor allem bei nicht - beschreibbaren Tags. Mit den ALOHA - und dynamischen S - ALOHA - Verfahren können nur geringe Datenmengen übertragen werden ⁵¹ .

Genau das Gegenteil als bei den Broadcast - Verfahren vollzieht sich bei den Verfahren zum Mehrfachzugriff. Das bedeutet, dass die sich im Lesebereich befindlichen Transponder, und nicht die Lesestation, gleichzeitig Signale an das Lesegerät übermitteln. Dieses Verfahren wird in zwei Multiplexverfahren eingeteilt ⁵² .

⁴⁸ Vgl. Kern (2006), S. 63 - 65 ⁴⁹ Vgl. Horst (2008), S. 31

⁵⁰ Vgl. Kern (2006), S. 64 - 65

⁵¹ Vgl. Kern (2006), S. 64 - 65

⁵² Vgl. Kern (2006), S. 64, 66 - 67

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Durch eine Modifikation von Bereichen kann der Transponder per Richtantenne angestrahlt werden oder einzelne Tags in die Lesezone geführt werden. Diese Methode ist unter der Bezeichnung SDMA - Raummultiplexverfahren bekannt. Sie wird gerne bei Sportveranstaltungen verwendet. Am Ziel oder an bestimmten Stellen zur Messung der Zwischenzeit werden sogenannte Tartanmatten mit integrierten Antennen verlegt. Diese werden alternierend aktiviert. Wenn die mit Transpondern am Laufschuh gekennzeichneten Läufer über die Matten laufen, werden die Transponder durch die Antenne aktiviert und der Rechner bekommt den Identifikationscode zur Auswertung übermittelt. Somit ist es möglich, Massen von Läufern gleichzeitig zu erfassen. Ebenso kann eine Antenne im Ultrahochfrequenzbereich alternierend regulieren oder das elektromagnetische Feld gedreht werden. Damit ist es möglich, einzelne RFID - Chips anzusteuern ⁵³ .

Neben dem SDMA - Raummultiplexverfahren ist ferner das CDMA - Kodemultiplexverfahren zu nennen. Diese Methode ist die ausgereifteste unter den Systemen zur Kollisionsvermeidung. Es gliedert die Transponder auf und schaltet die Transponder, die nicht benötigt werden, aus. Somit erwidert nur noch der angesprochene Tag. Anschließend wird dieser deaktiviert und das Analysieren beginnt von neuem. Der Anzahl der Transponder sind keine Grenzen gesetzt. Dazu müssen die Transponder jedoch gleichzeitig Nachricht geben und die Kodierung in der Lage sein, andere Transponder im Lesebereich zu erkennen und eine Kollision anzuzeigen ⁵⁴ . Anhand von zwei unterschiedlichen Beispielen wird gezeigt, wie dies vonstatten geht. Zuallererst wäre die NRZ - Kodierung ⁵⁵ . Hier wird eine Kollision erst anhand einer Prüfsumme erkennbar. Bei der Manchester -Kodierung wird eine Kollision schon während des Sendens aufgedeckt und beginnt den Abfragemodus erneut. Um dieses optimal zu gewährleisten, sind vier Kommandos von der Lesestation zu den Transpondern zu übermitteln. Durch den ersten Befehl „REQUEST_SNR“ erfolgt eine Vorauswahl der Transponder. Dabei werden Seriennummern, die unter einer gegebenen

⁵³ Vgl. Kern (2006), S. 66

⁵⁴ Vgl. Kern (2006), S. 66 - 67

⁵⁵ Non Return to Zero - Kodierung

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Seriennummer liegen, ausgewählt. Anschließend wird durch das Kommando „SELECT_SNR“ der Chip mit der benötigten Seriennummer angesprochen und durch den Befehl „READ_DATA“ werden seine gespeicherten Daten durch das Leseterminal ausgelesen. Nach dem Auslesen empfängt der Transponder das Gebot „UNSELECT“. Dadurch wird der Chip wieder ausgeschaltet und es kann der Vorgang von neuem beginnen, bis das Ziel der Abfrage erreicht ist. Falls eine Kollision während der Abfrage in einer Bitfolge eintritt, erfolgt eine erneute eingeschränkte Abfrage, bis das Abfrageziel mit dem Abfrageergebnis übereinstimmt. Dieses wird in der Fachsprache „binärer Suchbaum“ genannt ⁵⁶ .

Nachdem die Übermittlung der Daten an das Lesegerät abgeschlossen ist, tauscht die im Leser integrierte Middleware empfangene Daten mit dem Anwenderprogramm, beispielsweise einem Warenwirtschaftsprogramm, aus. Die Middleware wird Savant genannt. Dieser fördert zudem die Verwaltung und Abfragen von Objektdaten ⁵⁷ . Um Objektdaten zu erhalten, fordert er, durch dem vom Leser empfangenen Electronic Product Code, die Internetadresse der zugehörenden Daten an. Der Electronic Product Code wird in Kapitel 5.6.2 näher erläutert. Die Internetadressen werden auf einem Object Naming Service - Server, kurz ONS - Server, mit dem EPC verknüpft und gespeichert. Nach Erhalt der Internetadresse nimmt der Savant Kontakt mit dem zugehörenden Physical Markup Language - Server, kurz PML - Server, auf. Der PML - Server ist eine Datenbank, welche physische Daten, wie den Produktnamen und die -beschreibung, den Produktstandort, -historie und andere wichtige Details speichert ⁵⁸ . Der PML - Server überträgt die ange-forderten Daten an den Savant und dieser übermittelt sie dem Warenwirtschaftsprogramm. Dadurch sind die Informationen für den Nutzer im Ausgabegerät sichtbar. Dies geschieht beispielsweise bei Neuanlieferung einer bereits gekennzeichneten Ware. Da eine Nutzung des ONS - Servers ziemlich kostspielig ist, wird dies in der Regel nur bei globaler Vernetzung

⁵⁶ Vgl. Kern (2006), S. 66 - 67

⁵⁷ Vgl. Kern (2006), S. 183 - 184

⁵⁸ Vgl. Chen (2004), S. 30 - 35

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genutzt. Ansonsten werden günstigere Lösungen verwandt, wie die Speicherung der Produktdaten in der eigenen Datenbank ^{59 60 61 62 63 64} .

3.2 Hardwareeigenschaften

Abbildung 2: Komponenten eines RFID - Systems 65

Der Schwerpunkt des Kapitels 3.2 liegt in der Hardware der RFID - Technologie. Ohne diese Geräte ist eine vollständige Einsatzfähigkeit der RFID -Technologie nicht gewährleistet. In Abbildung 2 ist ein RFID - System aufgeführt. Es ist definiert durch einen Rechner in Serverform mit zugehöriger Software, Lesegeräte mit angeschlossenen Kopplungspunkten und RFID -Transpondern mit den zugehörenden Kopplungspunkten. Kopplungspunkte werden auch Antennen genannt. Da Lesegeräte und Transponder mit einer Antenne und einer integrierten Schaltung, auch Chip genannt, ausgestattet sind, können sie Daten per Radiowellen miteinander ohne optischen Kontakt

⁵⁹ Vgl. Klaus; Krieger (2008), S. 441 ⁶⁰ Vgl. Sweeney (2006), S. 112 - 113, 269 - 281 ⁶¹ Vgl. Bolic; Simplot-Ryl; Stojmenovic (2010), S. 173 - 174 ⁶² Vgl. Franke; Dangelmaier (2006), S. 42 - 43, 46 - 48 ⁶³ Vgl. Kummer; Einbock; Westerheide (2006), S. 37 - 38 ⁶⁴ Vgl. Finkenzeller (2008), S. 313 - 315

⁶⁵ Vgl. Lampe; Flörkemeier; Haller (2005), S. 71

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