軟硬結(jié)合 嚴(yán)守流程—RFID測(cè)試體系與規(guī)范的建立

 解決RFID項(xiàng)目所遇到問(wèn)題的關(guān)鍵，就是需要研究開發(fā)一套先進(jìn)的、能體現(xiàn)典型場(chǎng)景的技術(shù)測(cè)試軟件和完整的示范應(yīng)用框架。在模擬現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景下，裝備基于射頻識(shí)別開關(guān)的大門、傳送帶、貨架以及其他能夠運(yùn)用射頻識(shí)別的代表物，通過(guò)一系列測(cè)試試驗(yàn)來(lái)評(píng)估RFID技術(shù)并檢測(cè)其可靠性。

由于RFID項(xiàng)目的故障率非常高，可能會(huì)碰到多個(gè)物品堆積時(shí)由于相互干擾而造成識(shí)別率降低所帶來(lái)的防碰撞問(wèn)題；多個(gè)閱讀器多通道同時(shí)讀取時(shí)物品群的去重問(wèn)題；由于電子標(biāo)簽所附物品的介質(zhì)不同對(duì)無(wú)線信息的干擾造成的性能下降；RFID在安全架構(gòu)方面的問(wèn)題（如防止標(biāo)簽的復(fù)制問(wèn)題、標(biāo)簽自銷毀問(wèn)題）等。因此在實(shí)施RFID之前，進(jìn)行一些測(cè)試及錯(cuò)誤試驗(yàn)是絕對(duì)有必要的。

要建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而權(quán)威的RFID測(cè)試環(huán)境，就必須從硬件和軟件環(huán)境兩方面入手，要綜合考慮位置、距離、溫度、濕度、干擾等諸多影響因素，建立一個(gè)多角度的測(cè)試環(huán)境；另一方面，在測(cè)試軟件上，要考慮到可針對(duì)不同廠家的RFID產(chǎn)品的通用測(cè)試程序。此外，在測(cè)試過(guò)程中還應(yīng)嚴(yán)格遵守一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試規(guī)范進(jìn)行。

測(cè)試硬件環(huán)境的建立

RFID產(chǎn)品測(cè)試硬件環(huán)境包含以下幾個(gè)主要方面：

測(cè)試場(chǎng)地。由于RFID產(chǎn)品性能參數(shù)不同，其讀取范圍也從幾厘米到幾十米、上百米不等，需要有多樣的測(cè)試場(chǎng)地；

基本測(cè)試設(shè)備。如用于放置標(biāo)簽的貨箱、托盤、叉車、集裝箱等；

數(shù)據(jù)采集設(shè)備。包括用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)的溫/濕度計(jì)、場(chǎng)強(qiáng)儀、測(cè)速儀等；

數(shù)據(jù)分析設(shè)備，如頻譜分析儀、電子計(jì)算機(jī)及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析軟件。

除此之外，在部分測(cè)試過(guò)程中還可能需要用到特殊設(shè)備，如要研究產(chǎn)品在無(wú)干擾環(huán)境下的表現(xiàn)就需要對(duì)外界信號(hào)進(jìn)行屏蔽，這就需要屏蔽室或電波暗室。

測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)

1. 總體設(shè)計(jì)

（1）總體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行RFID測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程中，應(yīng)該遵循以下基本準(zhǔn)則：

● 設(shè)計(jì)方案的正確性、先進(jìn)性、可行性和經(jīng)濟(jì)性；

● 系統(tǒng)組成、系統(tǒng)要求及接口協(xié)調(diào)的合理性；

● 系統(tǒng)與各子系統(tǒng)間技術(shù)接口的協(xié)調(diào)性；

● 采用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的合理性；

● 系統(tǒng)可靠性、維修性、安全性要求是否合理；

● 關(guān)鍵技術(shù)的落實(shí)解決情況；

● 編制的質(zhì)量計(jì)劃是否可行。

以上的規(guī)范要求RFID測(cè)試軟件具有更高的效率以及更好的可拓展性、可移植性。如在封裝讀寫器API函數(shù)的時(shí)候，應(yīng)考慮到今后用到的讀寫器類型的復(fù)雜性，方便生成的DLL庫(kù)文件對(duì)于其他讀寫器的拓展，我們采用抽象類與繼承的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)各讀寫器API函數(shù)的封裝。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

RFID測(cè)試軟件從根本上說(shuō)就是監(jiān)察物理層，然后在操作層上搜集數(shù)據(jù)，最后將其應(yīng)用于商業(yè)層面上的操作。軟件總體從分布式應(yīng)用系統(tǒng)的角度設(shè)計(jì)，具有如下的特點(diǎn)：能夠與用戶進(jìn)行交互；處理特定的業(yè)務(wù)功能；在存儲(chǔ)介質(zhì)中保存它的狀態(tài)。因此，該軟件在架構(gòu)上分為三層：表現(xiàn)層、事務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)服務(wù)層。

RFID測(cè)試軟件總體由總控制臺(tái)和分布的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)組成（如圖1所示），總控制臺(tái)與各個(gè)測(cè)試點(diǎn)通過(guò)Web服務(wù)進(jìn)行信息通信。

（3）總控制臺(tái)服務(wù)器端設(shè)計(jì)

總控制臺(tái)服務(wù)端完成的主要任務(wù)有：

● 完成各個(gè)測(cè)試點(diǎn)客戶端的注冊(cè)，登記測(cè)試類型等參數(shù)；

● 完成測(cè)試系統(tǒng)中采用的所有類型電子標(biāo)簽的注冊(cè)；

● 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控分布在各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的狀態(tài)；

● 數(shù)據(jù)的分析和處理。分析RFID測(cè)試指標(biāo)與各個(gè)影響因素的關(guān)系，找出該測(cè)試性能隨各因素變化的影響規(guī)律。

總控制臺(tái)服務(wù)端主要功能則包括“顯示”、注冊(cè)登記、數(shù)據(jù)分析和處理等功能模塊。

（4）測(cè)試點(diǎn)客戶端設(shè)計(jì)

測(cè)試點(diǎn)客戶端完成的主要任務(wù)有：

● 創(chuàng)建客戶端的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試任務(wù)；

● 打開讀寫器，建立客戶端與讀寫器、標(biāo)簽之間的信息通道；

● RFID前端數(shù)據(jù)采集；

● RFID后臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸和處理；

● 生成讀寫器與標(biāo)簽的讀寫性能報(bào)表；

● 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地與總控制臺(tái)傳輸信息。

測(cè)試點(diǎn)客戶端主要功能包括數(shù)據(jù)采集、性能分析等功能。

2. 測(cè)試軟件測(cè)試流程

RFID測(cè)試軟件是基于Web Services開發(fā)的分布式應(yīng)用軟件。整套測(cè)試軟件針對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景下物流系統(tǒng)性能進(jìn)行研究，也就是設(shè)計(jì)一些典型應(yīng)用場(chǎng)景，如超市、高速公路收費(fèi)場(chǎng)景，通過(guò)RFID系統(tǒng)在場(chǎng)景下的測(cè)試結(jié)果研究多個(gè)RFID通道之間的空間分布及互相影響，并通過(guò)多點(diǎn)RFID系統(tǒng)驗(yàn)證研究點(diǎn)到點(diǎn)之間RFID信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、效率和可靠性。

軟件測(cè)試流程為:首先，客戶機(jī)啟動(dòng)測(cè)試應(yīng)用程序，依據(jù)測(cè)試任務(wù)提出服務(wù)請(qǐng)求；各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的客戶機(jī)測(cè)試程序控制讀寫器完成各種參數(shù)的測(cè)量，調(diào)用Web Services，把各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的狀態(tài)和過(guò)濾后的測(cè)試數(shù)據(jù)傳給服務(wù)器端，并存入SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。

產(chǎn)品測(cè)試規(guī)范

測(cè)試過(guò)程并不是自由的，對(duì)于不同產(chǎn)品的測(cè)試報(bào)告，其可比性是建立在相同的測(cè)試條件和測(cè)試程序基礎(chǔ)上的。因此，應(yīng)該有一套完整的測(cè)試規(guī)范來(lái)控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程。

1. 測(cè)試出發(fā)點(diǎn)

從應(yīng)用出發(fā)，根據(jù)影響讀取率的因素逐一進(jìn)行測(cè)試，如速度、介質(zhì)、環(huán)境、標(biāo)簽方向、干擾等。

2. 測(cè)試流程

目前，針對(duì)RFID標(biāo)簽讀取率的靜態(tài)測(cè)試流程如下：

（1）布置測(cè)試環(huán)境

選擇一個(gè)合適的測(cè)試場(chǎng)地，首先應(yīng)保證盡量減少外界干擾，如附近不能有向外發(fā)射電磁信號(hào)的設(shè)備，避免在測(cè)試場(chǎng)地布置與測(cè)試無(wú)關(guān)的金屬制品，因?yàn)樗鼈儗?duì)天線所發(fā)出的信號(hào)影響較大，可能改變天線所發(fā)出電磁波的分布，進(jìn)而影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

布置測(cè)試用標(biāo)簽、貨箱及讀寫器，不同的測(cè)試需要用到不同材料的貨箱，根據(jù)目前物流行業(yè)的應(yīng)用，金屬、塑料、木質(zhì)和紙質(zhì)貨箱應(yīng)用最廣泛，這幾種貨箱對(duì)讀取率的影響不同，在同一次測(cè)試中，應(yīng)保證貨箱材料的統(tǒng)一，最好使用相同的貨箱才能最大限度地保證測(cè)試結(jié)果不受影響。特別是在對(duì)不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)簽和讀寫器進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，這一點(diǎn)更加重要，因?yàn)閺墓に嚱嵌瘸霭l(fā)，即使是相同規(guī)格的不同貨箱從外形尺寸、材料分布上也不可能做到完全相同，而有些參數(shù)對(duì)于讀取率的影響是不能忽視的，因此本著客觀公正的原則，在這種情況下，應(yīng)保證測(cè)試所用貨箱、放置位置、外界環(huán)境的一致性。

（2）記錄環(huán)境數(shù)據(jù)

記錄測(cè)試時(shí)間，測(cè)試時(shí)的溫度、濕度及外界場(chǎng)強(qiáng)。

（3）測(cè)試不同位置的讀取率

改變標(biāo)簽與天線的相對(duì)位置，分別記錄各個(gè)位置的讀取率，并做記錄。在每次測(cè)試過(guò)程中，最多只能改變一項(xiàng)測(cè)試參數(shù)。

如研究標(biāo)簽與天線距離對(duì)讀取率的影響時(shí)，則把距離向量作為惟一的變量，將測(cè)試結(jié)果填入讀取率與距離關(guān)系表格。用于計(jì)算讀取率的讀取結(jié)果應(yīng)保證一定數(shù)量，目前我們所采用的是每個(gè)位置讀取500次，用讀取成功的次數(shù)和讀取總數(shù)計(jì)算讀取率。這樣，就可以降低由于特殊情況造成的讀取率變化對(duì)最終結(jié)果的影響。在距離變化上，一般以10cm為單位遞增，但這并不是固定的，在讀取率比較穩(wěn)定的情況下，可以適當(dāng)增加距離變化的幅度，而在讀取率發(fā)生變化的過(guò)程中，為了更加準(zhǔn)確地得到讀取率隨距離變化的規(guī)律，就應(yīng)該減小這一數(shù)值。測(cè)試范圍應(yīng)從讀取率為100%開始直至讀取率降為0，其采樣點(diǎn)應(yīng)盡可能多，這樣才能如實(shí)反映讀取率與距離的關(guān)系。

此外，還應(yīng)研究標(biāo)簽方向?qū)ψx取率的影響，改變標(biāo)簽的方向，與前面所說(shuō)的過(guò)程類似，記錄下標(biāo)簽在不同放置方向的情況下其讀取率與距離的關(guān)系。由于實(shí)際應(yīng)用中貨箱的形狀及擺放都是筆直的，因此在測(cè)試過(guò)程中也可以忽略標(biāo)簽傾斜的情況，而只研究標(biāo)簽與天線平行或垂直的情況。

這一測(cè)試過(guò)程只是最簡(jiǎn)單的流程，在實(shí)際測(cè)試中可根據(jù)情況增加測(cè)試項(xiàng)目，如在標(biāo)簽與天線之間放置木板、紙版、金屬板，從而得到在有障礙的情況下的讀取率數(shù)據(jù)。也可以將標(biāo)簽與天線的位置固定，而改變周圍的環(huán)境，來(lái)研究環(huán)境對(duì)讀取率的影響。

（4）分析測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試所得到的數(shù)據(jù)，可以輸入電腦，使用相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行分析，或轉(zhuǎn)化為圖表，使結(jié)果更加直觀地反映出來(lái)。而多次測(cè)試的結(jié)果還可以匯總起來(lái)。對(duì)這些數(shù)據(jù)和圖表進(jìn)行歸納和總結(jié)，可以得到影響讀取率的眾多因素中，哪些是最主要的，哪些影響相對(duì)小一些，這對(duì)于進(jìn)一步改善產(chǎn)品性能，指導(dǎo)產(chǎn)品的應(yīng)用都是十分重要的。

小資料

國(guó)內(nèi)外RFID測(cè)試研究現(xiàn)狀

國(guó)外

由于巨大利益的驅(qū)使，Sun、IBM、UPS、Microsoft等IT和物流行業(yè)巨頭已經(jīng)重金投入RFID的測(cè)試和解決方案的開發(fā)，試圖從中占有一席之地?！?

美國(guó)聯(lián)合包裹服務(wù)公司（UPS）目前正在進(jìn)行多項(xiàng)RFID測(cè)試。在其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，UPS公司把RFID貨運(yùn)標(biāo)簽放在可重復(fù)使用的集裝箱中，這些集裝箱用來(lái)裝運(yùn)小型或形狀不規(guī)則的貨物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不規(guī)則形狀的包裹上使用RFID標(biāo)簽可以提高讀取速率；還有一個(gè)試驗(yàn)是在位于羅斯韋爾的工廠里進(jìn)行的，RFID標(biāo)簽被放置在車輛上，以測(cè)試在不同的天氣條件下標(biāo)簽的工作情況如何，以及在不同的車輛速度和閱讀距離下，RFID獲取信息的準(zhǔn)確度如何。

IBM也在美國(guó)馬里蘭州興建了RFID測(cè)試中心并宣布這個(gè)測(cè)試中心可作為沃爾瑪?shù)雀骷覐S商將RFID導(dǎo)入例行操作之前的測(cè)試場(chǎng)地。Sun則在整合了硬件、軟件和服務(wù)后推出了多層的Sun EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并在全球各地部署了多個(gè)RFID測(cè)試中心。

中國(guó)

目前，各國(guó)都在積極開展RFID技術(shù)和設(shè)備的測(cè)試工作。為了更從容地參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)也已經(jīng)開始著手建立自己的RFID測(cè)試中心。其中中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所的RFID研究中心和Auto-ID中國(guó)實(shí)驗(yàn)室就是起步比較早的兩個(gè)。

1.中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所RFID測(cè)試實(shí)驗(yàn)室

去年10月，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所RFID研究中心與北京中交國(guó)科物流技術(shù)發(fā)展有限公司在國(guó)家863計(jì)劃支持下建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)國(guó)家級(jí)RFID測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，目的是通過(guò)較為完善的實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境測(cè)試RFID關(guān)鍵技術(shù)的多項(xiàng)可靠性指標(biāo)，最終總結(jié)出可靠性測(cè)試的評(píng)測(cè)體系，為進(jìn)一步的研究工作提供基本數(shù)據(jù)并引導(dǎo)研發(fā)方向。

目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)以RFID技術(shù)在物流行業(yè)為出發(fā)點(diǎn)，首先建立了一個(gè)面向物流應(yīng)用的測(cè)試環(huán)境，包括物流領(lǐng)域中智能倉(cāng)庫(kù)、商品配送、運(yùn)輸管理等多個(gè)模擬環(huán)境。

在技術(shù)測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)室針對(duì)高頻、超高頻和微波頻段的不同設(shè)備和產(chǎn)品分別進(jìn)行性能和可靠性測(cè)試，通過(guò)對(duì)它們?cè)诓煌橘|(zhì)、不同材料、不同磁場(chǎng)、不同速度、不同距離、不同障礙等條件下的讀取率進(jìn)行記錄和整理，研究各種標(biāo)簽及讀寫器的性能，從而得到一份完整全面的系統(tǒng)評(píng)測(cè)報(bào)告。此外，實(shí)驗(yàn)室還將研究多個(gè)閱讀器和多個(gè)標(biāo)簽下的信號(hào)的時(shí)空分布模型和防干擾處理算法。在應(yīng)用測(cè)試中，主要是對(duì)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究，并試圖找到解決方案，包括客戶應(yīng)用的設(shè)備和實(shí)際環(huán)境、不同頻段所表現(xiàn)的不同性能、標(biāo)簽容量大小對(duì)業(yè)務(wù)和系統(tǒng)的影響、主動(dòng)標(biāo)簽、半主動(dòng)標(biāo)簽與被動(dòng)標(biāo)簽的選擇、系統(tǒng)性能和業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)的實(shí)現(xiàn)、復(fù)雜環(huán)境下的電磁干擾問(wèn)題、與現(xiàn)有條形碼的共存問(wèn)題，以及與企業(yè)原有系統(tǒng)，如ERP等商業(yè)應(yīng)用軟件進(jìn)行無(wú)縫連接等。

2.Auto-ID中國(guó)實(shí)驗(yàn)室

坐落在上海復(fù)旦大學(xué)專用集成電路與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Auto-ID中國(guó)實(shí)驗(yàn)室建立了一個(gè)開放的RFID演示平臺(tái)，可結(jié)合應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行理論分析和基礎(chǔ)研究，為建立EPC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)RFID標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù)。整個(gè)演示系統(tǒng)包括一個(gè)完整的供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)場(chǎng)景所需的兩個(gè)場(chǎng)所（制造商分銷中心或發(fā)貨倉(cāng)，零售商分銷中心或受貨倉(cāng)），每個(gè)場(chǎng)所具有一個(gè)通道和至少兩個(gè)側(cè)門，不同的樣品將貼上RFID 標(biāo)簽通過(guò)這個(gè)通道。通過(guò)評(píng)估RFID 標(biāo)簽和側(cè)門的工作性能和樣品材料之間的干擾，為標(biāo)準(zhǔn)制訂和產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供有效的參考。