Wie Indoor-Asset-Tracking-Anwendungen RFID-Technologie nutzen

　　RFID-Technologie ist nicht die einzige Lösung für Positionierungsanwendungen in Innenräumen. Als Teil eines multitechnologischen Systems ist es jedoch eine sehr effektive Lösung.

　　RFID-Tags haben eine lange Geschichte, die bis zu den Transpondersystemen zurückreicht, die im Zweiten Weltkrieg von Militärflugzeugen verwendet wurden, um "Freund von Feind" zu unterscheiden. Seitdem wird RFID in Vermögensidentifikationssystemen eingesetzt. Kürzlich wurde es als Echtzeit-Lösung für Indoor-Positionierung auf den Markt gebracht. Dieser Artikel erläutert kurz, wie RFID funktioniert, wie es zur Indoor-Asset-Verfolgung angewendet werden kann und Vergleiche mit anderen ähnlichen Technologien vorliegt.

　　01Wie RFID funktioniert

　　Ein RFID-System, also die Funkfrequenzidentifikation, besteht aus zwei Teilen: einem Transponder (oder Tag), der Daten enthält, die per RF ausgelesen werden können; Ein Vernehmer (oder Leser/Autor) kann Daten vom Weiterleitungsbeauftragten lesen.

　　Die spezifische Kommunikationsweise zwischen diesen beiden Teilen (bekannt als "Kopplungsmechanismus") bestimmt die Abdeckung, Komplexität und Kosten des Systems. (Hier bezeichnet "Kopplung" die Informationsübertragung zwischen dem Tag und dem Leser/Schreiber.) Derzeit gibt es drei Kopplungsmechanismen auf dem Markt: induktive Kopplung, kapazitive Kopplung und Backscatter-Kopplung.

　　Induktive Kopplung

　　Seit der Entwicklung der RFID-Technologie existiert die induktive Kopplung, wobei damals Systeme große Tags mit komplexen Antennenmechanismen umfassten, die hauptsächlich zur Verfolgung großer Objekte (wie Autos und Rinder) verwendet wurden. Induktiv gekoppelte Tags extrahieren Informationen aus dem vom Leser erzeugten Magnetfeld und modulieren es. Der Leser misst Radiowellen anhand von Tags und entschlüsselt sie in Daten. Die in diesen Systemen verwendeten Magnetfelder sinken rapide, sodass der effektive Erkennungsbereich der induktiven Kopplung etwa 1 cm bis 1 m beträgt.

　　Kapazitive Kopplung

　　Als große Sensorsysteme die einzige Option auf dem Markt wurden, wurden kapazitive Kopplungssysteme entwickelt, um die Kosten und Größe von RFID zu senken. Der leitfähige Chip wird bei Lesegeräten und Beschriftungen verwendet, um Kapazitäts- und Signaldaten durch Änderung der Kapazität der Schaltung zu erzeugen. Der Abstand zwischen diesen Systemen ist sehr gering (1 cm), und die Patch-Ausrichtung ist wichtig, sodass typische Anwendungen das Einstecken von ID-Karten in den Leser erfordern. Während Induktorschaltungen schrumpfen, schrumpft auch der Markt für begrenzte Kondensatorsysteme.

　　Tatsächlich verwenden die meisten RFID-Systeme derzeit irgendeine Form der kapazitiven Kopplung. Sie werden jedoch weiterhin von der Intensität des entfernten Magnetfeldes beeinflusst. Um eine Fernkommunikation zu erreichen, müssen RFID-Systeme höherfrequente Signale verwenden und auf elektromagnetische Signale von elektrischen Quellen zurückgreifen

　　Rückstreukopplung

　　Rückstreukopplung ist ein Modell nach dem Radarprinzip. Der Leser sendet UHF- oder Mikrowellensignale, die beim Kontakt mit dem Ziel reflektiert werden und die Zielinformationen zurückübertragen. Dies basiert auf den räumlichen Ausbreitungsgesetzen elektromagnetischer Wellen mit einer Erkennungsreichweite von mehr als 1 mm. Natürlich hängt es vom Anwendungsfall ab, ob die Erweiterung des Erkennungsbereichs ein Vorteil oder Nachteil ist.

　　02Arten von RFID-Tags

　　Der RFID-Markt wird nach der Stromversorgungsmethode der RFID-Tags kategorisiert. Ob ein Tag über Bordstrom verfügt, beeinflusst Größe, Preis, Lesereichweite und ob er zusätzliche Sensoren unterstützen kann.

　　Passive Bezeichnungen

　　Passive Tags haben keine interne Stromversorgung. Sie reagieren, indem sie einige Informationen aus dem Signal des Lesers aufnehmen. Das macht sie billig, langlebig und geräuschlos (im Funk-Spektrum). Aufgrund des Mangels an konsistenten Daten können sie nicht zum Schreiben und Speichern von Sensordaten verwendet werden. Sie haben einen geringeren Datenauswahlbereich und benötigen leistungsstarke, kostenintensive Leser und Autoren.

　　Halbpassive Bezeichnungen

　　Halbpassive Etiketten (auch bekannt als "halbaktive" und "Batterieassistenz"-Etiketten) haben eine integrierte Batterie. Wie passive Tags senden sie nur, wenn ein Signal vom Leser und Schreiber kommt. Die Batterie kann sowohl den Sensor als auch die Antenne mit Strom versorgen. Halbpassive Tags ermöglichen es, mehr Signale an den Leser/Schreiber zu reflektieren, was eine längere Lese-/Schreibdistanz als passive Tags ermöglicht. Sie sind größer und teurer als passive Tags und haben eine begrenzte Akkulaufzeit.

　　Aktive Tags

　　Aktive Tags verfügen über eine lokale Stromquelle (wie eine Batterie oder Photovoltaik) und können eigene Signale senden. Obwohl sie als Tags definiert sind, verlassen sie sich technisch gesehen nicht darauf, Signale vom Leser zu empfangen und zu modulieren. Stattdessen handelt es sich um Kurzstreckenfunkgeräte. Aus operativer Sicht ist diese Unterscheidung vielleicht nicht so wichtig, daher konzentrieren wir uns auf den Markt und beziehen sie hier ein. Im Vergleich zu passiven und halbpassiven Tags haben aktive Tags eine größere Erkennungsreichweite (bis zu 1 Kilometer), eine größere Speicherkapazität, -größe und höhere Kosten und können mit schwächeren Lesern und Autoren funktionieren.

　　03Asset-Tracking mittels RFID-Technologie

　　Bevor man die Vorteile von RFID als Asset-Tracking-Technologie bewertet, ist es notwendig, die Bedeutung von "Tracking" zu klären. RFID wurde von Anfang an für die Asset-Tracking im Sinne von Tabellenkalkulationen verwendet. Es macht es einfach, nahegelegene Orte zu identifizieren und zu erfassen. Wenn Ihr Ziel ist, sicherzustellen, dass alle Waggons, die Gate A passieren, auch durch Gate B fahren oder zu überprüfen, ob Mitarbeiter das Gebäude betreten, dann ist RFID eine ausgezeichnete Lösung, die gründlich getestet und validiert wurde.

　　In diesen Anwendungsfällen konkurriert RFID am direktesten mit Barcodes oder QR-Codes. Es hat einen klaren Vorteil, indem es Lesen und Schreiben aus der Ferne ermöglicht. Aktive oder halbpassive RFID-Tags können wertvolle Sensorinformationen liefern. Leser in Kombination mit passiven Tags hingegen sind nicht billig, während halb-passive Tags sehr teuer sind und eine begrenzte Lebensdauer haben.

　　Eine anspruchsvollere Art der Verfolgung ist das Erlernen des Echtzeitstandorts des Tracking-Assets. Obwohl dies ein relativ neuer RFID-Anwendungsfall ist, gibt es bereits viele kommerzielle Lösungen auf dem Markt.

　　Diese Programme funktionieren auf unterschiedliche Weise. Einige Lösungen verwenden reines RFID zur Objektidentifikation, verwenden aber auch eine andere Technologie zur Entfernungsmessung. Fast alle, die vollständig auf RFID angewiesen sind, verwenden aktive RFID-Tags. Obwohl einige Studien passive RFID-Tags verwendet haben, haben die Kosten für passive Tag-Leser und die begrenzte Erkennungsreichweite des Systems verhindert, dass sie kommerziell eingesetzt werden

　　Echtzeit-Ortungssysteme (RTLS) mit aktiven RFID-Tags leisten bessere Leistungen als konkurrierende Technologien wie Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), WiFi, Ultraschall und Ultra-Breitband (UWB). RFID basiert hauptsächlich auf dem LANDMARC-System, das den Standort bestimmt, indem es das RSS aktiver Tags mit dem RSS von Referenztags an bekannten Standorten vergleicht.

　　RFID hat einen größeren Erkennungsbereich als BLE. Im Vergleich zu den 70 Metern von BLE kann es 1 Kilometer im Freien zurücklegen. Dies mag in ungehinderten Innenräumen (wie Wänden oder Böden) weniger kritisch sein, aber in Lagerhäusern oder Scheunen ermöglicht der Erkennungsbereich aktiver RFID-Tags Unternehmen, weniger Leser und Schreiber zu verwenden, wodurch Kosten gesenkt und potenzielle Ausfälle minimiert werden.

　　RFID als Asset-Tracking-Lösung hat ebenfalls einige Nachteile. Wie alle RF/RSSI-basierten Lösungen hat sie Schwachstellen. Da HF-Signale Wände durchdringen können, ist es schwierig zu bestimmen, aus welchem Raum das Signal kommt. Die hohe Bandbreite, die von aktiven Trackern (insbesondere entfernten Trackern) genutzt wird, ist sehr anfällig für Störungen. Außerdem sind Etiketten und Lesegeräte im Vergleich zu BLE deutlich teurer.

　　RFID hat als Teil des gesamten Hybridsystems enorme Erfolge erzielt. Sie bietet eine zuverlässige Identifikation und kann als ergänzende Technologie zu Positionsinformationssystemen dienen, die auf Ultraschall-, Infrarot- oder Ultrabreitband basieren

　　Fazit

　　Derzeit kann RFID-Technologie keine unabhängige Lösung für die Innenraumpositionierung bieten. In dieser Hinsicht ist es nicht die einzige Option. Als Teil eines multitechnologischen Systems hat RFID jedoch jahrzehntelange zuverlässige Identifikationsgeschichte in die Innenpositionierung gebracht.