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Die Zutrittskontrolle zu geschützten Bereichen in der Industrie oder bei der Automatisierung von Prozessen erlangt dank digitaler Technologien neue Dimensionen. Vielerorts haben sich Lösungen für die Erkennung von Daten verschiedenster Art etabliert. Einer dieser wichtigen technischen Abläufe bindet Transponder in die Datenverarbeitungskette ein. Unser Ratgeber zeigt Ihnen, wie diese Systeme arbeiten und wie Sie sie nutzen können.

Was sind Transponder?

Ein Transponder ist im Regelfall ein Gerät zur passiven Funk-Kommunikation auf sehr kurzen Distanzen, meist im Zentimeter-Bereich. Passiv bedeutet, dass der Transponder normalerweise keine eigene Stromversorgung besitzt, sondern auf ein eintreffendes Signal (mit dessen Energie) reagiert und ein Signal zurücksendet. Im Transponder befindet sich ein Mikrochip mit einer Speicherkapazität bis in den Megabit-Bereich.

Verwendet werden Transponder beispielsweise, um eine genaue Zutrittskontrolle zu Räumlichkeiten zu haben oder den Zugriff auf bestimmte Geräte nur einem ausgewählten Personenkreis zu ermöglichen. Nur Personen, die laut Transponder-Schlüssel die Berechtigung haben, werden vom Schließsystem hereingelassen.

 

Wie funktioniert ein Transponder?

"Transponder" ist ein Kunstwort, das aus "Transmitter" und "Responder" gebildet wurde. Ein Transponder empfängt die Signale eines Senders über interne Antennen. Die Antenne im Transponder erzeugt einen Induktionsstrom, der das interne System mit Energie versorgt. Dadurch benötigt der Transponder normalerweise keine eigene Stromversorgung.

Auf dem Mikrochip im Transponder ist ein elektronisches Erkennungssystem in Form eines Datenmusters gespeichert. Das wird bei der Annäherung an das sendende System aktiviert und an den Sender zurückgeschickt. Der Empfänger nimmt dieses Signal entgegen und gleicht das empfangene Datenmuster mit den im System hinterlegten Daten ab. Bei Übereinstimmung des vom Transponder empfangenen Datenmusters mit dem Datenmuster im System werden Aktionen in der Anwendung möglich und ausgelöst.

Ein Beispiel-„Dialog“ bei der Zutrittskontrolle zu Fahrzeugen:

  1. System (im Auto): „Sende ständig Signale zur Erkennung eines passendes Autoschlüssels.“
  2. Transponder im Autoschlüssel: „Erhalte ein Signal, das mich aufgrund der Frequenz und des Datenmusters aktiviert. Sende zurück, dass ich der passende Autoschlüssel sein kann.“
  3. System: „Datenmuster von außen stimmt. Zutritt gewährt. Entsperre die Türverriegelung.“


Die Einsatzmöglichkeiten für Transponder sind vielfältig. Besonders wichtige Einsatzgebiete sind beispielsweise die Zutrittskontrolle zu Gebäuden oder Bereichen mit besonderen Anforderungen an die Sicherheit. So wird der Zutritt zu Datenzentralen oder anderen sensiblen Bereichen kontrolliert. Mithilfe von Transponderkarten oder Schlüsselanhängern sind die Räumlichkeiten über Schließanlagen nur für die Mitarbeiter zugänglich, die auch die Berechtigung dafür haben. Auf die gleiche Art können Hotelzimmer individuell Gästen zugeordnet werden, die wiederum durch eine eigene Transponderkarte nur zu ihrem eigenen Zimmer Zutritt erhalten. Die Warensicherung im Einzelhandel wird häufig mit derartigen Systeme realisiert, etwa mit Entsperrmöglichkeit oder Entfernung des RFID-Transponders an der Kasse. Logistikzentren sparen Personal ein, weil Warenströme automatisch gesteuert werden können. Im automatisierten Fahrzeug- und Maschinenbau können dank Transponder-Chips Bauteile zugeordnet werden. Die Fahrzeugerfassung in Maut-Systemen funktioniert ebenfalls mithilfe von Transponder-Chips. Aus dem Alltag sind wir den Umgang mit Transponderchips gewöhnt, die Fahrzeuge und Türen von Hotelzimmern öffnen oder der Reisegepäckidentifikation dienen. Und wer Haustiere mit Freigang hat, kennt Transponderchips, die den Tieren zur eindeutigen Identifikation implantiert werden. Mit ihnen lassen sich nicht nur zugelaufene Tiere zuordnen. Zutrittskontrollen in Katzen- und Hundeklappen können zudem auf den individuellen Chipcode des eigenen Vierbeiners programmiert werden, so dass nicht plötzlich fremde Haustiere im Flur stehen. Von den mechanischen Abmaßen her sind diese Transponder sind inzwischen soweit miniaturisiert, dass sie an beliebigen Objekten angebracht werden können, auch unsichtbar für den Endverbraucher, wie etwa bei der Warensicherung. Haustieren wird der Chip mittels einer Kanüle unter die Haut injiziert.

Arten von Transpondern

Neben den beschriebenen passiven Transpondern gibt es für verschiedene Einsatzbereiche weitere Arten dieser Sensoren. Systeme mit eigener Batterie für den Datenspeicher und für die Datenübertragung kommen zum Einsatz, wenn weder Größe noch Kosten von Bedeutung sind, zum Beispiel an Containern. Solche Transponder haben eine deutlich größere Reichweite. Zusätzlich ist ein größerer Funktionsumfang möglich als bei passiven Systemen.
Bei einer weiteren Form von Transpondern – den sogenannten semi-aktiven oder semi-passiven Transpondern – ist eine eigene Stromversorgung vorhanden. Diese wird allerdings ausschließlich für die Datenspeicherung genutzt und kommt nicht für die Datenübertragung zum Einsatz.

Der technische Hintergrund der Transponder-Technologie

Den technischen Hintergrund bildet die „RFID“ genannte Technologie. Die Abkürzung steht für „Radio Frequency Identification“ (auf Deutsch: Funkfrequenz-Erkennung). Dahinter verbirgt sich eine technische Lösung zur eindeutigen und kontaktlosen Identifizierung von Objekten jedweder Art, die mit einem solchen Funksensor ausgestattet sind. Das ermöglicht eine schnelle und automatisierte Datenerfassung mittels der Auswertung von elektromagnetischen Wellen. Der RFID-Chip wird dazu mit einem Muster „aufgeladen“, das ihn einzigartig macht.
Im einfachsten Fall enthält der Chip lediglich einen Nummerncode, der auf umfangreichere Informationen zu dem jeweiligen Objekt in Datenbanken verweist. Darüber hinaus sind verschiedene Erweiterungen denkbar, bei denen Zusatzinformationen direkt auf dem Chip gespeichert werden.

Für die Kommunikation zwischen dem zu schützenden System und dem Transponder wurden Standards entwickelt:

ISO 18092: definiert die Modi für die Kommunikation im Nahfeld bei der Mittenfrequenz von 13,56 MHz.
ISO 14443: eine internationale Normenreihe für kontaktlose Chipkarten für Zugangskontrollen, Bezahlanwendungen und weitere Identifikationssysteme.
Für die Identifizierung von Tieren hat sich der ISO-Standard 11784/11785 durchgesetzt.

MIFAR steht für „Mikron Fare Collection System“ (auf Deutsch: Mikron Fahrgeld-System), da diese Chips zuerst für den kontaktlosen Erwerb von Fahrkarten entwickelt wurden. Kennzeichnet die Bauart der passiven Transponder, die Form und Tiefe der Verschlüsselung mit Zusätzen wie zum Beispiel „MIFARE Classic 1K/4K „ oder „MIFARE DESFire EV1” für verschiedene Sicherheitsstandards.  

Frequenzen, Reichweiten, Sicherheit

Transponder werden in verschiedenen Frequenzbereichen eingesetzt. So wird beispielsweise die Tier-Identifikation mit 134-Kilohertz-Transpondern abgewickelt. Zutrittskontrollen und Logistik nutzen Transpondern im 13,56 Megahertz. Das Mautsystem „Toll Collect“ arbeitet mit 2,45 Gigahertz.

Bei den Reichweiten unterscheidet man zwischen Close Coupling, Remote Coupling und Long Range.

  • Bei Close Coupling werden Reichweiten von 0 bis 1 cm erreicht. Dabei kommen die Transponder in ein Lesegerät oder müssen genau positioniert (aufgelegt) werden. Es wird angewendet, wenn es auf höchste Sicherheit ankommt und strenge Zutrittskontrolle gefragt ist.
  • Remote Coupling funktioniert bis zu 1 Meter bei Sendefrequenzen zwischen 100 und 135 kHz, 6,75 MHz, 13,56 MHz und 27,125 MHz. Datenübertragung durch induktive Kopplung.
  • Long Range von 1 bis zu 10 Metern, zum Beispiel bei Mautsystemen.

Sichere Transponder sind mit einem sogenannten Zerstörungsmodus ausgestattet. Dabei kann der RFID-Chip so überschrieben werden, dass er sich nie mehr aktivieren lässt und somit unbrauchbar ist. Weitere Sicherheitsmerkmale sind eine UID (Unique Identifier Number), mit der der Chip einen einzigartigen „Namen“ besitzt, der kein zweites Mal vergeben ist. Mit einem Passwortschutz kann das Lesen und Überschreiben des internen Speichers durch nicht autorisierte Personen verhindert werden.

Die Haltbarkeit wird über die sichere Aufbewahrungszeit der programmierten Daten definiert und liegt bei zirka 10 Jahren und 100.000 Schreibzyklen. Transponder sind in Chipkarten-Formate oder in Transponder-Schlüsselanhängern aus widerstandsfähigen Kunststoffen (beispielsweise ABS-Gehäuse oder mit Epoxydharz-Beschichtung) verbaut. Unternehmen, die sich auf Zeitmessung im Sport fokussieren, nutzen Bauformen, die sich mit den Schnürsenkeln von Sportschuhen befestigen lassen.

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