Erste Schritte mit RFID

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

Der gesamte Lesezyklus – vom Senden der Abfrage bis zum Empfang der Antwort des Tags – dauert etwa 1–3 Millisekunden. Dies ermöglicht es einem einzelnen Lesegerät, mehr als 200 Tags pro Sekunde unter Verwendung des EPC Gen2 Anti-Kollisionsprotokolls zu erfassen. Der Signalverlust auf dem Hin- und Rückweg ist erheblich (-40 bis -80 dB), weshalb die TX-Leistung des Lesegeräts (typischerweise 30 dBm / 1 Watt) und die Empfindlichkeit des Tag-Chips (bis zu -22 dBm) so kritische Spezifikationen sind.

RFID deckt mehrere Frequenzbänder ab, 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 Lieferkette, Einzelhandel und Asset-Tracking.

Innerhalb des vietnamesischen 920–925 MHz-Bandes verwenden Lesegeräte Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) über mehrere Kanäle. Die Formel lautet: Frequenz = 920,0 + (Kanalindex × 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 gewährleisten.

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 besteht aus zwei wesentlichen Komponenten: einer Antennenstruktur (geätztes oder gedrucktes Aluminium auf einem PET-Substrat) und einem Mikrochip (IC). Die Antenne erfasst das Signal des Lesegeräts und der Chip verarbeitet Befehle und gibt Daten zurück. Die Chip-Empfindlichkeit ist die Mindestleistung, die der Chip zur Aktivierung benötigt – ein Chip mit einer Nennleistung von -22,1 dBm kann mit nur ~6,3 Mikrowatt aktiviert werden. Niedriger (negativer) = bessere Empfindlichkeit = größere Lesereichweite.

Zu den gängigen Chip-Familien gehören: NXP UCODE 9 (-22,1 dBm, 128-Bit EPC, kein Benutzerspeicher – dominierend 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 Daten direkt auf dem Tag gespeichert werden müssen).

Tag-Formfaktoren: Dry Inlays (roher Tag auf PET, 3–8 Cent, zur Weiterverarbeitung zu Etiketten), Wet Inlays (mit Klebstoff, 5–12 Cent, gebrauchsfertig), Sticker-Etiketten (bedruckbar, 8–25 Cent, mit Branding), Hard Tags (1–15 $, robust für raue Umgebungen) und gewebte/Stoff-Etiketten (15–40 Cent, in Kleidungsstücke eingenäht). Nextwaves fertigt Dry Inlays von 35×17 mm bis 95×8 mm und Sticker-Etiketten in passenden Größen.

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

So funktioniert eine Inventurrunde: Der Reader sendet einen Query mit dem Parameter Q (wodurch 2^Q Zeitslots entstehen). Jedes Tag wählt einen zufälligen Slot und wartet. Wenn der Slot eines Tags erreicht ist, antwortet es mit einer 16-Bit-Zufallszahl. Wenn nur ein Tag antwortet, sendet der Reader ein ACK und empfängt den vollständigen EPC. Wenn mehrere Tags kollidieren, überspringt der Reader diesen Slot. Nach allen Slots wird Q angepasst – nach oben bei zu vielen Kollisionen, nach unten bei zu vielen leeren Slots – und die Runde wird wiederholt.

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. Ein höheres Q bedeutet weniger Kollisionen, aber langsamere Runden.

Die Session-Persistenz steuert, wie lange ein Tag speichert, dass es bereits gelesen wurde. Session S0 wird sofort zurückgesetzt (für kontinuierliche Überwachung). S1 bleibt 0,5–5 Sekunden bestehen (Standard-Inventur). S2/S3 bleiben ≥2 Sekunden bestehen (Verladetore und Förderbänder, bei denen jedes Tag einmal pro Durchgang gezählt werden soll). Faustregel: S0 für Regalüberwachung, S2/S3 für Portale verwenden.

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

Jedes Gen2-Tag hat 4 Speicherbanken. Reserved (Bank 00): Kill-Passwort + Access-Passwort, insgesamt 64 Bit. EPC (Bank 01): CRC-16 + Protocol Control Word + Ihre EPC-Kennung, typischerweise 96–128 Bit. TID (Bank 10): Werkseitig eingebrannte, eindeutige Chip-ID, die niemals geändert werden kann – unschätzbar wertvoll für den Fälschungsschutz. User (Bank 11): Optionaler benutzerdefinierter Datenspeicher (0 bis 512+ Bit je nach Chip), nützlich für Chargennummern, Inspektionsdaten oder Sensordaten.

Wenn ein Reader Tags erfasst, enthält jede Benachrichtigung: Antennen-ID (welcher Port), RSSI-Rohwert (0–255, Umrechnung in dBm über: dBm = -100 + round(raw × 70 / 255)), die EPC-Daten (12+ Bytes) und den Frequenzkanal-Index. Diese Daten verarbeitet Ihre Anwendung, um physische Tag-Lesevorgänge Geschäftsereignissen 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)