Vergleich zweier Technologien: Passive RFID und BLE

Energiezufuhr

Passive RFID-Transponder sind batterielos. Sie beziehen ihre Energie für die Datenübertragung aus dem elektromagnetischen Feld des Lesegerätes oder Reader. Ohne Reader funktionieren sie nicht. BLE-Transponder gibt es mit oder ohne Batterie. Batterielose BLE-Transponder beziehen Energie aus den Funkwellen unterschiedlicher Frequenzen in der Umgebung. WLAN-, Bluetooth- oder Mobilfunkgeräte gehören zu den typischen Energiequellen. BLE-Transponder mit Batterie übermitteln Daten alle 3-5 Sekunden selbständig an ein Gateway oder ein Smartphone.

Hardware

Lesegeräte sind ein unverzichtbarer Bestandteil der RFID-Technologie. Für passive RFID-Transponder werden sie für die Energiezufuhr benötigt. Um BLE-Transponder zu benutzen, batteriebetrieben oder nicht, ist keine Funkquelle als Energiezufuhr notwendig. Es wird aber ein Empfangsgerät in der Nähe benötigt, welches die gesendeten Signale empfängt. Dies ist üblicherweise ein Mobiltelefon, Gateway, oder ein anderer Beacon.

Lebensdauer

„Passive Systeme sind die logische Wahl als Transpondermedien, da die Lebensdauer der zu identifizierenden Produkte länger ist, als die Lebensdauer einer Batterie“, erklärt Simon Arch, Marketing & Sales Director von AEG ID. Passive RFID-Tags und Transponder haben eine sehr lange Lebensdauer. Je nach Art der Anwendung kann man mit bis zu 20 Jahren rechnen. Batterielose BLE-Transponder können je nach Beanspruchung ebenfalls 20 Jahre oder länger halten. BLE-Transponder mit Batterie stellen ihre Funktion mit dem Lebensende der Batterie – nach ca. 4 Jahren – ein.

Gerichtetheit der Funkwellen

RFID-Transponder senden gerichtete Funkwellen als Antwort auf die Funksignale eines Abfragegerätes. BLE-Transponder werden auch deswegen Beacons, also Leuchtfeuer genannt, weil ihre Signale ungerichtet in alle Richtungen gestreut werden. Es existieren jedoch auch BLE-Transponder welche mit Richtantennen ausgestattet sind, wenn eine hohe Reichweite in eine bestimmte Richtung benötigt wird.

Genauigkeit und Reichweite

Passive RFID-Transponder empfangen und senden in einer Entfernung von bis zu 30 m. Für Ortungsanwendungen sind sie nicht besonders gut geeignet. Möchte man sie dafür einsetzen, sind spezielle Antennenfelder, welche die Ortung durchführen, erforderlich. Passive RFID Transponder werden hauptsächlich für die Erfassung an Transitpunkten wie beispielsweise RFID-Gates genutzt.

BLE-Transponder werden häufiger für Ortungsanwendungen eingesetzt und können bei Reichweiten von unter 50 Metern genutzt werden. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung liegt bei BLE üblicherweise bei ± 2 m Entfernung. Nach den neuesten BLE-Standards wird in Zukunft die Entwicklung von Beacons mit weitaus höherer Genauigkeit möglich sein.

Störanfälligkeit

Der Sende- und Empfangsvorgang bei passiven RFID-Tags im UHF-Bereich wird stark durch Metall beeinflusst. Es reflektiert die Funkwellen und stört die Antennen. Wasser ist ebenfalls problematisch für RFID-Transponder im UHF-Bereich, weil es die Funkwellen absorbiert. Dort, wo es viele metallische Oberflächen gibt und hohe Wasserstände verzeichnet werden, werden spezielle RFID-Transponder eingesetzt. Sie können auf flexiblen Low-Profile-Substraten hergestellt werden, die mit der Applikationsfläche vollständig konform sind.

Die Leistung von BLE-Transpondern wird durch Wasser und Metall ebenfalls geschwächt, wenn auch nicht in demselben Maß wie bei RF-Anwendungen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass aktive Beacons stärkere Signale erzeugen.

Zugang/Lesemöglichkeiten

Passive RFID-Transponder können nur durch dafür ausgelegte Reader geladen und ausgelesen werden. BLE-Transponder werden durch eine Vielzahl von Quellen gespeist und können mit verschiedenen Geräten ausgelesen werden. BLE-Lösungen werden häufig mit Smartphones (z.B. für Navigations- oder Informationsanwendungen) oder für die Interaktion mit Bluetooth Gateways (z.B. für Ortungs- und Condition Monitoring-Anwendungen) genutzt.

Janek Grill, Global Account Manager bei Elatec, spricht von einem aktuellen ‚Trend‘ zu BLE: „Wir merken stark den Trend zu BLE, da jedes Smartphone BLE unterstützt und dieses Feature relativ leicht und kostengünstig für unsere Kunden in bestehende App-Lösungen zu integrieren ist.“

Preis/Kosten

Die Kosten für passive RFID-Transponder unterscheiden sich je nach Anwendung und Art des Chips. Joachim Priem, Business Development Manager bei Joaneo, erklärt: „RFID Tags sind zurzeit kostengünstiger und können low-profile auf flexiblen Substraten hergestellt werden, die ideal auf die Applikationsfläche abgestimmt sind.“

Passive RFID-Transponder können auf bis zu 5-10 Cent reduziert werden, wenn sehr große Stückmengen (> 1 Millionen Stück) einer Label-Bauform abgenommen werden. Je nach Verfügbarkeit eines bestimmten ICs oder Spezifikationen der Gehäuse sind die Preise jedoch um ein vielfaches höher. Die Kosten passiver RFID-Transponder mit robustem Gehäuse für Spezialapplikationen können mehrere Dollar pro Stück betragen. Dazu kommen die Kosten für die Lesegeräte.

Batterielose BLE-Transponder kosten zwischen 10 und 40 Cent. Die Preise aktiver BLE-Beacons liegen zurzeit im zweistelligen Dollarbereich. Software und Lizenzen werden zusätzlich für ihre Anwendung benötigt. Die Frage „passt mein Budget zu meinen Wünschen“, ist eine entscheidende, meint Yiwen Jin, Geschäftsführer bei B-Id. „Beide Technologien haben Vor- und Nachteile, die es abzuwägen gilt.“

Sicherheit

Passive RFID-Transponder senden nur dann ein Signal aus, wenn sie von einem Lesegerät dazu aufgefordert werden. Während die Daten früher unverschlüsselt gesendet wurden, verhindern Sicherheitsfunktionen im Chip schon seit vielen Jahren, dass böswillige Akteure die Daten unbefugt lesen können. Neuere passive RFID-Transponder verschlüsseln ihre Daten bereits nach AES-CCM-Standard mit 128-Bit. Dieses Verschlüsselungsverfahren gilt als sehr sicher.

BLE verwendet ebenfalls die AES-CCM-Verschlüsselung mit einer Schlüssellänge von 128 Bit. Beide Technologien können kryptographische Operationen für Sicherheits- und Authentifizierungsanforderungen durchführen.

Schlussfolgerung: Passive RFID oder BLE?

Auch wenn passive RFID- und passive BLE-Transponder viel gemeinsam haben, sind beide nicht gleichermaßen für jede Anwendung geeignet. „Ein klarer Vorteil von UHF RFID Tags ist die Fähigkeit der Pulklesung mit hunderten Tags, welche Objekte innerhalb von Sekunden identifizieren. BLE ist eher eine on-demand-Technologie für die Zustandsüberwachung verschiedener Messwerte wie Temperatur, Bewegung und Füllstand“, meint Joachim Priem, Business Development Manager bei Joaneo.

Die Entscheidung für die jeweils passendere Technologie sollte deswegen leicht fallen, sagt Richard Aufreiter, Vice President Product Marketing bei HID Global: „Zwischen Passive RFID und Bluetooth stellt sich nicht die Frage nach einem Entweder-Oder. Jede Technologie hat ihren Sweet Spot in bestimmten Use Cases.

Genau wie LF, HF und UHF innerhalb der passiven RFID-Technologie koexistieren und Anwendungen mit besonderen Anforderungen hinsichtlich Lesereichweite, Metall, Wasser, Bauform, Kryptographie und Speicherkapazität bei niedrigen Kosten und hoher Robustheit bedienen, eignet sich Bluetooth bestens für die Interaktion mit Smartphones über mittlere Reichweiten, die Ortung oder aktives Monitoring, um nur einige Beispiele zu nennen.“

Letztlich gilt es, die passende Technologie zur Lösung konkreter Probleme zu finden. Yiwen Jin, Geschäftsführer bei B-Id, meint deswegen: „Am Ende sollte immer die Anwendung darüber entscheiden, welche Technik als Lösung genutzt werden sollte. Der umgekehrte Fall – eine Anwendung für eine Technologie zu suchen – ist immer suboptimal. Was sind meine Anforderung an mein Vorhaben, was möchte ich umsetzen, was wird wirklich benötigt?“

Simon Arch von AEG ID sieht das genauso: „Generell gibt die Applikation die Wahl der Technologie oder im Speziellen der Frequenz vor. Dies gilt vor allem auch für die Bauform der Transponder, die teilweise im industriellen Umfeld hohen mechanischen Belastungen und Temperaturen ausgesetzt sind. Optimal ist es natürlich wenn sowohl Transponder als auch Lesegeräte aus einer Hand direkt vom Hersteller in den unterschiedlichen Frequenzen verfügbar sind.“