5 Fakten:Aktive RFID-Technologie und Echtzeit-Ortungssysteme

Wenn es darum geht, Assets jederzeit und überall zu verfolgen und zu überwachen, ist die Implementierung einer Indoor-Positionierungslösung mit aktiver Radiofrequenz-Identifikation (RFID) in die Echtzeit-Ortungssystem-Technologie (RTLS) eilig.

Wieso den? Denn aktives RFID ist in der Tat langlebig und zuverlässig, mit relativ großer Lesereichweite und robuster Datenspeicherkapazität. Darüber hinaus ist es im Allgemeinen erschwinglich und erfordert wenig bis gar kein menschliches Eingreifen.

Einfach ausgedrückt ist RFID eine Form der drahtlosen Kommunikation, die Hochfrequenzwellen mit geringer Leistung verwendet, um Daten zu empfangen und zu übertragen. Und obwohl es zwei Grundtypen gibt - passives und aktives RFID - werden wir uns in unserer Diskussion hauptsächlich auf letzteres konzentrieren, da es vielseitiger für die Echtzeit-Standortverfolgung ist.

Bevor Sie in eine Technologie investieren, ist es natürlich immer eine gute Idee, mehr darüber zu erfahren. Um Ihnen den Einstieg zu erleichtern, haben wir fünf interessante Fakten über RFID zusammengestellt.

1) Die RFID-Technologie hat eine bewegte Geschichte, deren Wurzeln bis zum Aufkommen der Radartechnologie während des Zweiten Weltkriegs zurückreichen.

Obwohl das Konzept der Funkwellen im 19. Jahrhundert mit der ersten Theorie über elektromagnetische Energie auftauchte, kam die RFID-Technologie erstmals während des Zweiten Weltkriegs mit dem Einsatz von Radar auf den Markt, um vor weit entfernten Flugzeugen zu warnen. Aber in ihrer frühesten Form hatte diese Technologie keine Möglichkeit herauszufinden, wem diese Flugzeuge gehörten.

Entschlossen, diese Herausforderung zu meistern, starteten die Briten ein geheimes Forschungs- und Entwicklungsprojekt, das zur ersten aktiven Identifizierung von Freund oder Feind führte (IFF)-System. Ähnlich wie die heutige RFID-Technologie nutzte sie die Funkwellenübertragung, um befreundete Flugzeuge zu identifizieren - eine bahnbrechende Erfindung, die immer noch von militärischen und zivilen Flugsicherungsoperationen verwendet wird.

In den 1950er und 60er Jahren gab es mehr als nur ein paar Fortschritte bei Radar- und Hochfrequenzkommunikationssystemen, einschließlich der Forschung zur Verwendung von HF-Energie zur Fernidentifizierung von Objekten. 1973 erhielt der amerikanische Erfinder Mario Cardullo angeblich das erste US-Patent für einen aktiven RFID-Tag mit wiederbeschreibbarem Speicher.

Ungefähr zur gleichen Zeit begannen die Los Alamos National Laboratories mit der Arbeit an einem System zur sicheren Verfolgung des Transports von Nuklearmaterial – eine Erfindung, die auf Ersuchen des US-Landwirtschaftsministeriums für die Verfolgung von Rindern überarbeitet wurde.

Diese Entwicklungen ebneten den Weg für den Einsatz von RFID-Technologie in den 1980er und 90er Jahren, um so weit entfernte Aktivitäten wie die Erhebung von Straßenmautgebühren und die Überwachung von Eisenbahnwaggons durchzuführen.

Als das Internet der Dinge (IoT) in den späten 1990er Jahren auf dem Vormarsch war, nahm auch der allgegenwärtige Einsatz von aktivem RFID für Echtzeit-Ortungssysteme zu, mit mehr als 1.000 eingereichten Patenten bis zum Jahr 2000. Und laut Zion Market Research ist die weltweite Der Markt für RFID-Ausrüstung wird voraussichtlich boomen und bis 2022 mehr als 25 Milliarden US-Dollar erreichen.

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Weiterführende Literatur:Technologien zur Standortbestimmung von Vermögenswerten und der Auswahlprozess

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2) Aktive RFID-Systeme können sich zwar in Bezug auf Gerätetyp und Komplexität unterscheiden, sie haben jedoch alle mindestens drei Hardwarekomponenten:Lesegeräte, Antennen und Tags.

Der beste Weg, um zu verstehen, wie ein aktives RFID-System funktioniert, besteht darin, seine Hardwarekomponenten im Kontext des menschlichen Körpers zu betrachten.

Aktive RFID-Lesegeräte

Der Leser – oder Vernehmer, wie er manchmal genannt wird – ist das Gehirn der Operation, indem es Funkwellen sendet und empfängt, um mit einem aktiven RFID-Tag zu kommunizieren.

Dabei verwendet es typischerweise eine oder mehrere Antennen zusammen mit einer Softwareanwendung - allgemein als Middleware bezeichnet -, die Informationen vom Lesegerät an das System überträgt, wo sie verarbeitet werden. Meistens gibt es RFID-Lesegeräte in einem von zwei verschiedenen Formfaktoren:fest und mobil.

Wie der Name schon sagt, fixiert Leser bleiben an einem Ort, wo sie normalerweise an Wänden, in Portalen oder an einer anderen für die Lesezone geeigneten Struktur montiert werden.

Da sie im Allgemeinen externe Antennen benötigen, um aktive Tags genau zu lesen, verfügen sie über externe Ports zum Anschließen einer oder mehrerer zusätzlicher Antennen, abhängig vom erforderlichen Abdeckungsbereich.

Andererseits mobil RFID-Lesegeräte sind besonders kompakte Handheld-Geräte, bei denen die Antenne entweder integriert oder extern angebracht ist. Sie sind für ihre Flexibilität bekannt und können so ziemlich überall montiert oder getragen werden, während sie immer noch mit einem Host-Computer oder Smart-Gerät kommunizieren.

Aktive RFID-Tags

Batteriebetriebene Tags dienen als Herz eines aktiven RFID-Systems. Wenn sie an einem Objekt befestigt werden, senden sie kontinuierlich ihre eigenen Signale aus – ähnlich wie das Herz Blut durch den Körper pumpt, um seine Organe am Laufen zu halten.

Aktive Tags verwenden diese Signale jedoch, um den Standort des Assets in Echtzeit zu verfolgen und gleichzeitig Informationen mit sehr hoher Geschwindigkeit aufzuzeichnen. Aus diesem Grund eignen sie sich besonders gut für die Überwachung wertvoller Assets unterwegs.

Derzeit gibt es diese Tags in verschiedenen Größen und Formen und haben in der Regel eine Batterielebensdauer von einigen Jahren. Sie haben auch eine große Lesereichweite (mehr als 300 Fuß); erfordern keine Sichtlinie; und kann über die einfache Positionierung hinaus Daten generieren, wie z. B. Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit. Auf der anderen Seite können die Kosten zwischen 5 $ und bis zu 20 $ pro Tag variieren.

Aktive RFID-Antennen

Und schließlich sind RFID-Antennen analog zu den Arterien und Venen des Körpers, die Blut zum und vom Herzen transportieren. Vor diesem Hintergrund werden sie verwendet, um das Abfragesignal des Lesegeräts zu übertragen, um das Tag „aufzuwecken“, das dann über die Antenne ein eindeutiges Identifikationssignal an das Lesegerät zurücksendet.

Antennen gibt es in verschiedenen Größen und Ausführungen, abhängig von einer Vielzahl von Faktoren. Zunächst einmal sind die Umgebungsbedingungen (Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit) entscheidend, ebenso wie der Ort, an dem die Antenne montiert wird (drinnen oder draußen). Ebenso wichtig ist die Lesereichweite. Durch Vergrößern der Antenne können Sie beispielsweise die Lesereichweite erhöhen.

3) Es gibt drei Arten von aktivem RFID:Beaconing, Transponder und Intelligent.

Aktives RFID gibt es in drei unterschiedlichen Typen, die sich wiederum für unterschiedliche Anwendungsfälle eignen. Hier sind die Grundlagen jedes Typs...

Beaconing-Technologie

Die bei weitem gebräuchlichste Art, RFID zu beaconen, ist ein relativ einfaches System, bei dem batteriebetriebene Tags eine verschlüsselte Identifikationsnachricht mit einer Geschwindigkeit von irgendwo zwischen 100 Millisekunden bis alle fünf Sekunden senden.

Aufgrund der geringen Kosten und Energieeffizienz verwendet es größtenteils die Bluetooth Low Energy (BLE)-Technologie - obwohl es einige proprietäre Technologien auf dem Markt gibt, die genauso gut funktionieren.

Die Kosten für Tags liegen zwischen 5 US-Dollar (für einfaches Beaconing) und 100 US-Dollar (für die Hochleistungsvariante), während die mit der Datenübertragung verbundenen Kosten je nach Status des Lesegeräts variieren. Beaconing RFID-Systeme sind am kosteneffektivsten, wenn das Lesegerät nur dann Daten überträgt, wenn sich das Tag bewegt, was die Menge der übertragenen Informationen verringert.

Transponder

Automatisierte Mauterhebungssysteme sind ein gutes Beispiel für die Umsetzung von aktivem RFID. Im Wesentlichen basieren diese Systeme auf einem passiven Lesegerät, einer Antenne und einem aktiven, batteriebetriebenen Transponder oder Tag, der am Fahrzeug angebracht ist und keine Funksignale sendet, aber empfängt.

Wenn das Auto in eine Sammelspur einfährt, sendet der passive Leser ein Signal aus, das den aktiven Transponder „aufweckt“, der dann eine eindeutige Seriennummer an einen zentralen Computer sendet, wo sie gespeichert wird, um die Zahlung aufzuzeichnen.

Diese Hybridfunktionalität verlängert nicht nur die Batterielebensdauer auf etwa 10 Jahre oder mehr, sondern erfordert auch eine minimale Infrastruktur. Und obwohl diese Art von aktivem RFID zum Mauterhebungsstandard geworden ist, kann es auch für andere Lösungen zur Standortbestimmung von Vermögenswerten verwendet werden, die keine großen Lesereichweiten oder ständige Verfolgung erfordern.

Intelligentes RFID

Intelligentes RFID ist auch eine Art Hybrid, das Beaconing und transponding aktives RFID kombiniert. In diesem Szenario sollen intelligente aktive RFID-Tags in festgelegten Intervallen aufwachen und ihre Umgebung nach nahegelegenen Fixpunkt-Beacons scannen, mit denen sie ihren Standort berechnen (die „intelligente“ Funktion). Dann senden die Tags diese Daten zurück an das Lesegerät.

Diese intelligenten aktiven RFID-Systeme sind aus einigen zwingenden Gründen deutlich kostengünstiger als Beaconing-RFID. (Tatsächlich waren wir bei Link Labs von diesen Vorteilen so beeindruckt, dass wir unser AirFinder-Echtzeitortungssystem von Beaconing auf intelligentes RFID umgestellt haben, um die Kosten für unsere Kunden zu senken.)

Zunächst einmal sind diese Systeme ortsgenauer und weniger infrastrukturlastig, während sie auch wenig bis gar keine IT-Integration erfordern. Ebenso sind die einzigen Daten, die sie über das Back-End übertragen, Asset-Standort und Zustandsänderungen. Natürlich erhöht die reduzierte Datenlast die Akkulaufzeit des Tags erheblich.

4) Ein RFID-System sendet auf drei Grundfrequenzen innerhalb des elektromagnetischen Spektrums:niedrig, hoch und ultrahoch.

Low Frequency (LF) RFID

Diese RFID-Systeme arbeiten in einem allgemeinen Frequenzbereich zwischen 30 und 300 KHz mit einer Lesereichweite von bis zu 10 Zentimetern.

Dies führt zu einer besonders kurzen Lesereichweite, begrenztem Speicher und einer langsameren Datenübertragungsrate als bei Systemen mit höheren Übertragungsfrequenzen. Auf der anderen Seite funktionieren LF-RFID-Tags jedoch besser in der Nähe von Metall und/oder Flüssigkeiten.

Bei relativ niedrigen durchschnittlichen Kosten pro Tag - 0,75 bis 5,00 US-Dollar - wird niederfrequentes RFID hauptsächlich für die Tierverfolgung (denken Sie an weitläufige Ranches) und die Zugangskontrolle (wie Schlüsselkarten) verwendet; obwohl es für andere Anwendungen bereitgestellt werden kann, die keinen größeren Lesebereich erfordern.

Hochfrequenz-(HF)-RFID

Mit einem allgemeinen Frequenzbereich zwischen 3 und 30 MHz und einer Lesereichweite von rund 30 Zentimetern eignen sich HF-RFID-Systeme gut für den elektronischen Ticket- und Zahlungsverkehr sowie andere Arten von Chipkarten.

Beispielsweise wird die Near Field Communication (NFC)-Technologie, die auf HF-RFID basiert, häufig für gängige Anwendungen wie Hotelschlüsselkarten verwendet. Als Randnotiz haben wir mehr über die Unterschiede zwischen RFID und NFC bei der Standortbestimmung von Assets geschrieben.

Darüber hinaus verwendet HF wie LF eine magnetische Kopplung, um zwischen RFID-Tags und Lesegeräten zu kommunizieren. Indem sie sich auf diese als ihre Stromquelle verlassen, funktionieren HF-Tags im Allgemeinen für die gesamte Lebensdauer ihrer Anwendung, es sei denn, sie werden durch Verschleiß beschädigt.

Und um sie noch attraktiver zu machen, sind diese Tags mit etwa 0,35 bis 10,00 USD pro Tag auch relativ günstig und in der Regel klein.

UHF-RFID (Ultrahochfrequenz)

UHF-aktive RFID-Systeme haben einen Frequenzbereich zwischen 400 MHz und 3 GHz, mit viel höheren Lesereichweiten von 30 bis 100+ Metern, zusammen mit schnelleren Datenübertragungsraten. Darüber hinaus haben sie relativ niedrige Infrastrukturkosten und eine große Speicherkapazität.

Ebenso wichtig ist, dass ihre Tags von internen Batterien mit Strom versorgt werden und proaktiv in vorbestimmten Intervallen beacon, die von RFID-Lesegeräten erkannt und zur Verarbeitung an das Hostsystem weitergeleitet werden.

Auf der anderen Seite kosten UHF-RFID-Tags jedoch mehr bei einem Durchschnittspreis von 25 bis 50 US-Dollar pro Tag und sind ziemlich empfindlich gegenüber Störungen durch Metalle, Flüssigkeiten und elektromagnetische Signale – obwohl innovatives Design einige dieser Probleme mildert. Gleichzeitig haben diese Tags eine begrenzte Lebensdauer von drei bis fünf Jahren, da sie batteriebetrieben sind.

Aktive UHF-RFID-Anwendungen werden häufig zum Verfolgen von mobilen Assets (z. B. Frachtcontainern, Großgeräten und Fahrzeugen) sowie von Assets wie Bauwerkzeugen und Materialien verwendet, die auf großen Flächen gelagert werden, beispielsweise auf Lagerplätzen.

5) Die RFID-Technologie hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten in Form, Funktion und Anwendung stark weiterentwickelt.

Da IoT-Geräte immer allgegenwärtiger werden, wird die aktive RFID-Technologie immer ausgefeilter, insbesondere im Hinblick auf die Echtzeitverfolgung und -verfolgung von Assets. Tatsächlich verbessern Unternehmen jeder Art und Größe nicht nur ihr Endergebnis, indem sie die Sichtbarkeit ihrer Vermögenswerte rund um die Uhr aufrechterhalten, sondern retten auch Leben, mindern gefährliche Ereignisse und reduzieren Verbindlichkeiten.

Allerdings gab es in den letzten zwei Jahrzehnten mehr als nur ein paar Fortschritte in der aktiven RFID-Technologie, darunter:

• Aktive RFID-Tags mit innovativen Sensortechnologien zur Überwachung von Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Vibration
• Immer kleinere intelligente RFID-Tags, die auch dünner und leichter sind und mehr Speicher bieten
• Kostengünstigere RFID-Lesegeräte mit höheren Leseraten (1.000 bis 1.200 Tags pro Sekunde) und Empfindlichkeit sowie mehr Konnektivitätsoptionen für die Datenübertragung
• Eine Vielzahl spezialisierter Antennen mit weniger Gewicht und Platz
• Cloud-basierte Anwendungen und Dienste zur Verwaltung des Datenflusses, wodurch Lösungen geschaffen werden, die wenig oder keinen IT-Support benötigen
• Echtzeit-Ortungssysteme, die viel energie- und dateneffizienter sind und weniger Infrastrukturanforderungen haben.

Bei all diesen Fortschritten wird aktives RFID natürlich in innovativen Bluetooth-RTLS-Lösungen – wie AirFinder – in mehreren Branchen eingesetzt, um eine Vielzahl wertvoller Assets zu verwalten. Hier sind ein paar Beispiele:

RTLS für das Gesundheitswesen und das Notfallmanagement

Krankenhäuser verwenden RTLS-Lösungen, die eine Kombination aus aktiven RFID-Tags und BLE-Sensorbeacons nutzen, um die Patientenversorgung erheblich zu verbessern, indem sie den Standort und den Zustand der medizinischen Behandlungsgeräte verfolgen, während sie sich zwischen Räumen und Etagen bewegen.

Und mit der Einführung unseres AirFinder SuperTag - der für lückenlose Sichtbarkeit im Innen- und Außenbereich sorgt - können wir jetzt den gleichen Vorteil für mobile Feldkrankenhäuser bieten, die in Katastrophengebieten und bei großen Epidemien dringend benötigte medizinische Hilfe leisten.

Sicherheit im Gastgewerbe

Angesichts der Notwendigkeit, die Mitarbeiter des Gastgewerbes in den Einrichtungen, in denen sie arbeiten, jederzeit sicher zu halten, kombiniert AirFinder RFID-Technologie mit Bluetooth und Ultraschall, um leichte, leicht tragbare Hotel-Panikknopfsysteme herzustellen. Entwickelt, um in jedem Raum ein einfaches Plug-in-Gerät zu starten, senden sie schnell ein Notsignal, das den genauen Standort des Mitarbeiters registriert.

Frachtverfolgung in Verkehrsknotenpunkten

Während es viele Anwendungsfälle für RFID-RTLS-Lösungen in Verkehrsknotenpunkten gibt, umfassen einige der beliebtesten die Verfolgung des Standorts eines kritischen Frachtstücks sowie die Überwachung großer Palettenmengen während der Fahrt. Ebenso können diese Lösungen eingesetzt werden, um die Produktkette aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass klimasensible Vermögenswerte nicht in Bereiche verbracht werden, in denen hohe Temperaturen oder Feuchtigkeit sie beschädigen könnten.

Manufacturing Asset Management

Wie die Transportindustrie implementieren Fertigungsbetriebe aller Art und Größe aktives RFID RTLS häufiger für eine beliebige Anzahl kritischer Funktionen.

Natürlich verwenden sie diese Lösungen für das Management von Fertigungsanlagen und die Verfolgung des Echtzeit-Standorts von Geräten und Mitarbeitern im und durch das Gebäude. Das gleiche gilt für Paletten, die zur Lagerung von Rohstoffen und anderem beweglichen Inventar verwendet werden. Ebenso überwachen sie Umgebungsschwankungen bei Temperatur und Bewegung, die sich auf teure Geräte auswirken können.

Schlussgedanken…

Als integraler Bestandteil des IoT hat die aktive RFID-Technologie RTLS-Lösungen definitiv einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger gemacht. Aber wie Sie sich vorstellen können, werden sich diese Systeme in Zukunft weiter verbessern, da der RFID-Markt exponentiell wächst. Wir hoffen also, dass Sie nun ein grundlegendes Verständnis haben, zögern Sie aber nicht, uns für weitere Informationen rund um RFID zu kontaktieren.