RFID- Handbuch. Klaus Finkenzeller. Grundlagen und praktische Anwendungen induktiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten

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Bärbel Brandt
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1 Klaus Finkenzeller RFID- Handbuch Grundlagen und praktische Anwendungen induktiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten mit 213 Abbildungen Jb Carl Hanser Verlag München Wien

VII Verwendete Abkürzungen XV 1 Einführung 1 1.1 Automatische Identifikationssysteme 2 1.1.1 Barcode Systeme 2 1.1.2 Optical Character Recognition 4 1.1.3 Biometrische Verfahren 4 1.1.3.1 Sprachidentifizierung 4 1.

2 VII Verwendete Abkürzungen XV 1 Einführung Automatische Identifikationssysteme Barcode Systeme Optical Character Recognition Biometrische Verfahren Sprachidentifizierung Fingerabdruckverfahren (Daktyloskopie) Chipkarten Speicherkarten Mikroprozessorkarten RFID-Systeme Vergleich verschiedener ID-Systeme Bestandteile eines RFID-Systems 9 2 Unterscheidungsmerkmale von RFID-Systemen Grundsätzliche Unterscheidungsmerkmale Bauformen von Transpondern Disks und Münzen Glasgehäuse Plastikgehäuse Werkzeug- und Gasflaschenidentifikation Schlüssel und Schlüsselanhänger Uhren Bauform ID-1, kontaktlose Chipkarten Weitere Bauformen Frequenz, Reichweite und Kopplung Close Coupling Remote Coupling Long-Range Systemperformance 22 J

VIII 3 Grundlegende Funktionsweise 25 3.1 1-bit-Transponder 26 3.1.1 Radiofrequenz 26 3.1.2 Mikrowelle 29 3.1.3 Frequenzteiler 31 3.1.4 Elektro-Magnetisch 32 3.2 Voll- und Halbduplexverfahren 34 3.2.1 Induktive Kopplung 36 3.

3 VIII 3 Grundlegende Funktionsweise bit-Transponder Radiofrequenz Mikrowelle Frequenzteiler Elektro-Magnetisch Voll- und Halbduplexverfahren Induktive Kopplung Energieversorgung passiver Transponder Datenübertragung Transponder -» Leser Elektromagnetische Backscatter-Kopplung Energieversorgung der Transponder Datenübertragung Transponder -> Leser Close Coupling Energieversorgung der Transponder Datenübertragung Transponder -» Leser Datenübertragung Leser -* Transponder Sequentielle Verfahren Induktive Kopplung SpannungsVersorgung des Transponders Vergleich zwischen FDX-/HDX- und SEQ-Systemen Datenübertragung Transponder -» Leser Oberflächenwellen-Transponder 50 4 Physikalische Grundlagen für RFID-Systeme Magnetisches Feld Magnetische Feldstärke H Feldstärkeverlauf H(x) bei Leiterschleifen Optimierter Antennendurchmesser Magnetischer Fluß und magnetische Flußdichte Induktivität L Gegeninduktivität M Kopplungsfaktor k Induktionsgesetz Anwendung 1: Spannungsversorgung des Transponderchips Anwendung 2: Lastmodulation 69

IX 4.1.6.3 Rechenbeispiel 70 4.1.6.4 Spannungsregelung 71 4.1.7 Messung des Kopplungsfaktors k 72 4.1.8 Magnetische Werkstoffe 73 4.1.8.1 Eigenschaften magnetischer Werkstoffe und Ferrite.. 73 4.1.8.2 Ferritantennen in LF-Transpondern 75 4.

4 IX Rechenbeispiel Spannungsregelung Messung des Kopplungsfaktors k Magnetische Werkstoffe Eigenschaften magnetischer Werkstoffe und Ferrite Ferritantennen in LF-Transpondern Ferritabschirmung in metallischer Umgebung Elektromagnetische Wellen Entstehung elektromagnetischer Wellen Übergang vom Nah- zum Fernfeld bei magnetischen Antennen Reflexion elektromagnetischer Wellen Rückstreuquerschnitt einer Antenne Modulierter Rückstreuquerschnitt Wirksame Länge Antennenbauformen für Mikrowellentransponder Schlitzantennen Planarantennen Übersicht - Antennenparameter 85 5 Frequenzbereiche und Funkzulassungsvorschriften Verwendete Frequenzbereiche Frequenzbereich khz Frequenzbereich 6,78 MHz Frequenzbereich 13,56 MHz Frequenzbereich 27,125 MHz Frequenzbereich 40,680 MHz Frequenzbereich 433,920 MHz Frequenzbereich 869,0 MHz Frequenzbereich 915,0 MHz Frequenzbereich 2,45 GHz Frequenzbereich 5,8 GHz Frequenzbereich 24,125 GHz Auswahl einer geeigneten Frequenz für induktiv gekoppelte RFID-Systeme 93

X 5.2 Internationale Zulassungsvorschriften 96 5.2.1 CEPT/ERC 70-03 96 5.2.2 EN 300330: 9 khz...25 MHz 96 5.2.2.1 Trägerleistung - Grenzwerte für Class-1-Sender... 97 5.2.2.2 Trägerleistung - Grenzwerte für Class-2-Sender.

5 X 5.2 Internationale Zulassungsvorschriften CEPT/ERC EN : 9 khz...25 MHz Trägerleistung - Grenzwerte für Class-1-Sender Trägerleistung - Grenzwerte für Class-2-Sender Modulationsbandbreite Nebenaussendungen EN , EN EN Nationale Zulassungsvorschriften - BRD TR Grenzwerte für Trägerleistungen Modulationsbandbreite Nebenaussendungen BAPT 222 ZV BAPT 211 ZV 037/ BAPT 211 ZV Eurobalisen Codierung und Modulation Codierung im Basisband Digitale Modulationsverfahren Amplitudentastung (ASK) FSK PSK Modulationsverfahren mit Hilfsträger Datenintegrität Prüfsummenverfahren Paritätsprüfung LRC-Verfahren CRC-Verfahren Antikollision Entstehung der Kollision 124

XI 7.2.2 Antikollisionsverfahren 124 7.2.2.1 Räumliche Antikollisionsverfahren (spatial domain) 125 7.2.2.2 Antikollisionsverfahren über Frequenz (frequency domain) 125 7.2.2.3 Zeitliche Antikollisionsverfahren (time domain).

6 XI Antikollisionsverfahren Räumliche Antikollisionsverfahren (spatial domain) Antikollisionsverfahren über Frequenz (frequency domain) Zeitliche Antikollisionsverfahren (time domain) Ausführungsbeispiel - Binary Search"-Algorithmus Datensicherheit Gegenseitige symmetrische Authentifizierung Authentifizierung mit abgeleiteten Schlüsseln Verschlüsselte Datenübertragung Streamcipher Normung Tieridentifikation ISO Codestruktur ISO Technisches Konzept Anforderungen Voll-/Halbduplex-System Sequentielles System Kontaktlose Chipkarten ISO Close-coupling-Chipkarten Part 1 - Physical characteristics Part 2 - Dimensions and locations of coupling areas Part 3 - Electronic signals and reset procedures Energieversorgung Datenübertragung Karte -> Lesegerät Datenübertragung Lesegerät -» Karte Part 4 - Answer to reset and transmission protocols ISO Proximity-coupling-Chipkarten ISO Vicinity-coupling-Chipkarten DIN/ISO Datenträger für Werk- und Spanzeuge ISO Containeridentifikation 149 i

XII 9.5 VDI 4470 - Warensicherungssysteme 151 9.5.1 Teil 1 - Kundenabnahmerichtlinien für Schleusensysteme.. 151 9.5.1.1 Ermittlung der Fehlalarmquote 151 9.5.1.2 Ermittlung der Detektionsrate 151 9.

7 XII 9.5 VDI Warensicherungssysteme Teil 1 - Kundenabnahmerichtlinien für Schleusensysteme Ermittlung der Fehlalarmquote Ermittlung der Detektionsrate Formblätter in VDI Teil 2 - Kundenabnahmerichtlinien für Deaktivierungsanlagen Architektur elektronischer Datenträger Transponder mit Speicherfunktion HF-Interface Adreß- und Sicherheitslogik State-Machine Speicherarchitektur Read-only-Transponder Beschreibbare Transponder Transponder mit Kryptofunktion Segmentierte Speicher MIFARE -Applikationsverzeichnis Mikroprozessoren Dual Interface Card MIFARE plus - Dual Interface Card Speichertechnologie RAM EEPROM FRAM Leistungsvergleich FRAM - EEPROM Messung physikalischer Größen Transponder mit Sensorfunktionen Messungen mit Mikrowellentranspondern Lesegeräte Datenfluß in einer Applikation Komponenten eines Lesegerätes HF-Interface Induktiv gekoppeltes System, FDX/HDX Mikrowellen-System - Halbduplex Sequentielle Systeme - SEQ Steuerung 190

XIII 11.3 Low-cost-Aufbau - Leser IC U2270B 191 11.4 Anschluß von Antennen 194 11.4.1 Antennen für induktive Systeme 194 11.4.1.1 Anschaltung mit Stromanpassung 194 11.4.1.2 Speisung über Koaxialkabel 197 11.

8 XIII 11.3 Low-cost-Aufbau - Leser IC U2270B Anschluß von Antennen Antennen für induktive Systeme Anschaltung mit Stromanpassung Speisung über Koaxialkabel Einfluß des Gütefaktors Q Antennen für Mikrowellen-Systeme Ausführungsformen von Lesegeräten Herstellung von Transpondern und kontaktlosen Chipkarten Modulherstellung Transponderhalbzeug Komplettierung Kontaktlose Chipkarten Anwendungsbeispiele Kontaktlose Chipkarten ÖPNV Ausgangssituation Anforderungen Transaktionszeit Witterungsbeständigkeit, Lebensdauer, Bedienkomfort Vorteile durch den Einsatz von RFID-Systemen Tarifmodelle mit elektronischer Abrechnung Marktpotential Projektbeispiele Korea - Seoul Deutschland - Lüneburg, Oldenburg Ticketing Lufthansa Miles & More Card Ski-Ticketing Zutrittskontrolle Verkehrs Systeme Eurobalise S Internationaler Containerverkehr 234

XIV 13.6 Tieridentifikation 235 13.6.1 Rinderhaltung 235 13.6.2 Brieftauben-Preisflug 241 13.7 Elektronische Wegfahrsperre 243 13.7.1 Funktionsweise der Wegfahrsperre 243 13.7.2 Kurze Erfolgsgeschichte 246 13.

9 XIV 13.6 Tieridentifikation Rinderhaltung Brieftauben-Preisflug Elektronische Wegfahrsperre Funktionsweise der Wegfahrsperre Kurze Erfolgsgeschichte Zukunftsaussichten Behälteridentifikation Gasflaschen und Chemikalienbehälter Abfallentsorgung Sportliche Veranstaltungen Industrieautomation Werkzeugidentifikation Industrielle Fertigung Marktübersicht Auswahlkriterien Arbeitsfrequenz Reichweite Sicherheitsanforderungen Speicherkapazität Systemübersicht Kontaktadressen, Fachzeitschriften Anhang Relevante Normen und Vorschriften Bezugsquellen für Normen und Vorschriften Literaturhinweise Register 279

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