Erste Schritte mit RFID

Ein UHF RFID-System besteht aus drei Teilen: einem Lesegerät, einer oder mehreren Antennen und Tags. Das Lesegerät erzeugt ein 920–925 MHz Funksignal und sendet es über die Antenne. Wenn ein passiver Tag in das Feld der Antenne eintritt, gewinnt er Energie aus der Funkwelle, um seinen winzigen Mikrochip mit Strom zu versorgen (typischerweise werden nur ~10 Mikrowatt benötigt). Der Chip moduliert dann das eingehende Signal und streut es zurück – im Wesentlichen reflektiert er eine modifizierte Version zurück. Dieses reflektierte Signal trägt den eindeutigen Electronic Product Code (EPC) des Tags.

Der gesamte Lesezyklus – von der Übertragung der Abfrage bis zum Empfang der Antwort des Tags – dauert etwa 1–3 Millisekunden. Dies ermöglicht es einem einzelnen Lesegerät, über das EPC Gen2 Anti-Kollisionsprotokoll 200+ Tags pro Sekunde zu inventarisieren. Der Signalverlust auf dem Hin- und Rückweg ist erheblich (-40 bis -80 dB), weshalb die Sendeleistung des Lesegeräts (typischerweise 30 dBm / 1 Watt) und die Empfindlichkeit des Tag-Chips (bis zu -22 dBm) so wichtige Spezifikationen sind.

RFID erstreckt sich über mehrere Frequenzbänder, aber UHF (860–960 MHz) dominiert kommerzielle Anwendungen, da es das beste Gleichgewicht zwischen Lesereichweite, Geschwindigkeit und Tag-Kosten bietet. LF (125 kHz) liest innerhalb von 10 cm bei ~1 Tag/Sek. – gut für die Tierverfolgung, aber zu langsam für die Logistik. HF/NFC (13,56 MHz) erreicht ~1 m bei ~50 Tags/Sek. – ideal für Zahlungen und Zugangskarten. UHF erreicht 1–12+ Meter bei 200+ Tags/Sek. – ideal für Lieferketten, Einzelhandel und Asset-Tracking.

Innerhalb des Vietnam 920–925 MHz-Bands verwenden Lesegeräte Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) über mehrere Kanäle. Die Formel lautet: Frequenz = 920,0 + (channel_index × 0,5) MHz. Eine typische Konfiguration verwendet 6 Kanäle [0, 2, 4, 6, 8, 10], die sich von 920,0 bis 925,0 MHz erstrecken, um eine maximale Kanaltrennung zu erreichen.

Channel Index → Frequency (MHz)   Formula: f = 920.0 + (idx × 0.5)

Ch 0  → 920.0    Ch 4  → 922.0    Ch 8  → 924.0
Ch 1  → 920.5    Ch 5  → 922.5    Ch 9  → 924.5
Ch 2  → 921.0    Ch 6  → 923.0    Ch 10 → 925.0
Ch 3  → 921.5    Ch 7  → 923.5

Typical: use [0, 2, 4, 6, 8, 10] for max channel separation

Jeder UHF RFID-Tag hat zwei wesentliche Komponenten: ein Antennenmuster (geätzt oder gedrucktes Aluminium auf einem PET-Substrat) und einen Mikrochip (IC). Die Antenne empfängt das Signal des Lesegeräts, und der Chip verarbeitet Befehle und gibt Daten zurück. Die Chip-Empfindlichkeit ist die Mindestleistung, die der Chip zum Aktivieren benötigt – ein Chip mit einer Nennleistung von -22,1 dBm kann mit nur ~6,3 Mikrowatt aufwachen. Niedriger (negativer) = bessere Empfindlichkeit = größere Lesereichweite.

Häufige Chipfamilien sind: NXP UCODE 9 (-22,1 dBm, 128-Bit EPC, kein Benutzerspeicher – dominant im Einzelhandel), Impinj M700-Serie (-22,1 dBm, 128-Bit EPC – stark in der Logistik) und Quanray QStar-7U (-21,0 dBm, 128-Bit EPC, 512-Bit Benutzerspeicher – ideal, wenn Sie Daten direkt auf dem Tag speichern müssen).

Tag-Formfaktoren: Dry Inlays (roher Tag auf PET, 3–8 ¢, zum Umwandeln in Etiketten), Wet Inlays (mit Klebstoff, 5–12 ¢, gebrauchsfertig), Aufkleberetiketten (bedruckbar, 8–25 ¢, mit Branding), Hard Tags (1–15 $, robust für raue Umgebungen) und gewebte/Stoffetiketten (15–40 ¢, in Kleidungsstücke eingenäht). Nextwaves stellt Dry Inlays von 35×17 mm bis 95×8 mm und Aufkleberetiketten in passenden Größen her.

EPCglobal Gen2 (ISO 18000-6C) regelt, wie UHF-Reader mit Tags kommunizieren. Die wichtigste Innovation ist der Slotted-ALOHA-Anti-Kollisions-Algorithmus, der es einem Reader ermöglicht, Hunderte von Tags gleichzeitig zu inventarisieren, ohne dass diese sich gegenseitig stören.

So funktioniert eine Inventurrunde: Der Reader sendet eine Abfrage mit dem Parameter Q (Erstellung von 2^Q Zeitschlitzen). Jeder Tag wählt einen zufälligen Slot und wartet. Wenn der Slot eines Tags eintrifft, antwortet er mit einer 16-Bit-Zufallszahl. Wenn nur ein Tag antwortet, bestätigt der Reader und empfängt den vollständigen EPC. Wenn mehrere Tags kollidieren, überspringt der Reader diesen Slot. Nach allen Slots wird Q angepasst – nach oben, wenn zu viele Kollisionen, nach unten, wenn zu viele leere Slots – und die Runde wiederholt sich.

Praktische Q-Einstellungen: Q=2 (4 Slots) für 1–5 Tags, Q=4 (16 Slots) für 5–20 Tags, Q=5 (32 Slots) für 20–100 Tags, Q=6 (64 Slots) für 100–500 Tags, Q=7 (128 Slots) für 500+ Tags. Höheres Q bedeutet weniger Kollisionen, aber langsamere Runden.

Die Sitzungsbeständigkeit steuert, wie lange sich ein Tag daran erinnert, dass er bereits gelesen wurde. Sitzung S0 wird sofort zurückgesetzt (für die kontinuierliche Überwachung). S1 bleibt 0,5–5 Sekunden bestehen (Standardinventur). S2/S3 bleiben ≥2 Sekunden bestehen (Docktüren und Förderbänder, bei denen Sie möchten, dass jeder Tag einmal pro Durchgang gezählt wird). Faustregel: Verwenden Sie S0 für die Regalüberwachung, S2/S3 für Portale.

Tag Count → Q Value → Slots → Use Case

  1-5       Q=2       4       fast, low overhead
  5-20      Q=4       16      good balance
  20-100    Q=5       32      warehouse shelves
  100-500   Q=6       64      pallet scanning
  500+      Q=7       128     dock doors, bulk

Higher Q = fewer collisions but slower rounds

Jeder Gen2-Tag hat 4 Speicherbänke. Reserved (Bank 00): Kill-Passwort + Zugriffspasswort, insgesamt 64 Bit. EPC (Bank 01): CRC-16 + Protocol Control Word + Ihr EPC-Identifier, typischerweise 96–128 Bit. TID (Bank 10): Werkseitig gebrannte eindeutige Chip-ID, die niemals geändert werden kann – von unschätzbarem Wert für die Fälschungssicherheit. User (Bank 11): Optionaler benutzerdefinierter Datenspeicher (0 bis 512+ Bit, abhängig vom Chip), nützlich für Chargennummern, Inspektionsdaten oder Sensordaten.

Wenn ein Lesegerät Tags inventarisiert, enthält jede Benachrichtigung: Antennen-ID (welcher Port), RSSI-Rohwert (0–255, umrechnen in dBm über: dBm = -100 + round(raw × 70 / 255)), die EPC-Daten (12+ Bytes) und den Frequenzkanalindex. Diese Daten verarbeitet Ihre Anwendung, um physische Tag-Lesungen Geschäftsvorfällen wie 'Artikel versandt' oder 'Palette empfangen' zuzuordnen.

[ANT] [RSSI] [EPC ×12 bytes ..................] [CH]
 01    B4     30 34 25 7B F7 19 4E 40 00 00 1A 85  06

Antenna:  1 (port 1)
RSSI:     180 → dBm = -100 + round((180×70)/255) = -51 dBm
EPC:      3034257BF7194E4000001A85 (SGTIN-96)
Channel:  6 → 920.0 + (6×0.5) = 923.0 MHz
GTIN-14:  80614141123458  Serial: 6789

Hier ist eine praktische Checkliste für die Einrichtung Ihres ersten RFID-Systems mit spezifischen Anleitungen für jeden Schritt.

Input:  GTIN-14=08600000232451  Serial=1001  Prefix=7 digits
Output: 30 14 1A 80 0E 98 78 00 00 00 03 E9  (12 bytes)