Funk- und Identifikationstechniken: WLAN, Bluetooth, ZigBee, LoRaWAN, RFID, NFC und Codes

Funk- und Identifikationstechniken: WLAN, Bluetooth, ZigBee, LoRaWAN, RFID, NFC und Codes

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Funktechnik, WLAN, Bluetooth Low Energy, ZigBee, LoRaWAN, ISM-Band, RFID, NFC, Transponder, Barcode, QR-Code, Scanner

tl/dr; (ca. 29 min Lesezeit): Ob ein Sensor seine Messwerte funkt, ein Roller geortet oder ein Paket erkannt wird: Immer stellt sich die Frage, welche Technik passt. Du lernst die wichtigsten Funktechniken für vernetzte Geräte kennen (WLAN, Bluetooth und BLE, ZigBee, LoRaWAN, Mobilfunk für das IoT), ordnest sie nach Reichweite, Datenrate und Energiebedarf ein und wählst begründet aus. Danach geht es um die automatische Identifikation mit Barcode, QR-Code, RFID und NFC: wie sie funktionieren, welche Energieversorgung sie brauchen, wo sie stören und wann welche Technik die bessere Wahl ist [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 28.10.2026)

Dieser Artikel ist Teil einer Artikelreihe zu vernetzten Systemen: Sensoren und Aktoren / Funk- und Identifikationstechniken / MQTT / Übungsaufgaben zu Funk- und Identifikationstechniken

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Als Grundlagenwissen zu Funk- und Identifikationstechniken kann ich nach Durchlesen des Artikels…

• … Funktechniken anhand ihrer Symbole erkennen und WLAN, Bluetooth und NFC nach Reichweite und Datenrate einordnen.

• … je zwei Vor- und Nachteile der WLAN-Frequenzbänder 2,4 GHz und 5 GHz nennen.

• … Sicherheitsrisiken einer drahtlosen Anbindung beschreiben.

• … Barcode, QR-Code und RFID-Etikett mit je einem Vor- und Nachteil gegenüberstellen.

• … den Ablauf eines RFID-Lesevorgangs in Schritten beschreiben und Argumente für RFID nennen.

• … beschreiben, wie NFC und QR-Code Informationen bereitstellen und was ein Smartphone dafür können muss.

Darüber hinaus kann ich als Profilwissen für vernetzte Systeme…

• … WLAN, BLE, ZigBee, LoRaWAN und Mobilfunk nach Datenrate, Reichweite, Energiebedarf und Topologie kategorisieren und für einen Einsatzzweck begründet auswählen bzw. ausschließen.

• … die Funktionsweise von NFC, RFID und LoRaWAN erläutern und je einen Anwendungsfall mit Art der Energieversorgung beschreiben.

• … aktive und passive Transponder unterscheiden und begründet für eine Lesedistanz auswählen.

• … erläutern, wie eine RFID-Ortung in Zonen funktioniert, und begründen, warum LoRaWAN und Mobilfunk für eine präzise Ortung nicht genügen.

• … Argumente für und gegen LoRaWAN erörtern und die Auswirkung gemeinsam genutzter ISM-Bänder beschreiben.

• … Verfahren zur Kopplung von Bluetooth-Geräten beschreiben.

• … Scanner-Typen (Laser, Linear Imager, Area Imager) einem Code zuordnen, Störungsursachen bei Barcodes beschreiben und die technischen Daten eines Handscanners deuten.

• … Übertragungsdauer und Datenmenge einer Funkverbindung berechnen.

Am Morgen öffnet ein Lastenrad per Smartphone sein Schloss, im Lager piept ein Handscanner beim Wareneingang, in der Bibliothek liegen zehn Bücher gleichzeitig auf dem Ausleihterminal, und irgendwo auf einem Feld meldet ein Feuchtesensor alle 15 Minuten ein paar Byte an ein Gateway, das zehn Kilometer entfernt steht. Alle diese Geräte übertragen Daten ohne Kabel, aber jedes mit einer anderen Technik. Welche passt, hängt von wenigen Fragen ab: Wie weit, wie viel, wie oft, mit welcher Energie, und muss das Gegenüber das Objekt sehen können?

Die Grundfragen bei jeder Funkverbindung

Funktechniken lassen sich mit einer Handvoll Kriterien vergleichen. Wer sie kennt, kann auch Techniken einordnen, die gerade neu auf den Markt kommen.

Dabei gilt fast immer: Mehr Reichweite oder mehr Datenrate kostet mehr Energie. Eine Technik, die mit einer Knopfzelle jahrelang läuft, überträgt entweder wenig, selten oder nur über kurze Strecken.

Nach der Reichweite unterscheidet man grob

• PAN (Personal Area Network, einige Meter): Bluetooth, NFC, Infrarot, Kabel wie USB,
• WLAN/LAN (Gebäude, einige 10 m): WLAN, ZigBee,
• LPWAN (Low Power Wide Area Network, Kilometer bei sehr wenig Energie): LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT, LTE-M,
• WAN (flächendeckend): Mobilfunk (LTE, 5G).

Frequenzbänder teilen: ISM-Bänder

Viele Funktechniken nutzen ISM-Bänder (Industrial, Scientific and Medical) bzw. in Europa die Frequenzen für Geräte mit geringer Reichweite (Short Range Devices). Für sie braucht man keine Einzelzulassung, dafür gelten Grenzen für Sendeleistung und Sendedauer. Wichtige Bereiche in Europa:

Frequenz	Genutzt von
125–134 kHz	LF-RFID (Tierchips, ältere Zutrittskarten)
13,56 MHz	HF-RFID, NFC
433,05–434,79 MHz	Funkfernbedienungen, Wetterstationen, teils LoRa
863–870 MHz	LoRaWAN (EU868), UHF-RFID (865–868 MHz), ZigBee (868 MHz), Funkalarm
2,4–2,4835 GHz	WLAN, Bluetooth, ZigBee, Mikrowellenherd
5 GHz und 6 GHz	WLAN

Auf einer logarithmischen Frequenzachse wird sichtbar, wie weit die Bereiche auseinanderliegen und dass sich die meisten Funktechniken für vernetzte Geräte zwischen 400 MHz und 6 GHz drängen:

Weil sich mehrere Techniken dasselbe Band teilen, kommt es zu Interferenzen: Signale überlagern sich, Pakete gehen verloren, müssen wiederholt werden, die Datenrate sinkt, und im Extremfall fällt die Verbindung aus. Im 2,4-GHz-Band stören sich WLAN, Bluetooth und ZigBee gegenseitig; die Techniken weichen durch Kanalwahl und Frequenzsprungverfahren aus, aber nicht beliebig. Damit niemand das Band blockiert, darf ein Gerät in Teilen des 868-MHz-Bereichs höchstens 1 % der Zeit senden (Duty Cycle), das sind 36 s pro Stunde.

WLAN

WLAN (IEEE 802.11, Markenname Wi-Fi) verbindet Endgeräte über Access Points mit dem LAN. Es bietet hohe Datenraten (Wi-Fi 6/6E bis einige Gbit/s brutto, Wi-Fi 7 noch mehr) und Reichweiten von etwa 30 m in Gebäuden. Fast jedes Notebook, Smartphone und Tablet kann WLAN, und viele IoT-Module wie der ESP32 bringen es mit.

Der Preis dafür ist ein hoher Energiebedarf: Ein WLAN-Modul braucht beim Senden ein Vielfaches eines BLE-Moduls. Für Geräte mit Netzanschluss spielt das keine Rolle, für batteriebetriebene Sensoren schon.

Planung, Kanalwahl, Roaming und Absicherung mit WPA2/WPA3 und RADIUS findest Du ausführlich im Artikel WLAN planen und absichern.

Bluetooth und Bluetooth Low Energy (BLE)

Bluetooth ist der Standard für kurze Funkstrecken zwischen Geräten einer Person oder eines Arbeitsplatzes: Headsets, Tastaturen, Handscanner, Smartwatches. Es funkt im 2,4-GHz-Band und wechselt dabei ständig die Frequenz (Frequenzsprungverfahren), was es robuster gegen Störungen macht.

• Bluetooth Classic (BR/EDR) überträgt bis etwa 2–3 Mbit/s und ist für Datenströme wie Audio gedacht.
• Bluetooth Low Energy (BLE), seit Bluetooth 4.0, ist auf seltene, kleine Datenpakete optimiert. Das Gerät schläft fast immer und wacht nur kurz zum Senden auf. So hält eine Knopfzelle Monate bis Jahre. Seit Bluetooth 5 sind 2 Mbit/s möglich, im Modus Coded PHY mit geringerer Datenrate auch größere Reichweiten. Die aktuelle Kernspezifikation trägt die Versionsnummer 6.x.

Die Reichweite liegt typisch bei 10 bis einige 10 m. Weil fast jedes Smartphone BLE kann, eignet es sich als Brücke: Ein Fahrradschloss, ein Fitness-Tracker oder ein Sensor muss keine eigene Internetverbindung haben, das Smartphone leitet weiter. Beacons sind kleine BLE-Sender, die nur ihre Kennung aussenden, z. B. zur Positionsbestimmung in Gebäuden.

Geräte koppeln

Bevor zwei Bluetooth-Geräte verschlüsselt kommunizieren, werden sie gekoppelt (Pairing) und tauschen dabei Schlüssel aus. Je nachdem, was die Geräte an Ein- und Ausgabe haben, gibt es verschiedene Verfahren:

• Passkey bzw. PIN-Eingabe: Ein Gerät zeigt eine sechsstellige Zahl an (oder sie steht fest auf dem Gerät), die am anderen eingegeben wird.
• Numeric Comparison: Beide Geräte zeigen dieselbe Zahl, und man bestätigt auf beiden, dass sie übereinstimmt.
• Out-of-Band (OOB): Der Schlüssel wird über einen zweiten Kanal ausgetauscht, z. B. durch Scannen eines QR-Codes auf dem Gerät oder Antippen per NFC.
• Just Works: Kopplung ohne Bestätigung, bequem, aber nicht gegen Man-in-the-Middle-Angriffe geschützt.

Bei Anwendungen wie digitalen Schlössern kommt oft noch eine Anmeldung auf Anwendungsebene hinzu: Die App holt sich vom Server einen zeitlich begrenzten digitalen Schlüssel, und das Schloss prüft ihn per Challenge-Response.

ZigBee

ZigBee baut auf IEEE 802.15.4 auf und ist für Sensornetze in Gebäuden und der Gebäudeautomation gedacht (Lampen, Thermostate, Fensterkontakte). Es funkt meist im 2,4-GHz-Band mit bis zu 250 kbit/s, in Europa auch bei 868 MHz mit deutlich weniger.

Seine Besonderheit ist das Mesh-Netz: Netzbetriebene Geräte (Router) leiten Nachrichten weiter, ein Koordinator bzw. Gateway verbindet das ZigBee-Netz mit dem LAN. Batteriebetriebene Endgeräte schlafen und senden nur kurz. So erreicht ein ZigBee-Netz ganze Gebäude, obwohl ein einzelner Funkweg nur 10–100 m weit reicht. Fällt ein Router aus, sucht sich die Nachricht einen anderen Weg.

Nachteil: Ohne Gateway kommt man nicht ins LAN, Smartphones und Notebooks können ZigBee nicht direkt. Verwandt sind Thread (ebenfalls 802.15.4, aber IP-basiert) und der Anwendungsstandard Matter, der Geräte verschiedener Hersteller über Thread oder WLAN zusammenbringt.

LoRaWAN

LoRa (Long Range) ist ein Funkverfahren, das Daten in breitbandige „Chirps“ (Frequenzrampen) spreizt. So kann ein Empfänger Signale noch erkennen, die schwächer als das Rauschen sind. LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) ist das Netzwerkprotokoll darüber:

• Endgeräte (Sensoren, Tracker) senden ihre Nachrichten per Funk.
• Jedes Gateway in Reichweite empfängt sie und leitet sie per Internet an einen Netzwerkserver weiter (Sterntopologie, kein Mesh). Der Netzwerkserver entfernt Duplikate und reicht die Daten an den Anwendungsserver.
• Die Daten sind Ende-zu-Ende verschlüsselt (AES-128).

In Europa nutzt LoRaWAN das Band EU868 (863–870 MHz). Die Reichweite liegt in der Stadt bei etwa 2–5 km, auf dem Land bei 10 km und mehr; Funk dringt gut in Gebäude und Keller ein. Dafür ist die Datenrate sehr gering: je nach Spreading Factor etwa 250 bit/s (SF12, größte Reichweite) bis 5,5 kbit/s (SF7). Nutzdaten sind auf einige 10 bis gut 200 Byte je Nachricht begrenzt, und der Duty Cycle von 1 % erlaubt nur wenige Nachrichten pro Stunde. LoRaWAN passt also zu Sensoren, die selten wenige Byte senden: Füllstände, Bodenfeuchte, Parkplatzbelegung, Smart-City-Projekte. Ein Sensor kommt so mit einer Batterie mehrere Jahre aus.

Für LoRaWAN spricht	Gegen LoRaWAN spricht
große Reichweite, gute Gebäudedurchdringung	sehr geringe Datenrate, kleine Nachrichten
sehr geringer Energiebedarf, jahrelanger Batteriebetrieb	Duty Cycle begrenzt die Sendehäufigkeit, kein Dauerbetrieb, kein Streaming
keine SIM-Karte und keine Mobilfunkgebühren, eigene Gateways möglich	nicht überall ein Netz verfügbar, ggf. eigene Gateways nötig
lizenzfreies Band	geteiltes Band, Störungen möglich; Geräte müssen für das Netz zugelassen bzw. registriert werden

Die Endgeräte-Klassen legen fest, wann ein Gerät empfangen kann: Klasse A öffnet nur kurz nach dem eigenen Senden zwei Empfangsfenster (sparsamste Variante), Klasse B zusätzlich zu festen Zeiten, Klasse C hört fast immer zu (Netzbetrieb).

Warum LoRaWAN und Mobilfunk für die Ortung nicht reichen

Ein Netz kann ein Gerät grob orten, weil es weiß, welche Gateways bzw. Funkzellen es empfangen. Bei LoRaWAN lässt sich aus den Laufzeitunterschieden an mehreren Gateways eine Position schätzen, bei Mobilfunk aus der Funkzelle. Die Genauigkeit liegt aber bei einigen 10 bis mehreren 100 Metern, und sie setzt voraus, dass genügend Gateways bzw. Zellen in der Nähe sind. Für „Steht der Roller in der Abstellzone?“ reicht das nicht. Präzise Ortung übernimmt ein Satellitenempfänger (GPS, Galileo) im Gerät, oder eine lokale Technik wie RFID oder BLE-Beacons. LoRaWAN bzw. Mobilfunk transportiert dann nur die ermittelte Position.

Mobilfunk für vernetzte Geräte

Wo Daten unterwegs und in größerer Menge anfallen, ist Mobilfunk (LTE, 5G) die naheliegende Lösung. Er braucht eine SIM-Karte (oder eSIM), einen Vertrag und hat einen höheren Energiebedarf. Für das IoT gibt es sparsame Varianten: NB-IoT (sehr geringe Datenrate, sehr gute Gebäudedurchdringung) und LTE-M (mehr Datenrate, auch für bewegte Geräte). Der Vorteil gegenüber LoRaWAN: Das Netz ist schon da, man muss keine Gateways aufbauen. Dafür fallen laufende Kosten an. Das ältere GSM (2G) wird in Deutschland schrittweise abgeschaltet.

Funktechniken kategorisieren und auswählen

Die Werte schwanken je nach Version, Antenne und Umgebung stark. Für einen Vergleich reicht eine grobe Einteilung:

Trägt man die Größenordnungen aus diesem Artikel logarithmisch auf, wird der Zielkonflikt sichtbar: Die sparsamen Techniken mit großer Reichweite übertragen nur wenige kbit/s, hohe Datenraten gibt es nur auf kurzen Strecken oder mit hohem Energiebedarf wie beim Mobilfunk.

Für eine begründete Auswahl gehst Du in drei Schritten vor:

1. Muss-Kriterien aus der Situation ableiten: Wie weit? Welche Datenmenge? Batteriebetrieb oder Netzanschluss? Welche Geräte müssen teilnehmen?
2. Techniken ausschließen, die ein Muss-Kriterium verletzen, und dabei begründen.
3. Unter den übrigen nach Kosten, vorhandener Infrastruktur, Sicherheit und Verbreitung entscheiden.

Ein Beispiel: Akkubetriebene Sensoren an mobilen Maschinen bewegen sich bis zu 20 m um eine Basisstation und sollen laufend Zustände melden. BLE ist geeignet: genug Reichweite und Datenrate bei geringem Energiebedarf. LoRaWAN scheidet aus, weil es für große Entfernungen und seltene, kleine Nachrichten gedacht ist und der Duty Cycle ständiges Senden verbietet. NFC scheidet wegen der Reichweite von wenigen Zentimetern aus.

Umgekehrt kann ein Nachteil in einer konkreten Situation unerheblich sein: Der hohe Energiebedarf von WLAN spielt keine Rolle, wenn alle Maschinen ohnehin am Stromnetz hängen. Dann sprechen höhere Datenrate, größere Reichweite und die Tatsache, dass Tablets und Smartphones der Beschäftigten schon WLAN können, für WLAN statt Bluetooth.

Ein Hinweis für Aufgaben: Wer eine Technik „begründet auswählen“ soll, nennt das ausschlaggebende Kriterium und bezieht es auf die Situation („weil die Sensoren mit Akku laufen und nur 20 m überbrückt werden“). Eine Eigenschaft ohne Bezug („BLE ist sparsam“) reicht meist nicht.

Automatische Identifikation: Codes, RFID und NFC

Neben dem Datentransport gibt es eine zweite Aufgabe: Ein Objekt eindeutig erkennen – Artikel, Paket, Buch, Rahmen, Eintrittskarte, Person mit Ausweis. Man spricht von automatischer Identifikation (Auto-ID). Die Kennung steckt entweder in einem optisch lesbaren Code oder in einem Funkchip (Transponder).

Barcode (Strichcode)

Ein Barcode codiert Zeichen in der Breite von Strichen und Lücken, er ist eindimensional (1D). Bekannte Codes sind EAN-13/GTIN-13 auf Handelswaren (13 Ziffern mit Prüfziffer) und Code 128 in der Logistik (auch Buchstaben).

• Vorteile: extrem billig (wird einfach mitgedruckt), weltweit standardisiert, von jedem Scanner lesbar.
• Nachteile: wenig Daten (meist nur eine Nummer, keine URL); je mehr Zeichen, desto länger und unhandlicher wird der Code; Scanner muss in Strichrichtung ausgerichtet werden; Sichtkontakt nötig.

Typische Störungsursachen beim Lesen: verschmutzte, zerkratzte oder geknickte Etiketten; zu geringer Kontrast (z. B. dunkler Druck auf dunklem Karton) oder Spiegelungen auf Folie; zu kleiner Druck bzw. zu große Entfernung; verdeckter Code; fehlende Ruhezone links und rechts; Schräglage. Ein Barcode hat keine Fehlerkorrektur, ein beschädigter Strich macht ihn unlesbar; nur die Prüfziffer erkennt einen Lesefehler.

2D-Codes: QR-Code und Data Matrix

Ein QR-Code (Quick Response) speichert Daten in einem Muster aus hellen und dunklen Quadraten (Modulen), er ist zweidimensional. Drei Positionsmarken in den Ecken zeigen dem Lesegerät Lage und Größe. Verwandt ist der quadratische Data Matrix-Code, der in der Industrie auch direkt in Metall gelasert wird.

Gegenüber dem Barcode bietet der QR-Code

• mehr Daten auf kleiner Fläche (bis zu einige 1000 Zeichen, z. B. eine URL, ein Ticket oder WLAN-Zugangsdaten),
• Fehlerkorrektur (Reed-Solomon): Je nach Stufe L, M, Q, H lassen sich etwa 7, 15, 25 oder 30 % beschädigte Fläche rekonstruieren,
• Lesbarkeit aus jeder Richtung, das Lesegerät muss nicht ausgerichtet werden,
• Lesbarkeit mit jeder Smartphone-Kamera.

Wie ein QR-Code mit einer Kamera erfasst wird und wie viele Pixel die Kamera dafür braucht, berechnest Du im Artikel Sensoren und Aktoren einsetzen.

Scanner

Wer nur Barcodes liest, kommt mit einem Laserscanner oder Linear Imager aus (günstiger, einfache Lösung). Sobald QR- oder Data-Matrix-Codes dazukommen, braucht man einen Area Imager. Für unterschiedliche Entfernungen gibt es Optiken für Standard- und Weitbereich, für sehr kleine oder direkt markierte Codes (DPM, Direct Part Marking) spezielle Optiken.

Ein Handscanner in Lager oder Werkstatt ist ein kleiner Computer. Sein Datenblatt nennt unter anderem Betriebssystem, Schutzart (z. B. IP65: staubdicht und gegen Strahlwasser geschützt), Speicher (RAM und Flash), WLAN-Standard (z. B. 802.11ac), WLAN-Sicherheit (WPA2/WPA3 Personal und Enterprise), Scan-Engine, Akkulaufzeit und Fallhöhe. Im PAN verbindet er sich drahtlos per Bluetooth (oder NFC zum Koppeln) und kabelgebunden per USB-C, über eine Ladeschale (Cradle) mit USB oder Ethernet oder seriell (RS-232).

Viele Scanner werden konfiguriert, indem man spezielle Konfigurations-Barcodes aus dem Handbuch scannt. So lässt sich z. B. einstellen, ob gelesene Codes sofort übertragen oder bei fehlender Funkverbindung zwischengespeichert und später nachgesendet werden.

RFID

RFID (Radio-Frequency Identification) identifiziert Objekte berührungslos per Funk. Ein RFID-System besteht aus

• dem Transponder (Tag) am Objekt: ein Mikrochip mit Speicher (eindeutige Kennung, ggf. weitere Daten) und eine Antenne, eingebettet in Etikett, Karte, Schlüsselanhänger oder Gehäuse,
• dem Lesegerät mit Antenne, das ein Feld erzeugt, liest und ggf. schreibt,
• einer Software (Middleware, Datenbank), die die Kennung einem Datensatz zuordnet.

Ein Lesevorgang mit passivem Tag läuft so ab:

1. Der Transponder gelangt in das elektromagnetische Feld des Lesegeräts.
2. Die Antenne des Transponders nimmt Energie aus dem Feld auf und versorgt damit den Chip.
3. Der Chip sendet seine Kennung (und ggf. weitere Daten) zurück, indem er das Feld moduliert (bei UHF: Backscatter, Rückstreuung).
4. Das Lesegerät übergibt die Daten an die Software, die z. B. die Ausleihe oder den Wareneingang bucht.

Die Grafik zeigt diesen Ablauf und zum Vergleich einen aktiven Transponder, der seine Kennung mit eigener Batterie selbst sendet:

Nach der Energieversorgung unterscheidet man:

Nach der Frequenz: LF (125 kHz, induktiv, wenige cm, robust nahe Metall und Wasser), HF (13,56 MHz, induktiv, bis ca. 1 m, Bibliotheken, Ausweise, Basis von NFC) und UHF (865–868 MHz in Europa, Standard EPC Gen2, mehrere Meter, Logistik und Handel).

Gegenüber Codes hat RFID entscheidende Vorteile:

• Lesen ohne Sichtkontakt, durch Verpackung hindurch, auch bei Verschmutzung,
• Pulkerfassung: Viele Tags werden gleichzeitig gelesen (Antikollisionsverfahren), z. B. ein ganzer Bücherstapel oder eine Palette,
• beschreibbarer Speicher für zusätzliche Daten über die Kennung hinaus,
• Etiketten können zusätzlich als Diebstahlsicherung dienen.

Nachteile: Tag und Lesegeräte kosten deutlich mehr als ein gedruckter Code; Metall und Flüssigkeiten stören vor allem UHF; Tags können unbemerkt ausgelesen werden (Datenschutz, Tracking) und müssen am Objekt angebracht werden.

RFID-Ortung bestimmt keine genauen Koordinaten, sondern erkennt, in welcher Lesezone sich ein Tag befindet: Lesegeräte bzw. Antennen spannen Zonen auf (Tor am Wareneingang, Abstellfläche, Schweißzelle). Meldet ein Lesegerät den Tag, ist das Objekt in dieser Zone; aus der Signalstärke (RSSI) mehrerer Antennen lässt sich die Position grob verfeinern. Für größere Distanzen (z. B. 50 m) braucht man aktive Tags, passive reichen nur wenige Meter.

NFC

NFC (Near Field Communication) baut auf HF-RFID mit 13,56 MHz auf (ISO/IEC 14443 und 18092). Eine Spulenantenne erzeugt ein Magnetfeld, die Geräte koppeln induktiv über eine Strecke von nur wenigen Zentimetern und übertragen mit 106 bis 424 kbit/s. Die kurze Reichweite ist Absicht: Die Kommunikation beginnt erst, wenn jemand bewusst zwei Geräte aneinanderhält.

• Aktive NFC-Geräte erzeugen selbst ein Feld, können Verbindungen aufbauen, senden und empfangen: Smartphones, Smartwatches, Kartenterminals, Türleser.
• Passive NFC-Transponder haben keine eigene Energie und werden vom Feld des aktiven Geräts versorgt; sie können keine Verbindung aufbauen, nur antworten: Chipkarten, Schlüsselanhänger, Aufkleber (NFC-Tags).

Ein Smartphone kann NFC in drei Betriebsarten nutzen: als Lesegerät (Tag am Plakat lesen), in der Kartenemulation (Smartphone wird zur Bezahl- oder Zugangskarte) und im seltenen Peer-to-Peer-Modus. Auf Tags stehen die Daten meist im Format NDEF, z. B. eine URL, die das Smartphone öffnet.

Typische Anwendungen sind kontaktloses Bezahlen, Zutrittskontrolle, digitale Tickets, das schnelle Koppeln von Bluetooth-Geräten und Etiketten an Geräten, die eine App oder Anleitung öffnen.

NFC oder QR-Code am Smartphone?

Barcode, QR-Code oder RFID?

In der Praxis wird oft kombiniert: Ein RFID-Etikett trägt zusätzlich einen Barcode im Klartext, damit es auch ohne RFID-Leser lesbar bleibt.

Sicherheit und Datenschutz

Funk ist ein geteiltes Medium: Jede Person in Reichweite kann mithören. Daraus ergeben sich typische Risiken:

• Abhören und Aufzeichnen unverschlüsselter oder schwach verschlüsselter Übertragungen,
• Man-in-the-Middle über gefälschte Access Points (Rogue AP) oder unsichere Bluetooth-Kopplung (Just Works),
• Störung bzw. Ausfall durch andere Funksysteme oder gezielte Störsender (Jamming) – ein Problem für die Verfügbarkeit,
• Relay-Angriffe auf Schlüsselkarten und Funkschlüssel (Signal wird über größere Entfernung weitergereicht),
• Klonen einfacher RFID-Karten, die nur eine feste Kennung senden,
• Tracking von Personen über eindeutige Kennungen (BLE-Adressen, RFID-Tags in Kleidung) – deshalb wechseln Smartphones ihre BLE-Adresse regelmäßig.

Gegenmaßnahmen: aktuelle Verschlüsselung (WPA3, BLE Secure Connections, AES bei LoRaWAN), Authentifizierung mit Challenge-Response statt fester Kennung, Kopplung mit Bestätigung, getrennte Netze (VLAN) für IoT-Geräte, kabelgebundene Anbindung für besonders kritische Geräte und Datenminimierung auf den Tags. Ausführlich: Schutzziele und Sicherheitsrisiken.

Datenmengen und Übertragungsdauer berechnen

Gerade bei langsamen Funktechniken lohnt eine Überschlagsrechnung. Die Grundformel lautet

\text{Datenmenge} = \text{Datenrate} \cdot \text{Zeit}

Beispiel: Ein Handscanner überträgt 250 Datensätze zu je 320 Byte per BLE mit einer nutzbaren Nettodatenrate von 0,25 Mbit/s.

t = \frac{250 \cdot 320 \cdot 8\ \text{bit}}{250.000\ \text{bit/s}} = 2{,}56\ \text{s} = 2.560\ \text{ms}

Achte auf die Einheiten: Byte in Bit umrechnen (· 8), bei Datenraten bedeutet „k“ bzw. „M“ in der Regel 1.000 bzw. 1.000.000, bei Speichergrößen in KiB bzw. MiB 1.024 bzw. 1.048.576. Bei LoRaWAN begrenzt meist nicht die Datenrate, sondern der Duty Cycle, wie oft gesendet werden darf.

Typische Fehler

• „NFC ist eine eigene Technik neben RFID.“ NFC ist eine Weiterentwicklung von HF-RFID bei 13,56 MHz mit zusätzlichen Betriebsarten.
• „Passive Transponder senden selbst.“ Passive Transponder haben weder Batterie noch Sender und antworten nur im Feld eines Lesegeräts.
• „LoRaWAN ortet genau.“ Ohne GPS ist die Position nur auf einige 10 bis mehrere 100 m bekannt.
• „BLE hat eine große Reichweite wie WLAN.“ BLE ist auf kurze Strecken und wenig Energie ausgelegt; wer Daten über ein Werksgelände schicken will, braucht Gateways oder eine andere Technik.
• „Ein QR-Code ist ein besserer Barcode, also immer besser.“ Für eine einfache Artikelnummer und vorhandene Laserscanner ist der Barcode die günstigere und ausreichende Lösung.
• Eigenschaft ohne Situationsbezug: „ZigBee ist ein Mesh“ ist richtig, beantwortet aber nicht, warum es hier passt.

Leitfragen

1. Welche Kriterien entscheiden über die Wahl einer Funktechnik? Antwort

Reichweite, Datenrate, Energiebedarf bzw. -versorgung, Sendehäufigkeit und Latenz, benötigte Infrastruktur, Topologie, Verbreitung in vorhandenen Geräten, Sicherheit und Störfestigkeit sowie Kosten. siehe Abschnitt „Die Grundfragen bei jeder Funkverbindung“

2. Welche Vor- und Nachteile haben die WLAN-Bänder 2,4 GHz und 5 GHz? Antwort

2,4 GHz: größere Reichweite, geringere Dämpfung, von allen Geräten unterstützt, aber wenige Kanäle, viele Störer, geringere Datenrate. 5 GHz: höhere Datenrate, mehr Kanäle, weniger Störungen, aber geringere Reichweite und nicht von allen Geräten unterstützt. siehe Abschnitt „WLAN“

3. Wofür eignet sich LoRaWAN, und wofür nicht? Antwort

Für Sensoren, die selten kleine Datenmengen über große Entfernungen senden und jahrelang mit Batterie laufen sollen. Nicht für ständiges Senden, große Datenmengen, Echtzeit oder präzise Ortung. siehe Abschnitt „LoRaWAN“

4. Wie können zwei Bluetooth-Geräte sich bei der Kopplung authentifizieren? Antwort

Per Passkey/PIN-Eingabe, Numeric Comparison (gleiche Zahl bestätigen) oder Out-of-Band, z. B. durch Scannen eines QR-Codes oder per NFC; „Just Works“ ohne Bestätigung ist unsicher. siehe Abschnitt „Geräte koppeln“

5. Wie unterscheiden sich aktive und passive Transponder? Antwort

Passive Transponder haben keine eigene Energiequelle und werden vom Feld des Lesegeräts versorgt (kurze Reichweite, z. B. Chipkarte, NFC-Tag). Aktive haben eine Batterie bzw. sind selbst aktive Geräte, bauen Verbindungen auf und erreichen größere Distanzen (z. B. Smartphone bei NFC, aktiver RFID-Tag zur Ortung). siehe Abschnitt „RFID“ und Abschnitt „NFC“

6. Welche Vorteile hat ein QR-Code gegenüber einem Barcode, und warum versagen Barcodes manchmal? Antwort

Der QR-Code speichert mehr Daten auf kleinerer Fläche, hat Fehlerkorrektur und ist aus jeder Richtung lesbar. Barcodes versagen bei Verschmutzung oder Beschädigung (keine Fehlerkorrektur), schlechtem Kontrast, zu kleinem Druck, falscher Ausrichtung oder verdeckter Ruhezone. siehe Abschnitt „Barcode (Strichcode)“

7. Welcher Scanner liest welche Codes? Antwort

Laserscanner und Linear Imager lesen nur 1D-Codes (günstig, einfach), Area Imager lesen 1D- und 2D-Codes (schnell, genau, zukunftssicher, teurer). siehe Abschnitt „Scanner“

8. Wie läuft eine Ausleihe per RFID technisch ab? Antwort

Tag gelangt ins Feld des Lesegeräts, wird drahtlos mit Energie versorgt, sendet seine Kennung, das Lesegerät gibt sie an die Software, die die Ausleihe bucht (und die Diebstahlsicherung deaktiviert). siehe Abschnitt „RFID“

Links und weitere Informationen

• Übungen: Übungsaufgaben zu Funk- und Identifikationstechniken

• verwandte Artikel: WLAN planen und absichern, Sensoren und Aktoren einsetzen, MQTT, ESP32: WLAN-Verbindung herstellen

• Normen und Spezifikationen: Bluetooth Core Specification (Bluetooth SIG), LoRaWAN Regional Parameters EU868 (The Things Network), NFC Forum, GS1 Germany: Barcodes und RFID (EPC)

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