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Tracking & Tracing

Studienarbeit

Markus Röttgen

Mai 2008

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Markus

Röttgen

* Studienarbeit -

"Tracking

&

Tracing"

Index

Tabellenverzeichnis II

Abbildungsverzeichnis II

Abkürzungsverzeichnis .. III

1

Einleitung - 1 -

1.1 Problemstellung und Ziel der Arbeit - 1 -

1.2 Vorgehensweise - 1 -

2

Begriffsbestimmung, Einordnung der Arbeit - 2 -

2.1 Begriffsbestimmung - 2 -

2.2 Wissenschaftliche Einordnung des Themas - 3 -

3

Stand der relevanten Techniken - 4 -

3.1 Allgemein - 4 -

3.2 Terrestrische Systeme - 5 -

3.2.1 Allgemeines - 5 -

3.2.2 Barcode - 8 -

3.2.3 RFID - 16 -

3.2.4 Handyortung - 20 -

3.2.5 Wireless Local Area Network (WLAN) - 23 -

3.3 Satelliten gestützte Systeme - 24 -

3.3.1 Arbeitsweise von Satellitennavigation - 24 -

3.3.2 GPS - 27 -

3.3.3 Sonstige Satelliten Systeme - 30 -

4

Anwendungen in der Praxis - 33 -

4.1 Sendungsverfolgung - 33 -

4.1.1 KEP-Dienstleister - 33 -

4.1.2 WLAN-Ortung. - 36 -

4.1.3 Lebensmittelbranche - 38 -

4.2 Telematik - 40 -

4.2.1 Verkehrsinformationen - 40 -

4.2.2 Notruf - 43 -

4.2.3 Mautsysteme - 43 -

4.3 Sonstige Anwendungsgebiete - 46 -

4.3.1 Der elektronische Reisepass - 46 -

4.3.2 Tracking & Tracing von Onlinenutzern - 47 -

4.3.3 RFID im Einzelhandel - 51 -

5

Zusammenfassung - 54 -

6

Quellen - 57 -

I

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Markus

Röttgen

* Studienarbeit -

"Tracking

&

Tracing"

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Übersicht eindimensionaler Barcodes im Handel - 12 -

Tabelle 2: Übersicht eindimensionaler Barcodes in der Industrie - 12 -

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Einteilung der Wissenschaften - 3 -

Abbildung 2: Prinzip der Triangulation, eigene Darstellung - 4 -

Abbildung 3: Prinzip der Trilateration, eigene Darstellung - 5 -

Abbildung 4: Aufbau der

EAN - 6 -

Abbildung 5: Aufbau der

EAN - 7 -

Abbildung 6: Funktionsweise NVE - 8 -

Abbildung 7: Aufbau eines Barcodes - 9 -

Abbildung 8: Übersicht

Codierungsstrukturen mit Codearten - 10 -

Abbildung 9: Codablock - 13 -

Abbildung 10: PDF 417-Barcode - 14 -

Abbildung 11: DataMatrix als "StampIT", eigene Darstellung - 14 -

Abbildung 12: MaxiCode - 14 -

Abbildung 13: Aztec Code auf einem Online Ticket der Deutschen Bahn - 15 -

Abbildung 14: Color Ultra Code - 15 -

Abbildung 15: Funktionsweise 4D Barcodes - 16 -

Abbildung 16: Schematischer Aufbau RFID - 17 -

Abbildung 17: Zellularer Aufbau des GSM Netzes - 20 -

Abbildung 18: Cell-Of-Origin-Verfahren - 21 -

Abbildung 19: Ausnutzung der Feldstärke - 21 -

Abbildung 20: Anzeige der Position bei o2, - 23 -

Abbildung 21: Informations-SMS an das geortete Handy, eigene Darstellung. - 23 -

Abbildung 22: Positionsbestimmung mit 2 Satelliten - 25 -

Abbildung 23: Positionsbestimmung mit 3 Satelliten und Zeitkorrektur - 26 -

Abbildung 24: Konstellation der GPS-Satelliten - 29 -

Abbildung 25: Die Satelliten des Galileo Systems - 30 -

Abbildung 26: Stationen einer Sendung, eigene Darstellung - 34 -

Abbildung 27: Abfrage des Sendungsstatus bei der Deutschen Post - 35 -

Abbildung 28: Positionsbestimmung in Stuttgart Mitte mit Hilfe LOKI 2.0 - 37 -

Abbildung 29: Scannen von Fleischprodukten - 38 -

Abbildung 30: Ansätze des Car2Car Communication Consortiums - 40 -

Abbildung 31: Funktionsweise des TMC-Systems, eigene Darstellung - 41 -

Abbildung 32: Funktionsweise des High Definition Traffic - 42 -

Abbildung 33: Notruftaste in Mercedes S-Klasse - 43 -

Abbildung 34: On Bord Unit (OBU) - 44 -

Abbildung 35: Maut-Kontrollbrücke - 44 -

Abbildung 36: Funktionsweise des deutschen Maut-Systems - 45 -

Abbildung 37: Der Deutsche ePass - 47 -

Abbildung 38: Jeder 5. veröffentlicht persönliche Informationen - 48 -

Abbildung 39: Entwicklung des Marktes für Onlinewerbung - 49 -

Abbildung 40: Personalisierte Werbung auf Google, Screenshot - 50 -

II

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Markus

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"Tracking

&

Tracing"

Abkürzungsverzeichnis

1D

Eindimensional

ILN

Internationale Lokations-

nummer

2D

Zweidimensional

KEP

Kurier-Express-Paket-

Dienste

3D

Dreidimensional

KHz

Kilo-Hertz

4D

Vierdimensional

MAC

Media Access Control

ADAC

Allgemeiner Deutscher

MHz

Mega-Hertz

Automobil-Club

Bsp.

Beispiel

MRZ

Machine Readable Zone

d.h.

Das heißt NAVSTAR-

Navigational Satellite

GPS

Timing and Ranging -

Global Positioning System

DIN

Deutsches Institut für

NVE

Nummer der Versandein-

Normung

heit

DoD

Department of Defense

OBU

On Board Unit

DSRC

Dedicated Short Range

PDT

Programmierbare Daten-

Communication

träger

EAN

RDS

Radio Data Service

European Article Number

EDV

Elektronische Datenver-

RFID

Radio Frequency Identifi-

arbeitung

cation

Etc.

Et cetera

RO

Read Only

EPC

Elektronischer Produkt

RW

Read Write

Code

FDT

Festcodierte Datenträger

SMS

Short Message Service

Glonass

Globalnaya Navigatsion-

TMC

Traffic Message Channel

naya Sputnikovaya Sis-

tema (rus.) übersetzt Glo-

bales Navigations-

Satelliten-System

GS1

GS1 Germany GmbH

UCC

Uniform Code Council

GHz

Giga-Hertz

UTC

Universal Coordinated

Time

GPRS

General Packet Radio

VDI

Verein Deutscher Inge-

Service

nieure

GSM

Global System for Mobile

WLAN

Wireless Local Area Net-

Communications

work

ISO

International Organization

Wi-Fi

Wireless Fidelity

for Standardization

IEEE

Institute of Electrical and

Wi-Fi Positioning Service

Electronics Engineers

WPS

ICAO

International Civil Aviation

Vermarktungsgemein-

Organization

ZNVG

schaft für Zucht- und

Nutzvieh eG

III

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"Tracking

&

Tracing"

1 Einleitung

1.1 Problemstellung und Ziel der Arbeit

Diese Studienarbeit soll einen Überblick über den Stand der Technik im Bereich

Tracking und Tracing geben. Neben aktuellen Technologien (z.B. RFID) werden

Anwendungsgebiete des Tracking und Tracing erläutert, in welchen die Technolo-

gien zum Einsatz kommen. Hier liegt der Focus gezielt darauf, dem Rezipienten

einen breiten Überblick über gänzlich unterschiedliche Anwendungsfelder zu er-

möglichen.

1.2 Vorgehensweise

Nachdem die Problemstellung sowie das Ziel der vorliegenden Arbeit in

Kapitel 1

besprochen wurden, widmet sich

Kapitel 2

der Bestimmung der relevan-

ten Begrifflichkeiten sowie der wissenschaftlichen Einordnung des Themas.

Im Hauptteil beschäftigt sich diese Studienarbeit zunächst mit dem aktuellen

Stand der relevanten Techniken in

Kapitel 3

, sowie darauf aufbauend mit prakti-

schen Anwendungsgebieten für die vorher diskutierten Techniken in

Kapitel 4

.

In

Kapitel 3

wird dabei unterschieden zwischen terrestrischen Systemen, also

Systemen, welche auf der Erde ausgeführt werden, und Satelliten gestützten Sys-

temen, welche eine entsprechende Hardware im Weltall erforderlich machen.

Kapitel 4

hat im Anschluss daran den Anspruch ein möglichst breites Portfolio an

Anwendungsmöglichkeiten darzustellen und zu erläutern.

Mit der Zusammenfassung in

Kapitel 5

schließt die vorliegende Arbeit ab. Die

verwendete Literatur ist in

Kapitel 6

aufgelistet.

- 1 -

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&

Tracing"

2 Begriffsbestimmung, Einordnung der Arbeit

2.1 Begriffsbestimmung

Der Begriff der Rückverfolgbarkeit ist nach ISO-Norm 9000:2000 definiert. Rück-

verfolgbarkeit ist demnach die ,,Fähigkeit, den Werdegang, die Verwendung oder

den Ort des Betrachteten zu verfolgen". Die Rückverfolgbarkeit eines Produktes

kann sich beziehen auf

,,die Herkunft von Werkstoffen und Teilen,

Den Ablauf der Verarbeitung

Die Verteilung und Position des Produktes nach der Auslieferung"1

Rückverfolgbarkeit kann generell unterschieden werden in dem Produktstrom ab-

wärts gerichteter Rückverfolgung (Tracking) sowie dem Produktstrom aufwärts

gerichteter Rückverfolgbarkeit (Tracing). Tracking stellt dabei die Verfolgung eines

Produkts vom Vorlieferanten bis hin zum Endkunden dar. Tracing hingegen defi-

niert den entgegengesetzten Weg, wenn ein Produkt vom Endverbraucher bis hin

zum Vorlieferanten zurückverfolgt werden kann.2

Somit bezeichnet ,,Tracking und Tracing" ein System zur Sendungsverfolgung,

wobei Tracking die Ermittlung des aktuellen Status (Zustand, Ort) bezeichnet. Und

Tracing das Bilden einer Sendungshistorie bedeutet, wenn der genaue Sendungs-

verlauf ex post mit allen wichtigen Ereignissen rekonstruierbar ist. 3

Dazu werden Ladungseinheiten, z.B. Produkte, Pakete, Paletten oder Container,

an ausgewählten Punkten im Transportprozess, wie Sammel- und Verteilpunkten,

identifiziert. Fehlt eine eindeutige Kennzeichnung auf den Ladungseinheiten müs-

sen entsprechende Informationsträger, wie z.B. optische oder elektronische Da-

tenträger, zur Identifizierung an den Ladungseinheiten befestigt werden. Durch die

erfassten Informationen wird der ursprüngliche Sendungsdatensatz um den ak-

tuellen Standort, bzw. Status fortgeschrieben. 4

1 Deutsches Institut für Normung (DIN), 2000, S. 26

2 Vgl. Hollmann-Hespos, 2008, S. 6

3 Vgl. Klaus,Krieger: Gabler Lexikon Logistik,

4 Steckel, B. (2001), S. 66

- 2 -

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Tracing"

2.2 Wissenschaftliche Einordnung des Themas

Die vorliegende Arbeit ist keiner eindeutigen Wissenschaft zuzuordnen, sondern

stellt einen interdisziplinären Ansatz dar. Sie behandelt Themen aus den Berei-

chen Mathematik, Physik, Informatik sowie den Ingenieurswissenschaften. Sie

behandelt demnach, den Naturwissenschaften untergeordnete Wissenschaften.

Die Naturwissenschaften zählen ihrerseits zu den Realwissenschaften, welche

wiederum den Einzelwissenschaften angehören. Die Einzelwissenschaften haben

im Gegensatz zu den Universalwissenschaften (vor allem Theologie und Philoso-

phie) einen begrenzten Gegenstandsbereich.5

Abbildung 1: Einteilung der Wissenschaften6

5 Vgl. o.V. (2007a)

6 Busch, R. (2007)

- 3 -

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3 Stand der relevanten Techniken

3.1 Allgemein

Grundlagen der Positionsbestimmung

Grundsätzlich gibt es zwei bekannte Grundtechniken um die Position eines Ob-

jekts zu bestimmen:

Triangulation:

Man setzt die Kenntnis der Koordinaten mindestens zweier Punkte (Sender) und

die Winkel zwischen ihnen und dem gesuchten Punkt (Empfänger) voraus. Somit

ist es möglich mit zwei Sendern den Ort des Empfängers auf einer zweidimensio-

nalen Karte zu bestimmen. Dafür braucht man allerdings spezielle Antennen mit

präziser Richtwirkung um den Winkel zu erfassen. Aus diesem Grund hat sich die

zweite Methode zur Positionsbestimmung durchgesetzt:

Gesuchter Punkt

Bekannter Punkt #2

Bekannter Punkt #1

Abbildung 2: Prinzip der Triangulation, eigene Darstellung

Trilateration:

Diese Technik setzt die Kenntnis der Koordinaten von mindestens drei bekannten

Punkten und die Entfernung zwischen ihnen und dem gesuchten Punkt voraus. Im

Vergleich zu der Triangulationsmethode brauchen die Antennen keine zusätzliche

Ausrüstung. Der Sender sendet ein Signal mit der Information, wo er sich genau

befindet, und die genaue Uhrzeit. Ist das Signal beim Empfänger angekommen,

vergleicht dieser die beiden Uhrzeiten (wann gesendet / wann angekommen). Aus

der Differenz kann er die Entfernung zum Sender berechnen. Hat er diese Daten

- 4 -

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