RFID: Funktionsweise & Anwendung in der Zutrittskontrolle
RFID Technologie - Funktionsweise und Systeme
RFID-Systeme sind eine weitverbreitete Technologie, die in verschiedenen Anwendungen wie Zutrittskontrolle, Logistik und Bestandsmanagement eingesetzt wird. In diesem Artikel werden die verschiedenen RFID-Techniken erklärt.
aktive RFID Transponder
Aktive RFID-Systeme bieten erweiterte Funktionen und Möglichkeiten im Vergleich zu passiven Systemen. Es gibt zwei Arten von aktiven Transpondern: „wirklich aktive“ Transponder und „semi-aktive“ Transponder. Die „wirklich aktiven“ Transponder verfügen entweder über eine eigene Batterie oder einen Versorgungsanschluss, um ihre Energie zu erhalten. Sie sind in der Lage, kontinuierlich Daten zu senden. Auf der anderen Seite verwenden „semi-aktive“ Transponder auch eine Batterie, nutzen diese jedoch nur zum Erhalt der Daten und nicht für das Senden. Sie modulieren und reflektieren die von Schreib-/Lesegeräten kommenden Nachrichten im sogenannten Backscattering-Modus. Daher erfordern sie eine Art direkter Sichtkontakt, bei dem die Antennen des Lesers und des Transponders möglichst parallel zueinander ausgerichtet sein müssen.
Aktive RFID-Transponder verfügen über eine eigene Energieversorgung, entweder durch eine eingebaute Batterie oder durch Anschlüsse für externe Hilfsenergiequellen. Die Hilfsenergie wird für die Versorgung der Schaltung und zum Senden verwendet, was zu einem vergleichsweise hohen Energieverbrauch und einer nutzungsabhängigen Batterielebensdauer führt. Die meisten aktiven Transponder senden nicht kontinuierlich, sondern werden durch verschiedene Methoden aufgeweckt, wie z.B. durch Knopfdruck, eingebaute Zeitsteuerung oder Aufweckverfahren mit einer Aufweckfrequenz. Aktive Transponder benötigen in der Regel keine besondere Ausrichtung zum Leser und ermöglichen ein freies Handling. Wie bei semi-aktiven Transpondern enthält der Transponder eine Codierung mit der ID-Kennung.
Aktive RFID-Systeme werden häufig zur Erkennung von Kraftfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise bei Toren oder Schranken für Geländeeinfahrten. Dabei ist eine reproduzierbare Ausrichtung von Ausweis bzw. Transponder und Lesegerät zueinander erforderlich. Die Reichweite von aktiven Systemen beträgt normalerweise 5-10 Meter, weshalb sie auch als „Long-Range-Reader“ bezeichnet werden. Sie können jedoch auch Distanzen von bis zu 30 Metern überbrücken. Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Transponder nicht im Empfangsbereich mehrerer Schreib-/Lesestationen befinden sollten, es sei denn, das System verfügt über eine Adressierung der gewünschten Station. Andernfalls können bei gleichzeitiger Kommunikation mehrerer ID-Mittel mit einem Leser Probleme in der Zutrittssteuerung auftreten. Aktive RFID-Systeme simulieren praktisch einen echten Funkverkehr und bieten erweiterte Möglichkeiten, gehen jedoch mit spezifischen Herausforderungen in Bezug auf die Reichweite und das Management mehrerer Transponder einher.
Aktive RFID Verstärker (Booster)
Aktive Booster sind eine Sonderbauform der aktiven RFID-Systeme. Sie dienen als Verstärker oder aktive Sender für passive Transponder und verfügen daher sowohl über einen HF-Sender/Empfänger für das passive RFID-System als auch über einen HF-Sender für die Booster-Frequenz. Aktive Booster haben eine eigene Energieversorgung, entweder durch eine eingebaute Batterie oder externe Hilfsenergiequellen. Die Hilfsenergie wird zur Versorgung der Schaltung, zum Lesen des passiven RFID-Chips und zum Senden verwendet, was einen vergleichsweise hohen Energieverbrauch bedeutet.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass passive RFID-Systeme eine effektive und vielseitige Technologie sind, die in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommt. Die Wahl der Radio-frequency identification Technik hängt von den spezifischen Anforderungen und der gewünschten Reichweite ab. Passive RFID-Transponder bieten eine einfache und kostengünstige Lösung, während aktive Systeme größere Reichweiten und eine höhere Flexibilität bieten. Semi-aktive Systeme und aktive Booster sind Sonderbauformen, die spezifische Anwendungsfälle abdecken.
Long-Range und Hands-Free „RFID-“ Technologie
Long-Range und Hands-Free RFID-Systeme bieten erweiterte Möglichkeiten für den Zutritt und die Zufahrtssteuerung. Diese Systeme eignen sich besonders gut für Anwendungen, bei denen Personen regelmäßig Zutrittsstellen passieren müssen, wie beispielsweise Warentransport oder in Pflege- und Gesundheitszentren.
Bei Long-Range-Systemen sind die Leser mit leistungsstarken Antennen ausgestattet, die in der Lage sind, Ausweise in der Kleidung oder Tasche berührungslos zu lesen. In einigen Fällen müssen die Ausweise zur optischen Kontrolle sichtbar getragen werden, in solchen Fällen können sie mit einem Clip an der Kleidung befestigt werden. Die Lesedistanzen können mehrere Meter betragen, und Türen können aus größerer Entfernung geöffnet werden. Diese Systeme sind ideal für den Zugang zu Reinräumen oder in Situationen, in denen aus hygienischen Gründen kein direkter Kontakt mit einem Transponder erlaubt ist. Hands-Free-Systeme erleichtern auch den Zutritt für Menschen mit Behinderungen und entsprechen der Forderung nach barrierefreiem Zugang.
Bei der Planung eines Zutritts-/Zufahrtssteuerungssystems mit Long-Range RFID-Technik müssen die erforderlichen Erkennungsreichweiten oder die Geschwindigkeit, mit der Fahrzeuge den Antennenbereich passieren, festgelegt werden. Die Reichweite beeinflusst die Antennenleistung und damit auch den Preis des Systems. Zudem sollten die Antennen unauffällig in der Zufahrt montiert werden, um Manipulationen und Sabotageversuche zu verhindern. Eine verdeckte Montage, die sich in die Umgebungsarchitektur einfügt, ist anzustreben.
Für Entfernungen zwischen 40 cm und 10 m werden entweder aktive Transponder oder batteriebetriebene Booster (Verstärker) verwendet, die in RFID-Karten eingesteckt werden können. Diese Identitätsträger können beispielsweise in Lastwagen oder Bussen installiert werden. Wenn ein Fahrer mit seinem LKW sich einer zutrittsgesicherten Lagerhalle nähert, muss er sein Fahrzeug nicht verlassen, da er durch den Identitätsträger eindeutig identifiziert wird.
Long-Range und Hands-Free RFID-Systeme bieten eine bequeme und effiziente Lösung für den Zutritt und die Zufahrtssteuerung in verschiedenen Anwendungsbereichen. Sie ermöglichen einen schnellen und sicheren Zugang, insbesondere in Situationen, in denen wiederholte Passagen erforderlich sind oder der direkte Kontakt mit einem Transponder vermieden werden soll.
Semi-aktive RFID-Transponder
Semi-aktive RFID-Transponder, wie sie beispielsweise in Ausweisen verwendet werden, verfügen über eine eigene Batterie. Diese Batterie versorgt jedoch nur die Schaltung des Transponders und nicht die Sendeenergie. Typischerweise wird das backscattering-Verfahren verwendet, bei dem die Batterielebensdauer des Transponders über 5 Jahre beträgt. Ähnlich wie passive Transponder können auch semi-aktive Transponder nicht abgeschaltet werden und sind immer bereit, auf ein Signal der Schreib-/Leseeinheit zu antworten. Es ist jedoch wichtig, dass semi-aktive Transponder durch Einbau oder Tragart eine in etwa parallele Ausrichtung zur Antennenebene des Lesers gewährleisten, da sonst die Lesedistanz stark abnimmt oder sogar gleich null wird.
Semi-aktive Verstärker / Booster
Semiaktive Booster sind spezielle Varianten der semiaktiven RFID-Systeme und weisen einige Unterschiede auf. Sie verfügen über eine eigene Energieversorgung durch eine eingebaute Batterie. Diese Hilfsenergie wird für die Versorgung der Schaltung und zum Auslesen der Transponder verwendet, was zu einem vergleichsweise geringen, aber dennoch nutzungsabhängigen Energieverbrauch führt. Semiaktive Booster senden in der Regel nicht kontinuierlich, sondern werden für das Senden oder Lesen aktiviert. Dies kann durch verschiedene Methoden erfolgen, wie beispielsweise durch Knopfdruck (mit der Möglichkeit zur Adressierung mehrerer Stationen), eingebaute Zeitsteuerung (periodisches Senden) oder Aufweckverfahren mit einer bestimmten Aufweckfrequenz (wobei ein zusätzlicher HF-Empfänger erforderlich ist).
In der Zutrittssteuerung spielen passive Transponder eine herausragende Rolle. Sie sind im Feld lesbar und beschreibbar und ermöglichen eine kryptierte Datenübertragung auf der Luftstrecke. Zudem bieten sie mehrere gegeneinander abgrenzbare Applikationsfelder. Daher konzentrieren sich die weiteren Ausführungen hauptsächlich auf diese weit verbreitete Ausführungsart in der Zutrittssteuerung.
Passive RFID Transponder
Passive RFID-Transponder haben keine eigene Stromversorgung und nutzen stattdessen die Feldenergie der Schreib-/Leseeinheit. Sie beziehen ihre Energie aus dem Kommunikationsfeld der Schreib-/Lesestation. Aufgrund dieser Energiequelle haben passive Transponder in der Praxis nur geringe Reichweiten. Für die meisten betrieblichen, kartengesteuerten Anwendungen zur Personenidentifikation reichen Lesedistanzen von unter 10 cm aus. Dies gilt insbesondere für Zutrittsleser, Zeiterfassungssysteme und mechatronische Tür-Terminal-Schließsysteme. Passive RFID-Chips enthalten eine Codierung, die die ID-Kennung enthält. Durch das Empfangen eines Signals von der Schreib-/Leseeinheit können sie darauf reagieren und ihre ID-Kennung übermitteln. Es gibt jedoch Ausnahmen, wie die Stummschaltung durch den Leser bei Pulkerfassung oder anti-collision detection, bei der die Transponder vorübergehend nicht antworten.
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