任重道遠(yuǎn) RFID測(cè)試面臨挑戰(zhàn)

RFID已經(jīng)成為IT領(lǐng)域的熱點(diǎn)，許多國(guó)家都在不遺余力地推廣這種技術(shù)。然而，盡管RFID技術(shù)在各行各業(yè)中正逐步為人們所認(rèn)識(shí)和重視，但它還是未能走向大規(guī)模應(yīng)用，仍局限于小范圍的示范應(yīng)用。造成這種現(xiàn)狀的根本原因在于，無(wú)論RFID技術(shù)本身還是基于這項(xiàng)技術(shù)所衍生出的各種應(yīng)用系統(tǒng)都還存在著尚未解決的問(wèn)題。這些棘手的問(wèn)題制約了RFID技術(shù)在眾多行業(yè)中應(yīng)用的全面展開(kāi)。因此，在實(shí)際應(yīng)用前對(duì)RFID系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，就會(huì)降低RFID在企業(yè)中部署和應(yīng)用的困難，從而有助于促進(jìn)整個(gè)RFID產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展。

RFID系統(tǒng)測(cè)試通過(guò)模擬應(yīng)用環(huán)境，對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)的RFID設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一環(huán)境的測(cè)試，目的是為企業(yè)實(shí)施RFID技術(shù)提供參考依據(jù)，并為RFID產(chǎn)品和方案的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，方便RFID生產(chǎn)和科研單位加速RFID科技成果的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，完善我國(guó)已初步形成的RFID產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)RFID技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用的發(fā)展。

RFID系統(tǒng)測(cè)試通過(guò)提出RFID技術(shù)的系列測(cè)試方法，建立開(kāi)放式RFID軟硬件產(chǎn)品的聯(lián)合測(cè)試平臺(tái)，制定系列RFID軟硬件產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，形成RFID技術(shù)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系，滿足RFID技術(shù)研究測(cè)試、應(yīng)用測(cè)試等公共服務(wù)需求。

從國(guó)際國(guó)內(nèi)RFID測(cè)試技術(shù)發(fā)展的動(dòng)向來(lái)看，RFID測(cè)試技術(shù)將由功能測(cè)試向性能測(cè)試發(fā)展。性能測(cè)試如: 測(cè)試標(biāo)簽的一致性、物理特性、讀取距離、讀取角度、動(dòng)態(tài)讀取率、調(diào)制深度、可靠性、貼附強(qiáng)度、材料特性（阻燃性、扭曲特性、變形特性、溫度穩(wěn)定性、濕度等）、環(huán)境適應(yīng)性（抗磁場(chǎng)、抗靜電、抗紫外線、抗X射線、抗靜電、交變磁場(chǎng)、交變電場(chǎng)、振動(dòng)、波形失真）、使用壽命等; 測(cè)試讀寫(xiě)器的覆蓋范圍、發(fā)射功率、發(fā)射頻譜、協(xié)議符合性、抗干擾特性、外觀結(jié)構(gòu)、電源適應(yīng)能力、噪聲、安全、EMC無(wú)線電干擾、可靠性、工作溫度、EMS輻射敏感度、環(huán)境適應(yīng)性（振動(dòng)、沖擊、碰撞、耐電強(qiáng)度等）、對(duì)標(biāo)簽的適應(yīng)性、使用壽命等; 測(cè)試讀寫(xiě)器空間布局的合理性、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能（如傳送帶，分揀系統(tǒng)），特殊環(huán)境（金屬，液體）下系統(tǒng)性能，系統(tǒng)安全性，可靠性等。

RFID系統(tǒng)測(cè)試的流程、規(guī)范和方法

研究RFID測(cè)試技術(shù)，最重要的是研究RFID系統(tǒng)測(cè)試的流程、規(guī)范及其方法。根據(jù)國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，我們總結(jié)了測(cè)試流程及方法的總體結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

根據(jù)總體結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)流程及方法具體如下:

在每個(gè)托盤上貼上具有惟一編碼的射頻標(biāo)簽，用讀寫(xiě)器識(shí)別各個(gè)托盤。三種閱讀模式如圖2所示。需要說(shuō)明的是: 在端口閱讀模式中，靜態(tài)閱讀方式是指端口天線固定，由遠(yuǎn)及近調(diào)整托盤到端口的距離，在某一位置上端口天線可以識(shí)別出射頻標(biāo)簽時(shí)，端口天線到托盤的距離即為端口天線的閱讀距離（Read Range）; 而動(dòng)態(tài)閱讀方式則是指端口天線固定，以人工步行速度或者傳送帶上可調(diào)速度通過(guò)端口時(shí)，端口天線對(duì)托盤的識(shí)別性能（是否可讀？如果可讀，Read Range的變化）。

包裝箱級(jí)識(shí)別（case level）

1．單個(gè)包裝箱識(shí)別

包裝箱貼上具有惟一編碼的射頻標(biāo)簽，放置于托盤上面，用讀寫(xiě)器識(shí)別包裝箱。三種閱讀模式均與托盤級(jí)識(shí)別相同。

每個(gè)包裝箱貼上具有惟一編碼的射頻標(biāo)簽，將多個(gè)包裝箱同時(shí)放置于托盤上面，用讀寫(xiě)器識(shí)別各個(gè)包裝箱?？梢宰R(shí)別出的包裝箱的數(shù)目占所有包裝箱數(shù)目的百分?jǐn)?shù)稱為閱讀率。三種閱讀模式中通過(guò)測(cè)試包裝箱的閱讀率衡量其性能。需要注意的是: 每種閱讀模式下，通過(guò)改變各個(gè)包裝箱的擺放位置，調(diào)整各個(gè)標(biāo)簽的擺放位置，觀測(cè)性能的變化，如圖3～5所示各種情況: 圖3與圖4相比，標(biāo)簽離托盤外沿的平均距離較遠(yuǎn)，圖5中，兩個(gè)包裝箱上的標(biāo)簽相鄰。而在端口識(shí)別模式的靜態(tài)識(shí)別中，端口天線固定，由遠(yuǎn)及近調(diào)整托盤到端口的距離，在某一位置上端口天線對(duì)射頻標(biāo)簽有100%的閱讀率時(shí)，端口天線到托盤的距離即為端口天線的閱讀距離。

單品級(jí)識(shí)別（item level）

托盤上有三種貨品排列形式，均勻的貨品排列、復(fù)合的貨品排列、異質(zhì)的貨品排列。這三種貨品排列形式互補(bǔ)而又呈現(xiàn)復(fù)雜度上的遞增，比較它們?cè)谙率龈鞣N測(cè)試情況下讀

1．均勻的貨品排列

包裝箱中的各個(gè)單品上貼上具有惟一編碼的射頻標(biāo)簽，用讀寫(xiě)器識(shí)別單品?？梢宰R(shí)別出單品的數(shù)目占所有單品數(shù)目的百分?jǐn)?shù)稱為閱讀率。分別在三種閱讀模式閱讀中通過(guò)測(cè)試單品的閱讀率衡量其性能。需要注意的是: 每種閱讀模式下，通過(guò)使用不同材料和包裝的單品，觀測(cè)讀寫(xiě)器性能的變化; 通過(guò)改變標(biāo)簽的放置，觀測(cè)讀寫(xiě)器性能的變化。

2．復(fù)合的貨品排列

同均勻的貨品排列。

3．異質(zhì)的貨品排列

同均勻的貨品排列。

RFID測(cè)試規(guī)范

測(cè)試中需要對(duì)標(biāo)簽測(cè)試、讀寫(xiě)器測(cè)試、空中接口一致性測(cè)試、協(xié)議一致性測(cè)試、中間件測(cè)試等進(jìn)行規(guī)范。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試，測(cè)試待測(cè)目標(biāo)是否符合某項(xiàng)國(guó)內(nèi)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（例如ISO18000標(biāo)準(zhǔn)）定義的空中接口協(xié)議。具體內(nèi)容包括讀寫(xiě)器功能測(cè)試（讀寫(xiě)器調(diào)制方式測(cè)試、讀寫(xiě)器解調(diào)方式和返回時(shí)間測(cè)試、讀寫(xiě)器指令測(cè)試）和標(biāo)簽功能測(cè)試（包括標(biāo)簽解調(diào)方式和返回時(shí)間測(cè)試，標(biāo)簽反應(yīng)時(shí)間測(cè)試，標(biāo)簽反向散射測(cè)試，標(biāo)簽返回位準(zhǔn)確率測(cè)試，標(biāo)簽返回速率測(cè)試等）。

對(duì)于可互操作性測(cè)試，測(cè)試待測(cè)設(shè)備與其他設(shè)備的協(xié)同工作能力。例如: 待測(cè)品牌的讀寫(xiě)器對(duì)其他電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)能力，待測(cè)品牌的電子標(biāo)簽在其他讀寫(xiě)器的有效工作距離范圍內(nèi)的讀寫(xiě)特性，待測(cè)品牌的讀寫(xiě)器讀取其他讀寫(xiě)器寫(xiě)入標(biāo)簽的數(shù)據(jù)等等。測(cè)試又可分為單讀寫(xiě)器對(duì)單標(biāo)簽，單讀寫(xiě)器對(duì)多標(biāo)簽，多讀寫(xiě)器對(duì)單標(biāo)簽，多讀寫(xiě)器對(duì)多標(biāo)簽等不同的環(huán)境。

對(duì)于性能測(cè)試具體內(nèi)容有RFID標(biāo)簽測(cè)試、RFID讀寫(xiě)器測(cè)試和RFID系統(tǒng)測(cè)試。RFID標(biāo)簽測(cè)試包括工作距離測(cè)試、標(biāo)簽天線方向性測(cè)試、標(biāo)簽最小工作場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試、標(biāo)簽返回信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試、抗噪聲測(cè)試、頻帶寬度測(cè)試、各種環(huán)境下標(biāo)簽讀取率測(cè)試、標(biāo)簽讀取速度測(cè)試等; RFID讀寫(xiě)器測(cè)試包括靈敏度測(cè)試，發(fā)射頻譜測(cè)試等; RFID系統(tǒng)測(cè)試包括電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，測(cè)試不同參數(shù)（改變標(biāo)簽的移動(dòng)速度、附著材質(zhì)、數(shù)量、環(huán)境、方向、操作數(shù)據(jù)小、以及多標(biāo)簽的空間組合方案等）的系統(tǒng)通信距離、系統(tǒng)通信速率。

測(cè)試數(shù)據(jù)分析

RFID系統(tǒng)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)體系系統(tǒng)性能指標(biāo)包括以下幾種:

Identification range（確認(rèn)范圍）

Identification rate（確認(rèn)率）

Read range（讀取范圍）

Read rate（讀取率）

Write range（寫(xiě)入范圍）

Write rate（寫(xiě)入率）

tag population（標(biāo)簽數(shù)量）

tags per second（指每秒可讀出標(biāo)簽的數(shù)目）

對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，可以通過(guò)采用軟件如Matlab進(jìn)行繪制圖表進(jìn)行分析，找出雜亂的數(shù)據(jù)中的規(guī)律性。比如在單品級(jí)標(biāo)簽性能測(cè)試中，對(duì)于標(biāo)簽貼在不同單品上其性能的對(duì)比，可以通過(guò)先分別對(duì)標(biāo)簽在各種單品進(jìn)行測(cè)試，最后用軟件繪圖進(jìn)行對(duì)比。

RFID設(shè)備部署方案與系統(tǒng)架構(gòu)的仿真

隨著RFID系統(tǒng)的深入應(yīng)用，對(duì)于RFID設(shè)備部署方案和系統(tǒng)架構(gòu)的測(cè)試驗(yàn)證已成為重要需求。RFID系統(tǒng)一般由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，由標(biāo)簽、讀寫(xiě)器組成的無(wú)線

仿真測(cè)試平臺(tái)提供圖形化的組件，提供虛擬讀寫(xiě)器、標(biāo)簽、TCP/IP連接等各種組件，生成RFID部署方案和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，通過(guò)內(nèi)置的RFID協(xié)議、無(wú)線組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)仿真功能，對(duì)RFID設(shè)備部署方案測(cè)試其部署可行性，主要從RFID性能和約束兩方面進(jìn)行分析。對(duì)RFID網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)分析其服務(wù)性能，主要是采用負(fù)載測(cè)試的方法。在虛擬測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)關(guān)鍵性能結(jié)點(diǎn)再進(jìn)行場(chǎng)景實(shí)物測(cè)試，以保證測(cè)試結(jié)果的可信度。

仿真測(cè)試平臺(tái)內(nèi)容包括: RFID讀寫(xiě)器、天線、標(biāo)簽及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的仿真模型，圖形化設(shè)備部署組態(tài)界面的開(kāi)發(fā)，虛擬RFID環(huán)境的開(kāi)發(fā)，RFID協(xié)議仿真的開(kāi)發(fā)，RFID與傳感網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的仿真開(kāi)發(fā)。

仿真的基本步驟如下:

第一步，采用RFID標(biāo)簽建模工具，對(duì)電子標(biāo)簽單獨(dú)建模，分析標(biāo)簽的各種屬性（回波損耗、方向性等），選擇部分最優(yōu)設(shè)計(jì)待用;

第二步，對(duì)RFID讀寫(xiě)器和天線建模，分析讀寫(xiě)器和天線的各種屬性（讀取范圍、最快響應(yīng)時(shí)間等），選擇部分最優(yōu)設(shè)計(jì)待用;

第三步，建立RFID應(yīng)用環(huán)境的仿真，通過(guò)測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出該環(huán)境下多種材質(zhì)的電磁反射與吸收情況，給出應(yīng)用所能使用的部分最佳布局;

第四步，使用第三步所選擇的布局在應(yīng)用環(huán)境中部署第一、二步所選擇出的RFID讀寫(xiě)器、天線和定義標(biāo)簽的參數(shù)(運(yùn)動(dòng)方向、速度、數(shù)量等);

第五步，建立網(wǎng)絡(luò)模型和通信協(xié)議，使得設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與業(yè)務(wù)邏輯模塊之間、業(yè)務(wù)邏輯模塊與上層應(yīng)用系統(tǒng)之間交互，完成對(duì)整個(gè)應(yīng)用的仿真;

第六步，對(duì)仿真進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)該應(yīng)用模型的性能、效果、可能產(chǎn)生的瓶頸。

參數(shù)可控、可重構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)物理應(yīng)用的測(cè)試環(huán)境

客觀性、可控性、可重構(gòu)、靈活性是建設(shè)可模擬現(xiàn)場(chǎng)物理應(yīng)用的測(cè)試環(huán)境的關(guān)鍵需求，配置先進(jìn)的測(cè)試儀器、輔助設(shè)備可在一定程度上保證測(cè)試結(jié)果的客觀性，通

實(shí)驗(yàn)環(huán)境的基本單元包括:

門禁單元: 門禁單元由RFID讀寫(xiě)器，可調(diào)整天線位置的門架等組成，可模擬物流的進(jìn)庫(kù)，出庫(kù)，人員進(jìn)出控制等場(chǎng)景。

傳送帶綜合測(cè)試單元: 傳送帶綜合測(cè)試單元由可調(diào)速傳送帶，傳送帶附屬天線架，天線架屏蔽罩，配套控制軟件系統(tǒng)等組成，可模擬生產(chǎn)領(lǐng)域的流水線，郵政的郵包分揀等所有涉及傳送帶的應(yīng)用場(chǎng)景。

機(jī)械手測(cè)試單元: 機(jī)械手測(cè)試單元主要由四自由度機(jī)械手組成，可模擬各種標(biāo)簽在一定空間范圍內(nèi)的移動(dòng)。

高速測(cè)試單元: 高速測(cè)試單元主要由高速滑車組成，用于測(cè)試高速運(yùn)動(dòng)標(biāo)簽的讀取性能，可模擬高速公路上的不停車收費(fèi)等應(yīng)用。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)測(cè)試單元: 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)測(cè)試單元主要由服務(wù)器、路由器、無(wú)線AP等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，通過(guò)在這些設(shè)備的不同組合和設(shè)置，可模擬多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以驗(yàn)證實(shí)際網(wǎng)絡(luò)是否可以承受RFID的海量數(shù)據(jù)。

智能貨架測(cè)試單元: 智能貨架測(cè)試單元主要由貨架、RFID設(shè)備、智能終端等組成，可測(cè)試倉(cāng)庫(kù)中貨物的定位技術(shù)，零售業(yè)商品的自動(dòng)補(bǔ)貨、智能導(dǎo)購(gòu)系統(tǒng)。

集裝箱貨柜測(cè)試單元: 集裝箱貨柜測(cè)試單元由溫濕度可調(diào)的集裝箱、傳感器、GPRS、智能終端等組成，用于測(cè)試供應(yīng)鏈可視化系統(tǒng)，模擬監(jiān)測(cè)陸運(yùn)，海運(yùn)過(guò)程中運(yùn)用RFID技術(shù)對(duì)集裝箱內(nèi)貨物的監(jiān)控。

例如在基本的供應(yīng)鏈場(chǎng)景下，運(yùn)用門禁測(cè)試單元、傳送帶綜合測(cè)試單元、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)單元和機(jī)械手單元組合成一個(gè)完整的測(cè)試場(chǎng)景，如圖7所示。