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Pulk-Lesen von RFID-Transpondern

Schnelle Identifikation im Warenpulk

Um Güter lückenlos entlang der gesamten Logistikkette verfolgen zu können, verspricht Radio Frequency Identification den Vorteil, mehrere Datenträger im Bruchteil einer Sekunde erfassen zu können. Hierbei gilt es, kollidierende Datenübertragungen zu vermeiden und die geforderte Geschwindigkeit sicherzustellen. Dazu setzt Feig Electronic auf ein spezielles Zeitmultiplex-Verfahren, um zuverlässige Identifikationsprozesse und reibungslose Logistikabläufe zu unterstützen.

Bild: Feig Electronic

Je komplexer Logistikprozesse werden, desto höher werden die Anforderungen an zuverlässige und leistungsfähige Informationstechnologien als Schnittstelle zwischen physischen Waren und digitalem Datenverkehr. Eine Anwendung, die nahezu alle Unternehmen betrifft, ist der Wareneingang: Werden Güter am Wareneingang automatisch erfasst, können sie im Enterprise Ressource Planning-System (ERP) direkt mit der getätigten Bestellung abgeglichen werden. Auch die Vollzähligkeit der Lieferung lässt sich so überprüfen. Eine erneute Erfassung des Artikels am Warenausgang liefert aktuelle Bestandsinformationen und hilft, geringe Lagerbestände rechtzeitig zu erkennen. So können Nachbestellungen rechtzeitig initiiert oder Produktionsprozesse angestoßen werden. Gleichzeitig können die am Warenausgang erfassten Versandinformationen an den Empfänger der Ware weitergeleitet werden, sodass dieser Anlieferung und Weiterverarbeitung entsprechend koordinieren kann. Waren, die mit einem Transponder gekennzeichnet sind, können auf diese Weise in Logistikketten eindeutig identifiziert werden. Dies ermöglicht einen Überblick darüber, welche Güter sich zu welcher Zeit an welchem Ort befinden. Diese Herangehensweise kann die Steuerung des Materialflusses für Produzenten und Handel gleichermaßen erleichtern.

Ein ganzer Pulk auf einen Streich

Der größte Vorteil von RFID gegenüber optischen Systemen in diesem Aufgabenfeld ist die berührungslose Datenerfassung ohne direkten Sichtkontakt: Entsprechende Systeme erfassen auch Datenträger, die verschmutzt oder die im Inneren eines Ladungsträgers verborgen sind. Ferner eine Erfassung über mehrere Meter erfolgen. Zudem können auf bestimmten Transpondertypen größere Datenmengen als auf einem Barcode hinterlegt werden. Ein klassischer Anwendungsfall hierfür ist beispielsweise das elektronische Typenschild, welches neben der Seriennummer des Gerätes noch Informationen wie Herstellungsdatum, Garantiezeiten oder Wartungsintervalle enthalten kann. Im Vergleich zum Barcode bietet die RFID-Technologie noch einen weiteren Vorteil: Mit der passenden Lesetechnologie lassen sich mehrere Datenträger im Bruchteil einer Sekunde erfassen. In diesem Fall spricht man von Pulkerfassung, eine Anwendung, die vor allem für den Warenein- und -ausgang Vorteile verspricht: Durch RFID ist es möglich, Ladeeinheiten wie Paletten mit Waren durch einen Antennenbereich zu fördern, mit Transpondern versehene Artikel zu identifizieren und digital – zum Beispiel im ERP-System – zu erfassen.

Wenn viele Transponder gleichzeitig senden

Damit die Pulkerfassung zuverlässig und schnell funktioniert, gilt es, Kollisionen der Transponderdaten zu vermeiden. Denn die Transponder können nicht miteinander kommunizieren. Sie erfassen oder ‚hören‘ sich gegenseitig nicht – und sind somit nicht in der Lage, ihre Antworten untereinander abzustimmen. Auf die Abfrage des RFID-Readers ‚antworten‘ daher alle Transponder im Erfassungsbereich gleichzeitig. Wie in einer lautstark diskutierenden Menschenmenge kann das Lesegerät die Antworten der einzelnen Transponder nicht differenziert erkennen. Für eine schnelle Identifikation größerer Transpondermengen setzen RFID-Anbieter verschiedene Verfahren ein, die dieses Problem lösen. Grundsätzlich gibt es vier sogenannte Anti-Kollisionsverfahren, die einen gleichzeitigen Zugriff mehrerer Teilnehmer auf einen Kommunikationskanal ermöglichen. Im konkreten Fall bezieht sich dies auf die gleichzeitige Kommunikation mehrerer Transponder mit einem Schreib-Lesegerät. Das am häufigsten eingesetzte Funktionsprinzip ist ‚Time Domain Multiple Access‘ (TDMA), das die Kanalkapazität zeitlich zwischen einzelnen Transpondern aufteilt. UHF Long Range-Lesegeräte von Feig Electronic bieten zum Beispiel bis zu 512 solcher Zeitintervalle. In den meisten Applikationen wird allerdings diese große Anzahl theoretisch verfügbarer ‚Time Slots‘ nicht benötigt. Da die Überprüfung eines jeden Slots durch den Leser eine gewisse Zeit beansprucht, hat der Systemanbieter einen dynamischen Algorithmus entwickelt, der die Anzahl der benötigten Zeitschlitze erkennt. Schnell können diese an die Bedürfnisse der Applikation und die Anzahl der im Feld befindlichen Transponder adaptiert werden. Denn das zentrale Kriterium für effiziente Bulk Reading-Identifikation ist die Geschwindigkeit. Mithilfe dieses Anti-Kollisionsverfahrens können RFID-Reader des Technologieherstellers bis zu 330 Transponder pro Sekunde auslesen – auch wenn weitere Lesegeräte im Umfeld eingesetzt werden. Aktuell anwendbare RFID-Standards stellen diese Eigenschaften sowohl für UHF als auch für HF zur Verfügung.

Zuverlässige Kommunikation erfordert Zeit

Grundsätzlich hängt die Präzision der Pulkerfassung auch davon ab, wie oft ein Transponder ausgelesen wird. Denn je öfter ein Transponder gelesen wird, desto stärker ist der Funkkanal belegt und desto schlechter können auch Transponder mit schwacher Signalstärke erfasst werden. Dadurch sind diese Transponder auf einen günstigen Lesezeitpunkt angewiesen. Um dieses Problem zu lösen, schalten RFID-Reader des Herstellers ausgelesene Transponder ’stumm‘, bis alle Tags gelesen wurden. Tests mit Lesegeräten haben gezeigt, dass dabei ein Transponder, der mit einer Geschwindigkeit von 120 Kilometern pro Stunde durch das Feld einer Antenne bewegt wurde, bis zu zwanzigmal erkannt werden konnte. Oftmals ist es aber ausreichend, wenn jeder Transponder, beispielsweise bei der Verladung am Warenausgang, nur einmal dem Host gemeldet wird. Um das Datenaufkommen dabei so gering wie möglich zu halten und größere Mengen von ‚Datenmüll‘ auf dem Applikationsserver zu vermeiden, stehen Filtermöglichkeiten zur Verfügung. So können etwa Regeln festgelegt werden, wie häufig ein Transponder ausgegeben werden soll, der sich über einen längeren Zeitraum im Erfassungsbereich eines Lesers befindet oder bei einer Durchfahrt mehrfach erkannt wurde.


Störungsfreie Kommunikation über denselben Kanal

Bild: Feig Electronic

Bei der RIFID-Pulkerfassung gibt es grundsätzlich vier Anti-Kollisionsverfahren, um Transponder im Antennenfeld zu unterscheiden und nahezu gleichzeitig zu erfassen:Beim ’Frequenzmultiplex Frequency Domain Multiple Access’ (FDMA) gibt es gleichzeitig mehrere Übertragungskanäle auf verschiedenen Trägerfrequenzen. Ein Beispiel für dieses Funktionsprinzip ist das analoge Radio.

Die Kanalkapazität ist im ’Zeitmultiplex Time Domain Multiple Access’ zeitlich aufgeteilt. Jeder Teilnehmer antwortet nur in einem bestimmten Zeitintervall. Dieses Verfahren wird unter anderem für den Mobilfunkstandard GSM verwendet.

Der Raummultiplex ’Space Division Multiple Access’ (SDMA) teilt die Kanalkapazität in räumlich getrennte Bereiche. Ein Beispiel hierfür ist die Datenübertragung ‚Multiple Input Multiple Output’ (MIMO) im WLAN.

Beim Codemultiplex ’Code Division Multiple Access’ (CDMA) gibt es eine gemeinsame Nutzung von Frequenzband und Zeitbereich. Die Datenströme sind teilnehmerspezifisch codiert und werden auf Empfängerseite entschlüsselt. Dieses Funktionsprinzip wird zum Beispiel für UMTS und GPS-Lokalisierung genutzt.

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