Wie kommunizieren RFID-Tags mit Lesegeräten?

 

Passive Tags werden mit gewonnener HF-Energie betrieben. Das Lesegerät sendet eine Dauerwelle mit 902-928 MHz in Nordamerika und 865-868 MHz in Europa. Die Tag-Antenne nimmt einen Bruchteil dieser Leistung auf – genug, um einen Chip zu betreiben, der vielleicht 15–20 Mikrowatt verbraucht. Der Chip moduliert seine Antennenimpedanz, um das Signal mit codierten Daten zurückzureflektieren. Das ist Rückstreuung.

Daniel Dobkin behandelte die Link-Budget-Berechnung bereits 2007 in „The RF in RFID“. Das Buch ist immer noch das Nachschlagewerk, das die meisten Integratoren verwenden. Die passive UHF-Lesereichweite beträgt im Freien etwa 10–15 Meter. Echte Bereitstellungen sehen weniger.

Die Tag-zu--Leserkommunikation verwendet entweder FM0- oder Miller-Kodierung auf einem Unterträger. Der Leser-zu-Tag verwendet PIE. Die Gen2-Spezifikation von GS1 EPCglobal definiert die gesamte Luftschnittstelle. Version 2 fügte einige Sicherheitsfunktionen hinzu, die fast niemand nutzt, weil die Chips mehr kosten.

 

 

Das Frequenz-Chaos

 

FCC Teil 15 gibt RFID 902-928 MHz bei bis zu 4 Watt EIRP mit Frequenzsprung vor. ETSI begrenzt Europa auf 865,6-867,6 MHz bei 2 Watt ERP. Außerdem gibt es unterschiedliche Methoden zur Leistungsmessung – EIRP im Vergleich zu ERP –, was Menschen beim Vergleich von Spezifikationen verschiedener Regionen verwirrt.

China eröffnete 920-925 MHz. Japan erlaubt 916-921 MHz, allerdings mit Anforderungen des Abhörens vor dem Sprechen, die das Design des Lesegeräts erschweren. Ein für den US-Markt gebauter Tag funktioniert in Europa, aber die Antennenabstimmung ist deaktiviert. Sie verlieren ein paar dB. Das ist wichtig, wenn Ihr Linkbudget bereits am Rande ist.

 

13,56 MHz ist anders

 

HF-RFID bei 13,56 MHz nutzt induktive Kopplung, keine Strahlung. Nur Nahfeld-. Das Lesegerät hat eine Spule, das Etikett hat eine Spule, das Magnetfeld verbindet sie innerhalb von vielleicht einem Meter. Das Tag lädt und entlädt seine Spule, um das Signal zu modulieren, das das Lesegerät auf seiner Antenne sieht. ISO 14443 für Proximity-Karten, ISO 15693 für Proximity-Karten. Unterschiedliche Protokolle, unterschiedliche Lesebereiche, unterschiedliche Anwendungsfälle.

NFC ist im Wesentlichen 14443 plus einige Peer-{1}zu-{2}Peer-Modi. Ihr Telefon unterstützt NFC. Ihr Büroausweis lautet wahrscheinlich 14443 oder iCLASS oder DESFire, abhängig davon, wann Ihr Unternehmen das System installiert hat.

LF bei 125-134 kHz ist das gleiche Konzept, aber vielleicht mit einer noch kürzeren Reichweite von . 10 Zentimetern. Wird immer noch für Tiermarken verwendet, da niedrige Frequenzen in das Gewebe eindringen.

 

 

Kollisionen

 

Mehrere gleichzeitig reagierende Tags werden mit Slotted ALOHA in Gen2 verarbeitet. Tags wählen zufällige Slots aus. Der Reader passt den Q-Parameter an die Größe des Rahmens an. Funktioniert gut genug für die Inventur, aber der Durchsatz nimmt schnell ab, wenn Hunderte von Tags im Feld sind und die Hälfte davon falsch ausgerichtet ist.

Die Auburn University hat Daten zur Leserate veröffentlicht, die 1000+ Tags pro Sekunde unter idealen Bedingungen zeigen. Das sieht in einer Lagerhalle niemand.

Die Antikollisionsforschung ist ein ganzes Teilgebiet. Eine Umfrage in Computer Networks aus dem Jahr 2024 listete über 50 Algorithmen auf. Baumbasierte, ALOHA-Varianten, Hybridansätze. Bei den meisten wissenschaftlichen Arbeiten werden reale-Einschränkungen wie Leserkosten und Protokollkompatibilität nicht berücksichtigt.

 

Walmart

 

Walmart begann im Jahr 2020 damit, RFID für Bekleidung vorzuschreiben. Im Jahr 2022 wurde die Einführung auf weitere Kategorien ausgeweitet. Bis zum Herbst 2024 umfasste die Verpflichtung auch Möbel, Heimtierbedarf, Autoteile und eine Reihe anderer Dinge. Das RFID-Labor von Auburn kümmert sich um die Tag-Zertifizierung. Lieferanten, die die Zertifizierung nicht bestehen, können nicht an Walmart liefern.

Die Mandate führten zu einem Rückgang der Inlay-Preise. Das Volumen liegt jetzt unter-vier Cent. Vor ein paar Jahren waren es sieben, acht Cent.

„Der ROI hat sich bewährt“, sagen Walmart-Leute auf Konferenzen. Konkurrenten folgen. Target hat ein eigenes Programm. Amazon verwendet RFID in einigen Logistikzentren, jedoch nicht so öffentlich.

 

Fehlermodi

 

UHF funktioniert in der Nähe von Metallen oder Flüssigkeiten nicht gut. Eine Palette mit Konserven ist schwer zu lesen. Lagerhallen mit Stahlregalen erzeugen Mehrwegestörungen. Bei -Metall-Tag-Designs gibt es-Schaumstoff-Abstandshalter zwischen dem Chip und der Metalloberfläche-, aber sie kosten mehr, das Drei- bis Fünffache eines Standard-Inlays.

Tags sterben. Auburn fand in einer Studie eine DOA- oder Frühversagensrate von 2-3 %. Chips brechen, Antennenanschlüsse brechen, Inlay-Kleber versagt. Einzelhandelsprogramme mit hohem Volumen integrieren dies in ihre Kostenmodelle. Kleinere Benutzer werden überrascht.

 

 

FASTag

 

Indien hat zwischen 2019 und 2023 über 60 Millionen UHF-Windschutzscheiben-Tags für die elektronische Mauterhebung eingesetzt. Tags von mehreren Anbietern, Lesegeräte von mehreren Anbietern, Backend-Integration bei Dutzenden von Mautbetreibern. Meistens funktioniert es. Der Spurdurchsatz ist gestiegen. Die Bargeldabwicklung ist ausgefallen.

China ist bei RFID im Einzelhandel langsamer als vor zehn Jahren vorhergesagt. Regierungsaufträge in den Bereichen Pharma und Tabak. Logistikverfolgung in einigen Sektoren. Aber nicht der Rollout auf Walmart--Art-Artikel--Niveau, der stattfinden sollte.