E-Business - Einsatz von RFID-Chips


Hausarbeit (Hauptseminar), 2006

25 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung
1.1 Einordnung und Abgrenzung
1.2 Historie und Entwicklung

2 Technologie
2.1 Bestandteile eines RFID-Systems
2.2 Aktive vs. Passive Systeme
2.2.1 Aktive Tags
2.2.2 Passive Tags
2.3 Reichweite
2.4 Beschreibbarkeit
2.5 Frequenz
2.6 Wichtige Bauformen von Transpondern
2.7 Datensicherheit
2.8 Standardisierung und Normen

3 Anwendung und Einsatz
3.1 Kosten
3.2 Einsatz im Handel
3.2.1 Logistik
3.2.2 Verwaltung und Buchhaltung
3.2.3 Produktion
3.2.4 Einzelhandel
3.2.5 Supply Chain Management
3.3 Andere Einsatzbereiche

4 Perspektiven
4.1 Bewertung der RFID-Technologie
4.1.1 Stärken und fördernde Faktoren
4.1.2 Schwächen und hemmende Faktoren
4.1.3 Vorteile im B2B-Bereich
4.2 Zukünftige Entwicklungen

5 Fazit

Literaturverzeichnis

1 Einführung

RFID steht für Radio Frequency Identification. In dem Begriff steckt bereits die Erläuterung der Kernaufgabe von RFID: das automatische Identifizieren eines Objekts mittels Funkwellen (Radiobzw. elektromagnetischen Wellen). Damit wird für die Übertragung der Informationen weder direkter noch visueller Kontakt zwischen Sender und Empfänger benötigt. RFID Systeme gehören zu den Automatischen Identifikationssystemen (vgl. Abschnitt 1.1) [1] .

Zentrale Einheiten eines RFID Systems sind die sogenannten RFID Tags. Synonym werden auch die Bezeichnungen Transponder, Smart Tag und Smart Label verwendet [2]. Die Tags bestehen im wesentlichen aus einem Mikrochip, der mit einer Antenne verbunden ist. Über die Antenne kann der Transponder u.a. Signale empfangen und senden und der Mikrochip enthält Daten, die der Identifikation des Objektes dienen, auf das der Transponder aufgebracht wurde. Solche Informationen können z. B. ein Herstellungsdatum, ein Bestimmungsort oder ein Verfallsdatum sein [1].

Der zweite wichtige Bestandteil des Systems ist die Sendeeinheit, der RFID Reader. Dieser strahlt über eine oder mehrere Antennen ein Funksignal aus, das von allen Tags in Reichweite empfangen wird. Daraufhin werden die Daten, die der Mikrochip im Tag enthält, ausgelesen und in einem Antwortsignal verpackt an den Reader zurückübertragen.

Im Hintergrund des Readers steht ein Computersystem, das, mit entsprechender Middleware und Anwendungssoftware versehen, die Antwortsignale des Transponders verarbeiten und interpretieren kann.

Zentrale Merkmale jedes RFID-Systems sind also [3]:

- Elektronische Identifikation

Jedes Objekt innerhalb des Systems ist eindeutig gekennzeichnet und elektronisch identifizierbar.

- Kontaktlose Datenübertragung

Die auf den Objekten gespeicherten Daten können über Funkfrequenzen ohne Kontakt mit der Leseeinheit ausgelesen werden.

- Senden auf Abruf

Das Objekt stellt seine Daten dem Lesegerät nur dann zur Verfügung, wenn es durch ein Signal des Lesegerätes zur Übertragung aufgefordert wurde.

1.1 Einordnung und Abgrenzung

In vielen Bereichen, insbesondere in der Produktion und Logistik sind heute automatische Identifikationssysteme (Auto-ID) (vgl. Abb. 1) nicht mehr wegzudenken. Ziel ist es, Informationen über Personen, Tiere und Güter automatisch bereitzustellen und damit die Identifikation der Objekte beispielsweise in der Lieferkette zu erleichtern [4].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Übersicht der wichtigsten Auto-ID Verfahren, angepasst aus: [4]

Der Barcode besteht aus vielen senkrechten Strichen von unterschiedlicher Breite und mit unterschiedlichem Abstand zueinander. Binär interpretiert stellen sie die codierten Daten dar. Ausgelesen werden die Daten mittels eines optischen Laserstrahls. Der heute am weitesten verbreitete Barcode ist der dreizehnstellige EAN-Code (European Article Number).

Bei der Optical Character Recognition (OCR) werden Klarschriftleser auf speziellen Schrifttypen eingesetzt, die sowohl von Menschen, als auch von Maschinen lesbar sein müssen. Sie kommen z. B. in Banken bei dem maschinellen Auslesen von Überweisungen oder Schecks zum Einsatz. Dabei ist ein großer Vorteil von OCR, dass die relevanten Daten bei Problemen in der maschinellen Erkennung oder auch zur Kontrolle von Menschen lesbar sind.

In der Biometrie werden mathematische bzw. statistische Verfahren eingesetzt, um Lebewesen zu identifizieren und zu vergleichen. Insbesondere die Identifikation von Personen beispielweise durch charakteristische und unverwechselbare Fingerabdrücke, Gesichtsmerkmale, Stimmenmuster oder Netzhauteigenschaften, gewinnt in den letzten Jahren vor allem in Sicherheitsfragen immer größere Bedeutung.

Chipkarten sind elektronische Datenspeicher im Kreditkartenformat (Speicherkarte). Ist eine zusätzliche Verarbeitung der Daten erforderlich, können Mikroprozessoren in die Chipkarten eingebaut werden (Mikroprozessorkarte). Zum Auslesen der Daten wird ein auf der Karte aufgebrachtes Kontaktfeld mit einer Leseeinheit in Verbindung gebracht. Zum Einsatz kommt die Technik z.B. in Bankkarten. Vorteil der Technologie ist die mögliche Verschlüsselung der Karten. Zu den Nachteilen zählt z.B. die Anfälligkeit der Chipkarten gegen äußere Einflüsse wie die Abnutzung oder Beschädigung des Kontaktfeldes.

Die RFID-Systeme sind mit den Chipkarten eng verwandt. Auch hier werden Daten auf einem Chip mit einem geeigneten Reader ausgelesen. Wichtiger Unterschied ist aber, dass für das Auslesen der Daten kein Kontakt zwischen Sender und Empfänger erforderlich ist. Durch zahlreiche Vorteile, die RFID-Systeme beispielsweise gegenüber einem Barcode-System bieten, hat die Technologie sich in den letzten Jahren zu einem ernstzunehmenden Konkurrenten der etablierten Systeme entwickelt. Heute kommen RFID-Systeme beispielweise in der Logistik, bei der Zugangskontrolle oder in elektronischen Bezahlsystemen zum Einsatz.

1.2 Historie und Entwicklung

Grundlage der RFID-Technologie war die Erfindung der Radars Ende des zweiten Weltkrieges. Mithilfe von Transmittern an den eigenen Flugzeugen gelang den Briten eine zuverlässige Unterscheidung von Freund und Feind. Diese Erfindung stellte das erste passive Identifikationssystem auf der Basis von Funkwellen dar [5].

In den 50er und 60er Jahren wurde die Radarund Funktechnologie weiterentwickelt und etwa in Anti-Diebstahl-Systemen, wie sie auch heute noch in Kaufhäusern üblich sind, eingesetzt. Unter Verwendung von 1-Bit-Transpondern, die beim Bezahlen an der Kasse deaktiviert werden können, wird ein widerrechtliches Entfernen von Artikeln verhindert.

In den 70er Jahren gab es verstärkt Entwicklungen in diesem Bereich. So wurden z.B. Systeme zur Zugangskontrolle und zur Tieridentifikation mithilfe von Tags realisiert. Nachdem sich diese ersten niederfrequenten (low-frequency, LF) Transponder verbreitet hatten, konzentrierte sich die Entwicklung auch auf hochfrequente (13,56 MHz, HF) Funkwellen. Damit konnte eine größere Reichweite der Signale und eine schnellere Datenübertragung erreicht werden.

Anfang der 90er Jahre gab es die ersten ultrahochfrequenten (UHF) RFID-Systeme, die bereits eine Reichweite von mehreren Metern hatten. Der Versuch, RFID-Systeme in hohen Stückzahlen einzusetzen, scheiterte damals noch an den hohen Stückkosten der Einheiten.

1999 gründeten der Uniform Code Council (UCC), EAN International, Procter & Gamble und Gillette das Auto-ID-Center am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Dort arbeitete man u.a. an der Entwicklung von kostengünstigen RFID Transpondern. In den folgenden vier Jahren schlossen sich über 100 große Firmen, das US-Verteidigungsministerium, sowie viele Anbieter von RFID-Systemen dem Konsortium an. In diesen Jahren wurden von dem Auto- ID-Center mehrere weltweite Labors gegründet, zwei Schnittstellenprotokolle etabliert, der Elektronische Produktcode (EPC) eingeführt, sowie eine Netzwerkarchitektur für die Suche nach Produkten bzw. den dazugehörigen Tags im Internet aufgebaut.

Im Oktober 2003 wurde das Auto-ID-Center aufgelöst und die Non-Profit-Organisation EPCglobal aus einem Joint Venture des UCC und der EAN International gegründet. Diese Organisation beschäftigt sich seitdem mit der Weiterentwicklung der Technologie, insbesondere in bezug auf Fragen der Datensicherheit, der Entwicklung und Etablierung von technischen Spezifikationen und Standards für die Hardund Software und die Netzwerkarchitektur.

2 Technologie

2.1 Bestandteile eines RFID-Systems

Wie bereits erwähnt, hat ein RFID-System zwei Hauptbestandteile (vgl. Abb. 2) [4]:

- einen RFID Tag, der auf die zu identifizierenden Objekte aufgebracht wird
- einen Reader, der je nach Bauform Leseoder Schreib-Lese-Eigenschaften hat

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Reader und Transponder als Hauptbestandteile eines RFID-Systems, aus: [4]

Im Lesegerät sind u.a. ein Sendeund Empfangsmodul, eine Antenne und meist auch eine Schnittstelle integriert, um die empfangenen Daten an ein Computer-System weiterzuleiten.

Der Transponder ist der eigentliche Datenspeicher und enthält neben einer Antenne einen elektronischen Mikrochip [4]. In den meisten Fällen enthält dieser Chip eine eindeutige Seriennummer, den elektronischen Produktcode EPC, der u.a. den Produkthersteller, die Artikelart und den speziellen Artikel mit Preis codieren kann. Datenbanken ermöglichen die Interpretation dieser Informationen. Dabei wäre es in Zukunft möglich, dass der Produkthersteller entscheiden kann, welche Informationen für alle – Kunden wie andere Unternehmen – und welche nur für den Hersteller selbst lesbar sind [5].

Die meisten der heute im Einsatz befindlichen RFID Tags haben keine eigene Stromversorgung und sind deshalb außerhalb der Reichweite eines Readers passiv (vgl. Abschnitt 2.2.2). Das Backtracking des Signals bzw. der im Tag enthaltenen Daten erfolgt automatisch und ohne Kontakt von Reader und Transponder [4].

2.2 Aktive vs. Passive Systeme

2.2.1 Aktive Tags

Aktive Tags beinhalten neben einer Antenne und einem Mikrochip einen Transmitter, sowie eine eigene Stromquelle – meist eine Batterie. Die Tags senden Signale, um die Informationen, die auf dem Chip gespeichert sind, an den Reader zu übertragen. Die Stromquelle wird sowohl für den Chip, als auch für die Datenübertragung genutzt. Neben den genannten Bestandteilen können beispielsweise auch Sensoren für die Messung von Temperatur oder Luftfeuchtigkeit, sowie Kryptographiemodule enthalten sein [6].

Aktive RFID Tags werden meist auf großen Objekten wie z.B. Frachtcontainern eingesetzt, deren Position und Inhalt auf längere Distanzen identifizierbar sein soll. Sie arbeiten zu diesem Zweck im UHF bzw. Mikrowellen-Bereich (vgl. Abschnitt 2.5), der ein Auslesen noch aus einer Entfernung von über 100 Metern ermöglicht [2].

Innerhalb der aktiven Tags unterscheidet man Transponder, die erst durch das Signal eines in Reichweite befindlichen Readers geweckt werden und deshalb sehr stromsparend arbeiten und Beacons, die in gewünschten Zeitintervallen selbständig Signale senden, um eine Echtzeit-Standortbestimmung des Objektes zu ermöglichen [6].

Die Kosten für aktive Tags liegen je nach Bauart zwischen 10 € und 40 €. Wenn die Einheit in speziellen Behältern eingebaut wird, um sie beispielweise vor Witterungseinflüssen zu schützen, steigen diese Kosten noch. Auch aus diesem Grund sind Unternehmen sehr an einer Wiederverwendbarkeit der Tags, wie etwa auf einem Container oder LKW, interessiert.

2.2.2 Passive Tags

Passive Tags verfügen über keine Sendeeinheit und keine eigene Stromquelle [6]. Die benötigte Energie wird durch Induktion[1], ausgehend vom Signal des Readers erzeugt, wobei die Antenne als Spule dient. Ein Kondensator sorgt dann für eine dauerhafte Stromversorgung des Chips. Die Datenübertragung erfolgt durch Lastmodulation, d.h. im Takt des zu übertragenden Datenstroms wird ein Lastwiderstand variiert und so das Signal, das vom Transponder reflektiert wird, moduliert [4].

Der fehlende Transmitter und die fehlende Stromquelle reduzieren die Stärke des Antwortsignals und damit die Reichweite der von diesen Tags erzeugten Signale. Ein Auslesen ist nur von etwa 1 bis 10 cm möglich [6].

Insoweit sind die Herstellungskosten für passive Tags auch erheblich geringer – sie liegen zur Zeit etwa bei 0,15 bis 0,35 €. Wegen der relativ geringen Stückkosten sind die passiven Tags zur Zeit am weitesten verbreitet. Nichtsdestoweniger verhindern ebendiese Kosten noch einen Masseneinsatz. Für diesen Zweck werden Stückkosten von unter 0,05 € angestrebt [6].

Neben den beiden wichtigsten Arten gibt es auch noch die sogenannten Semi-passiven bzw. Batterie-unterstützten Tags. Sie verfügen über eine eigene Stromquelle, die jedoch nur für die Stromversorgung des Chips verwendet wird. Die Signalübertragung erfolgt wie bei passiven Tags, wobei die gesamte Energie des Reader-Signals für das Antwortsignal des Tags zur Verfügung steht. Dadurch ist die Reichweite von semi-passiven Tags höher als die von rein passiven Tags. Die Kosten liegen bei etwa 1 € [8].

2.3 Reichweite

Für die Reichweite eines RFID-Systems, insbesondere eines passiven System ohne Signalverstärkung, ist die Art der Datenübertragung zwischen Tag und Reader entscheidend [4].

Bei einem Close Coupling System wird der Transponder zur Datenübertragung auf die Oberfläche des Lesegerätes platziert oder in das Lesegerät eingesteckt. Die Reichweite dieser Systeme liegt zwischen 0,1 und 1 cm. Zu den verwendeten Verfahren bei der Datenübertragung gehört die magnetische Kopplung sowie die kapazitive Kopplung.

Eine größere Reichweite bieten Fernkopplungs-Verfahren (remote coupling). Die Systeme arbeiten mit dem Verfahren der induktiven Kopplung (inductive coupling) im niederfrequenten und hochfrequenten Bereich, also zwischen 30 kHz und 30 MHz (vgl. Abschnitt 2.5) und ermöglichen eine Datenübertragung bis zu einer maximalen Reichweite von etwa einem Meter. Die LF- und HF-Frequenzbereiche vereinfachen dabei eine Übertragung auch in der Nähe von Metall und Flüssigkeiten.

Für Langreichweiten-Verbindungen (long range) wird eine elektromagnetische Backscatter- Kopplung (propagation coupling) verwendet. Die Systeme arbeiten meist im hochfrequenten und Mikrowellenbereich (zwischen 433 MHz und 5,6 GHz). Durch die kürzeren Wellenlängen sind weitaus kleinere und effizientere Antennenbauweisen möglich und die Reichweite steigt auf mehrere Meter [4]. Probleme bei der Erfassung der Tags bereiten die verwendeten Frequenzbereiche: UHF-Signale können an metallenen Oberflächen abprallen und werden von Wasser gar absorbiert. Diesem Problem kann man inzwischen begegnen, indem man einen ausreichend großen Luftzwischenraum zwischen dem Tag und der entsprechenden Oberfläche schafft [6]. So hat z.B. die Firma Paxar kürzlich das "Space Tag" entwickelt. Dieses RFID-Haftetikett mit Barcode-Aufdruck verfügt über eine drei bis acht Millimeter dicke Zwischenlage aus wasserfreiem Schaumstoff, um so Irritationen des Tags zu verhindern [9].

2.4 Beschreibbarkeit

Hinsichtlich der Beschreibbarkeit unterscheidet man nicht beschreibbare Transponder, bei denen die Informationen schon bei der Herstellung auf dem Chip gespeichert werden und auch später nicht mehr verändert werden können und beschreibbare Transponder, deren Dateninhalt durch den Reader verändert werden kann. Die wichtigsten Verfahren für die Speicherung sind EEPROM (electrically erasable programmable read only memory), FRAM (ferromagnetic random access memory) und SRAM (static random access memory) [4].

Die weit verbreiteten EEPROM-Chips haben gegenüber den FRAMs den Nachteil, dass der Schreibzugriff relativ langsam ist und viel Leistung benötigt. Bei statischen RAMs können gegenüber den beiden anderen Verfahren die gespeicherten Daten nicht dauerhaft ohne Stromversorgung erhalten werden. Diese benötigen also eine zusätzliche Stromquelle.

2.5 Frequenz

Hinsichtlich der Betriebsfrequenz, also der Frequenz, auf der Reader und Transponder kommunizieren, unterscheidet man zwischen niederfrequenten (low frequency, LF, 30 bis 300 kHz), hochfrequenten (high frequency, HF, 3 bis 30 MHz), ultrahochfrequenten (ultra high frequency, UHF, 300 MHz bis 3 GHz) und Mikrowellen-Systemen (über 3 GHz) [4].

[...]


[1] Spannungserzeugung in einer Spule durch zeitlich veränderliche elektrische und magnetische Felder [7]

Ende der Leseprobe aus 25 Seiten

Details

Titel
E-Business - Einsatz von RFID-Chips
Hochschule
Universität Trier  (Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik II)
Veranstaltung
Seminar E-Business - B2B Business-To-Business
Note
1,3
Autor
Jahr
2006
Seiten
25
Katalognummer
V113814
ISBN (eBook)
9783640150809
ISBN (Buch)
9783640156382
Dateigröße
676 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
E-Business, Einsatz, Seminar, Business-To-Business, RFID, Chip, Auto-ID, Logistik, Tag, Identifizierung, B2B
Arbeit zitieren
Matthias Kirschner (Autor), 2006, E-Business - Einsatz von RFID-Chips, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/113814

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