Elk colablikje, elk bankbiljet, elke spoorbiels zijn eigen unieke code. Dat is kort gezegd de belofte van de Electronic Product Code (EPC): een wereldwijde, centraal geregistreerde nummeringstandaard. De EPC kan de inhoud zijn van Radio Frequency Identification (RFID) tags: chips met een kleine antenne die op producten geplaatst kunnen worden. Van de technologie wordt veel verwacht omdat het in theorie toeleveringsketens transparant maakt, en zo tot kostenbesparingen kan leiden.

<

Radio Frequency Identification (RFID) is hot. Hoewel de technologie al ruim 50 jaar bestaat, lijkt nu een echte doorbraak plaats te vinden. RFID is in wezen erg simpel en dat is waarschijnlijk meteen de kracht van RFID. De technologie bestaat uit drie componenten, een chip, een antenne en de scanner. De chip, ter grote van een zandkorrel, bevat een bepaalde hoeveelheid informatie die aangepast kan worden. Deze chip wordt aan een antenne verbonden die uiteindelijk de informatie via radiogolven naar de scanner zal sturen. De chip en de antenne samen worden de tag of transponder genoemd. De combinatie chip en antenne wordt ook wel het mobiele deel genoemd.

Het basisprincipe is eenvoudig, wanneer de spoel van de RF-tag in het veld komt van de andere spoel, nl. die van het vaste component, de scanner, dan wordt een elektrische stroom opgewekt. Met deze energie wordt de informatie van de tag gelezen. Of iets meer technisch, de scanner creëert een radio- of elektromagnetisch veld. Zodra een tag in dit veld komt, wordt dit veld beïnvloedt. Deze verandering wordt door de scanner gedetecteerd en zo wordt de informatie van de chip doorgegeven. Samengevat RFID is niets meer dan het uniek identificeren van goederen met behulp van een draadloze radioverbinding. Om dit te doen hebben we een lezer (reader) nodig en een zender (tag). Deze zender kent een unieke code waarmee de tag geïdentificeerd wordt.

Op zich is er weinig verschil met de reeds gebruikte identificatie technieken. Ook daar kennen we een tag in de vorm van een barcode, en een lezer in de vorm van een scanner. De scanners zijn er zelfs in draadloze (RF) uitvoeringen. De overdracht van de informatie van de tag naar de scanner gaat in dit geval niet via radiogolven, maar door de terugkaatsing van licht. Hiermee is een belangrijk verschil met tussen barcode en RFID. Barcode lezers moeten optisch contact hebben met de tag. Bij RFID is er een contact door middel van radio golven, waardoor de tag zelfs onzichtbaar in het product ingebouwd kan worden. De laatste generaties van RFID tags laten het toe dat tientallen individuele (maar unieke) tags, uniek geïdentificeerd kunnen worden op het zelfde moment. Bij het lezen van barcode moet ieder item afzonderlijk langs de lezer gehaald worden. Hierdoor is de RFID toepassing uitmate interessant in die gevallen waar snelheid van lezen, veel sorteren en handling activiteiten aan de orde zijn. Een snelle gelijktijdige verwerking en het zonder visueel contact lezen van tags zijn de belangrijkste karakteristieken die RFID onderscheiden van de traditionele barcode. Deze extra functionaliteit kent natuurlijk haar weerslag op de prijs. Hierdoor is het waarschijnlijk ook te verklaren waarom de technologie ruim 50 jaar nauwelijks gebruikt is. Op dit moment zijn de benodigde tags die toegepast minder dan een euro. De verwachting is echter dat dit door grootschalige productie gereduceerd kan worden tot euro-dubbeltjes of zelfs euro-centen.

Wat is het verschil met de barcode?

Er bestaan verschillende technieken voor auto-identificatie systemen. Barcodering en RFID zijn hier slechts twee voorbeelden van. Echter ook smart cards en biometrie kunnen we onder die noemer vatten. Ieder van deze subcategorieën heeft haar specifieke sterke toepassinggebied. Van RFID is in dat geval bewezen dat haar sterke toepassing ligt in die gevallen waarin er geen contact of slecht zicht het lezen van de identificatie informatie sterk belemmert of zelf onmogelijk maakt. Ook kunnen we denken aan de situaties waarin we helemaal niet willen dat de identificatie informatie zichtbaar is. Het grote verschil tussen een barcode en RFID is dan ook alleen maar dat soortgelijke informatie op een andere wijze gepresenteerd word.

RFID is onderscheidend ten opzichte van de conventionele barcode technieken op de volgende punten:

• Een RFID tag hoeft niet optisch waarneembaar te zijn.
• Bij RFID hebben we de mogelijkheid om procesgegevens te genereren en vervolgens op te slaan. Dit door de geheugencapaciteit van de chip.
• Informatie kan (virtueel) uit de tag worden gelezen zonder dat er direct contact met de tag is. Hierdoor is RFID uitstekend bruikbaar voor voorraadbeheer.
• Informatie opgeslagen op de tag is voor anderen onzichtbaar en daardoor veilig.
• Door haar architectuur is het mogelijk dat er 14 tot 15 verschillende toepassingen c.q. processen in één tag uitgevoerd kunnen worden.

Natuurlijk is RFID niet het toverdrankje dat alle problemen oplost. De barcode heeft natuurlijk ook een aantal voordelen. Het kan immers best wel eens makkelijk zijn dat we de code met het oog kunnen lezen. Immers ook nu ziet u nog steeds aan de kassa dat in een aantal gevallen de caissière gewoon de code intypt omdat de barcode met de scanner niet leesbaar is. Ook bij toerpassing van RFID zal daarvoor een oplossing bedacht moeten worden. Anderzijds de barcode zelf kost niets meer. Het is gewoon een onderdeel van de verpakking. Bij RFID ligt dat anders. De kosten van de tags gaan weliswaar omlaag, maar we spreken nog steeds over eurocenten en/of dubbeltjes voor de eenvoudige passieve tags. Bij de actieve tags praten we al snel over euro’s of zelfs tientallen euro’s.

De Electronische Product Code, hype of realiteit?

Externe partijen kunnen de toepassing van RFID aan een producent opleggen. Een voorbeeld hiervan vinden we in Amerika waar Wal-Mart haar top-100 leveranciers heeft opgedragen dat zij vanaf januari 2005 alleen maar kunnen leveren als hun producten zijn voorzien van passieve RFID tags gebaseerd op de EPCglobal standaarden. De tags moeten bevestigd zijn op dozen en pallets die geadresseerd zijn aan drie specifieke distributiecentra in Texas. De impact van dit besluit is groot, omdat Wal-Marts eis door andere partijen in de markt wordt overgenomen.

Het US Defense Force heeft deze eis ook al bij haar leveranciers neergelegd. Deze partijen hebben duidelijke eisen, mijlpalen en de omvang van RFID geformuleerd voor hun producenten. Hierdoor is het gemakkelijk om op termijn over te gaan op een standaard. Daarmee is de Electronic Product Code™ (EPC) hard op weg de volgende generatie van product identificatie te worden. De EPC is een eenvoudige, compacte ‘kentekenplaat’ die objecten (items, cases, pallets, locaties, etc ) in de supply chain uniek kan identificeren.

De EPC is gebouwd vanuit een filosofie dat het gebruikt moet kunnen worden door een uitgebreide range van bestaande identificatiesystemen. Te denken valt bijvoorbeeld aan de EAN.UCC, UID, VIN, en andere systemen. Net als bij andere reeds bestaande identificatiesystemen is de EPC onderverdeeld in codes die de fabrikant en het product type identificeren. Maar de EPC heeft meer, het gebruikt een extra set van getallen, waarmee een serienummer gegenereerd kan worden om producten uniek te identificeren. De EPC is de sleutel tot informatie omtrent het product. Het identificeert producten die bestaan in het EPCglobal Network. EPCglobal is een joint venture van EAN en UCC, de organisaties die in respectievelijk Europa en Amerika de EDI- en barcodestandaarden voor de branche van consumentenproducten beheren. EPCglobal heeft tot doel standaarden voor RFID te ontwikkelen en te beheren.

Een EPC nummer bestaat uit:

• Header, geeft de lengte, type, structuur, versie en generatie van de EPC (8 bits)
• Bedrijfsnummer, geeft de organisatie die het nummer heeft toegekend (28 bits)
• Artikelsoort, geeft de artikelsoort (24 bits)
• Serienummer, geeft de unieke identificatie van het artikel (36 bits)

Het serienummer van 36 bits maakt het mogelijk om ieder artikel een eigen unieke code toe te kennen. De header en het bedrijfsnummer worden toegekend door GS1-EPCglobal. Op de tag kunnen extra velden worden opgenomen, die ervoor zorgen dat de EPC kan worden vertaald naar een door mensen leesbaar schrift.

Daarnaast kunnen er, als onderdeel van de EPC, additionele velden gebruikt worden om informatie vanuit bestaande code systemen op te slaan, te coderen en/of te decoderen naar hun originele (door de mens) leesbare vorm. In Europa ligt de situatie op dit moment anders. Hier zijn een aantal kleine partijen afzonderlijk bezig met pilots van hun eigen RFID systemen. De EPCglobal standaard is nog in ontwikkeling en daardoor lopen we het risico dat de standaard hier pas geadopteerd wordt als deze helemaal is uitontwikkeld. Het gevolg hiervan is dat toepassing op termijn landelijk verschilt, omdat met voortborduurt op de RFID systemen die bij de pilots gebruikt zijn. Als dit gebeurt zal het moeilijk zijn een overkoepelend Europees netwerk te krijgen. Het is belangrijk dat deze situatie voorkomen wordt. Dat kan door de EPCglobal standaard te adopteren. Overigens zien we dat dit al steeds meer gebeurt.

HF versus UF RFID

RFID systemen zijn beschikbaar in een uitgebreid scala van frequenties om aan de verschillende eisen te kunnen voldoen. Frequentie is een belangrijke factor in de transmissie van snelheid en bandbreedte. Echter, de beschikbaarheid van bandbreedtes is in ieder land gereguleerd door telecommunicatie autoriteiten, en niet alle frequenties zijn overal ter wereld beschikbaar. Dit is een heel belangrijk aspect als er besloten moet worden tot invoering van RFID in logistieke, planning en supply chain toepassingen. Een belangrijke vraag bij toepassing van RFID is welke frequentie het best past bij welke situatie.

UHF (Ultra High Frequency) heeft een frequentie van 868-928 MHz en HF (High Frequency) heeft de exacte frequentie van 13,56 MHz. Het verschil in eigenschappen van de twee frequentiebanden zit hem vooral in de richting van de golven. Bij UHF verspreiden de golven zich vanuit de chip in een rechte lijn en bij HF in kromme bogen. Hierdoor is HF meer geschikt voor tracking van goederen over een korte afstand en is het minder gevoelig voor storing door water en/of metaal. Met een vaste lezer (scanner) kan het bereik liggen tussen de 1 en 3 meter. Echter de grote van de tag en de gebruikte antenne zijn hier erg kritisch. UHF kan daarentegen tags op langere afstanden beter herkennen en is daardoor geschikter voor het lokaliseren van goederen. Afhankelijk van de grote van de tag, het energieverbruik en interferentie kan de tag tot op 3 meter afstand uitgelezen worden. De UHF tags worden ondermeer toegepast bij Wal-Mart.

EPCglobal heeft in januari 2005 de specificaties voor de standaard UHF Generation 2 goedgekeurd. Producenten kunnen nu op grote schaal RFID-tags gaan produceren die aan deze standaard voldoen. UHF Generation 2 is een standaard voor RFID-tags van het type ultra high frequency (868 - 928 MHz.). De afgelopen tijd zijn prototypes van verschillende leveranciers door EPCglobal getest. De testresultaten gaven aan dat de standaard voldoet aan de eisen van de gebruikers die zijn verenigd in EPCGlobal. Goedkeuring van de standaard houdt in dat leveranciers nu op grote schaal de tags en bijbehorende apparatuur die aan deze standaards voldoen in productie kunnen nemen. De eerste tags worden naar verwachting rond april 2005 op de markt gebracht. Aan de UHF Generation 2-standaard hebben meer dan 60 technologieleveranciers samengewerkt.

Naast de HF en de UHF frequentie worden er ook nog lage frequentie tags (100 tot 500 kHz) en Microwave (2.45 of 5.8 GHz) frequenties toegepast. Het voordeel van de lage frequentie is dat de band erg goedkoop is, maar heeft een korte tot middelmatige leesbereik en een trage leessnelheid. Typische toepassingen voor lage frequentie tags zijn bijvoorbeeld toegangscontrole, identificatie van dieren, voorraadbeheer en antidiefstal systemen bij auto’s. De Microwave bandbreedte tags kennen de hoogst mogelijke data leessnelheden, maar zijn ook veel duurder en hebben een veel hogere energie behoefte. Dergelijke tags worden alleen toegepast in specialistische applicaties.

Er bestaat dus niet één oplossing voor RFID, maar er zijn verschillende oplossingen denkbaar voor verschillende situaties. Een arbitrair overzicht:

In het algemeen kunnen we stellen dat naarmate de frequentie hoger wordt:

• de eigenschappen van de antenne gaan van “rondom gevoelig” naar “gevoelig in een bepaalde richting”;
• de leesafstand toeneemt;
• de uitgewisselde hoeveelheid informatie, die per tijdseenheid kan worden uitgewisseld, stijgt;
• de storingsgevoeligheid daalt;
• het doordringend vermogen in voorwerpen/materialen afneemt;
• de prijs per tag hoger wordt.

Welke RFID tags zijn er verkrijgbaar?

Een tag (of zender of transponder) is de eigenlijke datadrager en is verkrijgbaar in verschillende uitvoeringen. Kenmerkende verschillen in uitvoering zijn:

• actief of passieve tags
• afmetingen
• batterijgebruik
• leesafstand
• temperatuurbereik

Actief of passief

Het belangrijkste verschil in uitvoering en toepassing wordt bepaald door of het een actieve of passieve tag betreft. Bij actieve tags wordt de energie verzorgd door een eigen energiebron (een interne batterij) om de transponder te laten functioneren. Op deze intelligente transponders kunnen sensoren worden aangesloten om uw processen (Bijvoorbeeld temperatuur, vochtigheid, e.d.) continue en draadloos te monitoren. Bij passieve transponders verzorgt de reader een krachtig radiosignaal, die via de antenne van de tag de chip voorziet van energie. Een passieve transponder bestaat uit een elektronische chip met daar aan verbonden een draadgewonden of geëtste antenne van koper of van ander metaal.

De belangrijkste voordelen van een actieve tag zijn:

• Er is een grotere lees- en schrijfafstand mogelijk.
• Er is een snellere respons van de tags. De meeste systemen gebruiken de energie van de ontvanger om de benodigde eigen voedingsspanning op te bouwen. Dit houdt in dat het veld voldoende sterk moet zijn, terwijl er op grotere afstand enige tijd nodig is om voldoende energie in de tag te verzamelen om te kunnen functioneren. Bij systemen met een batterij is dat niet nodig, zodat de tag bij én een kleiner veld én vrijwel onmiddellijk kan reageren. Sommige systemen met een batterij gebruiken die batterij echter alleen om de geheugeninformatie vast te houden. Voor dergelijke systemen geldt dit voordeel dus niet.
• Er zijn onbeperkte en snellere schrijfmogelijkheden. Door de aanwezigheid van een batterij kunnen zgn. RAM-geheugens worden gebruikt. Deze geheugens kunnen vaak snel en onbeperkt en zeer snel beschreven worden. Voor systemen zonder batterij, waarbij wel naar de tag geschreven kan worden, wordt meestal gebruik gemaakt van EEPROM-geheugens. Deze geheugens mogen doorgaans maximaal 10.000-100.000 keer beschreven worden, terwijl voor iedere schrijfactie 1 tot 10 ms programmatijd nodig is. De EEPROM geheugens kunnen de informatie minstens 10 jaar vasthouden. Een alternatief voor de EEPROM is de FRAM, waarmee grotere schrijfafstanden mogelijk worden.

De nadelen van actieve tags zijn echter:

• De kans dat een batterij leeg of defect raakt, is vele malen groter dan de kans dat een tag anderszins niet meer functioneert.
• Het temperatuurbereik van de tag wordt beperkt door die van de batterij.
• De levensduur van een batterij is beperkt tot 5 à 10 jaar.

Afmetingen

De tags of transponders zijn er in allerlei afmetingen. De kleinere types zijn de glastransponders met afmetingen van ca. 2 x 12 mm (diameter x lengte) en de minitransponders: schijfjes van ca. 6 x 1,5 mm (diameter x dikte) De leesafstand van minitransponders is echter geringer: lezen <200mm, schrijven <380 mm. De kleinste transponder met geïntegreerde spoel is niet groter dan ca. 3,5 x 3,5 x 0,5 mm. Door het gebruik van speciale IC’s geldt momenteel dat de grootte van de transponders in feite bepaald wordt door de antenne (spoel of microfilmantenne).

Batterijgebruik

De aanwezigheid van batterijen in de tags heeft voor- en nadelen. Is er een batterij aanwezig, dan spreken we van een actieve tag. Is er geen batterij aanwezig, dan spreken we van een passieve tag.

Leesafstand

De maximale leesafstand wordt onder meer bepaald door:

• Het oppervlak van de antenne.
• De aanwezigheid van ferriet in de antenne van de tag. Ferriet trekt a.h.w. de magnetische veldlijnen naar zich toe, waardoor het bereik van een tag vergroot kan worden.
• Het stroomverbruik. Actieve tags hebben tijdens het schrijven extra energie nodig, waardoor de max. schrijfafstand vaak maar de helft is van de max. leesafstand. Een laag stroomverbruik beïnvloed de lees/schrijfafstand positief.
• De onderlinge afstand van de tag t.o.v. de ontvanger.
• De aanwezigheid van elektrische geleidende materialen (beïnvloed in negatieve zin).
• De sterkte van het afvragende veld van de ontvanger. Een sterker veld verhoogt de leesafstand, maar de veldsterkte is door wetgeving begrensd en afhankelijk van de frequentie.

 

Temperatuurbereik

Het temperatuurgebied waarin tags gebruikt kunnen worden, wordt bepaald door het temperatuursbereik van de gebruikte batterij. Bevat de tag geen batterij, dan wordt het temperatuursbereik bepaald door de toegepast chip. Voor de 1 2 AME RESEARCH B.V. 13 ©2005, AME Research b.v. Meppel. Analyse, informatie, opinie over ICT automotive zijn er tag ontwikkeld met een bereik tot ca 250 °C. Deze tags bevinden zich in een soort thermosfles, waarin de warmte slechts langzaam binnen kan dringen. Tags op basis van kristallen kunnen beduidend hogere temperaturen aan dan tags met chips. In de praktijk worden echter de volgende maxima aangehouden.

---

Dit dossier is eerder verschenen als onderdeel van een analyserapport bij AME Research. Analyse, informatie, opinie over ICT. Auteur: Paul Denneman

<