RFID 系統(tǒng)測試探秘

 目前，用戶對于RFID的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用已經(jīng)有了比較多的了解，但對于RFID系統(tǒng)的測試及其重要性重視不夠。由于應(yīng)用環(huán)境影響和干擾RFID正常工作的因素較為復(fù)雜，很多RFID系統(tǒng)工作在較嚴(yán)苛的環(huán)境中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)可能造成重大損失。因此，建立和實(shí)施科學(xué)、合理的測試規(guī)范、流程和方法是提高RFID應(yīng)用成功率的重要保證。  

本期專題我們特別邀請中國科學(xué)院自動化所RFID研究中心的專家介紹RFID系統(tǒng)測試方面的最新信息和所面臨的問題與挑戰(zhàn)，以饗讀者。  



■  中科院自動化所RFID研究中心  劉禹  譚杰  趙健 

RFID系統(tǒng)測試必不可少 

由于RFID系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)場環(huán)境大多比較復(fù)雜，如需經(jīng)歷反復(fù)擊打、高溫或低溫、油污影響等傳統(tǒng)條碼無法勝任的場合，因此，必須要考慮到RFID設(shè)備的故障率問題。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行過程中，諸如多個物品堆積時相互干擾而造成讀取率下降、讀寫器部署不當(dāng)引起的重復(fù)信息讀取、電子標(biāo)簽所附物品的介質(zhì)對電磁信號的干擾、安全架構(gòu)考慮不周造成非法讀取等問題，都會影響系統(tǒng)整體的應(yīng)用效果，甚至打擊最終用戶對RFID技術(shù)本身的信心。通常在設(shè)備上線調(diào)試之初，我們一般把設(shè)備（包括電子標(biāo)簽、讀寫器、網(wǎng)絡(luò)和軟件）不能正常處理信號的概率保守地設(shè)為5%左右。因此，在投資和實(shí)施RFID解決方案之前，按照測試方法和流程進(jìn)行一定的測試及仿真試驗(yàn)是必要的。例如，確定物體表面電子標(biāo)簽的最佳粘貼位置以及包裝材料選擇等，這對保證正式上線后系統(tǒng)讀取率的準(zhǔn)確性和連續(xù)性的作用是非常明顯的。  
   
RFID系統(tǒng)測試的主要內(nèi)容 

RFID技術(shù)系統(tǒng)需要測試的主要內(nèi)容包括標(biāo)簽測試、讀寫器測試、空中接口一致性測試、協(xié)議一致性測試等多個方面。 

標(biāo)準(zhǔn)符合性測試 

標(biāo)準(zhǔn)符合性測試是測試待測目標(biāo)是否符合某項(xiàng)國內(nèi)或國際標(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: 

1．讀寫器功能測試: 

讀寫器調(diào)制方式測試，讀寫器解調(diào)方式和返回時間測試，讀寫器指令測試等等。 

2．標(biāo)簽功能測試: 

包括標(biāo)簽解調(diào)方式和返回時間測試，標(biāo)簽反應(yīng)時間測試，標(biāo)簽反向散射測試，標(biāo)簽返回準(zhǔn)確率測試，標(biāo)簽返回速率測試等。 

可互操作性測試 

可互操作性測試是測試待測設(shè)備與其他設(shè)備之間的協(xié)同工作能力。例如: 待測品牌的讀寫器對其他電子標(biāo)簽的讀寫能力，待測品牌的電子標(biāo)簽在其他讀寫器的有效工作距離范圍內(nèi)的讀寫特性，待測品牌的讀寫器讀取其他讀寫器寫入標(biāo)簽的數(shù)據(jù)等。測試又可分為單讀寫器對單標(biāo)簽，單讀寫器對多標(biāo)簽，多讀寫器對單標(biāo)簽，多讀寫器對多標(biāo)簽等不同的環(huán)境。 

性能測試 



RFID性能測試的典型環(huán)境如圖1所示，包括靜態(tài)測試和動態(tài)測試，測試環(huán)境分為無干擾情況和有干擾情況兩種。具體內(nèi)容如下: 

1．RFID標(biāo)簽測試: 

RFID標(biāo)簽測試包括工作距離測試，標(biāo)簽天線方向性測試，標(biāo)簽最小工作場強(qiáng)測試，標(biāo)簽返回信號強(qiáng)度測試，抗噪聲測試，頻帶寬度測試，各種環(huán)境下標(biāo)簽讀取率測試，標(biāo)簽讀取速度測試等。 

2．RFID讀寫器測試: 

RFID讀寫器測試包括靈敏度測試，發(fā)射頻譜測試等。 

3．RFID系統(tǒng)測試: 

RFID系統(tǒng)測試包含電子標(biāo)簽和讀寫器，測試不同參數(shù)（改變標(biāo)簽的移動速度、附著材質(zhì)、數(shù)量、環(huán)境、方向、操作數(shù)據(jù)大小以及多標(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。 

RFID產(chǎn)品物理測試和質(zhì)量認(rèn)證 

具有國家級認(rèn)證資質(zhì)的物理特性測試和質(zhì)量驗(yàn)證，針對RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器、天線、模塊等RFID系統(tǒng)中關(guān)鍵產(chǎn)品模塊的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)證與測試。主要測試指標(biāo)包括: 

1．電磁兼容（EMC）; 

2．環(huán)境試驗(yàn)參數(shù); 

3．電氣安全參數(shù); 

4．RFID標(biāo)簽的特殊技術(shù)指標(biāo); 

5．RFID讀寫器的特殊技術(shù)指標(biāo)。 
 
RFID系統(tǒng)測試的硬件環(huán)境 

RFID系統(tǒng)測試中測試平臺需要的軟硬件環(huán)境包括以下幾個主要方面: 

1． 測試場地: 

由于RFID系統(tǒng)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，這就要求在針對不同RFID系統(tǒng)的測試中，選擇合適的場地。 

2． 基本設(shè)備: 

如用于放置標(biāo)簽的貨箱、托盤、叉車、集裝箱等。由于RFID標(biāo)簽應(yīng)用廣泛，在實(shí)際使用過程中可能被設(shè)置在各種材料、規(guī)格的貨物上，因此在測試階段，就應(yīng)考慮到這一點(diǎn)，從應(yīng)用出發(fā)，全面分析各種情況。 

3． 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)、場強(qiáng)儀、測速儀等。因?yàn)楹芏喹h(huán)境因素對測試結(jié)果影響很大，也需要一一研究。 

4． 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、數(shù)據(jù)分析軟件。用來對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行全面地分析，找出其中的規(guī)律。這也是產(chǎn)品測試報(bào)告中最重要的數(shù)據(jù)來源和依據(jù)。 

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

總之，一個好的測試環(huán)境，應(yīng)盡可能考慮到所有可能遇到的情況，才能對產(chǎn)品進(jìn)行全面的測試。而且，隨著產(chǎn)品應(yīng)用的深入和發(fā)展，還需要不斷對其進(jìn)行跟蹤調(diào)研，對測試環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)充改造，防止出現(xiàn)測試與應(yīng)用脫節(jié)的情況。 

測試設(shè)備 

RIDER是CECTCOM公司開發(fā)的基于泰克公司RSA3408A實(shí)時頻譜分析儀的RFID測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2005年9月14日通過了正式認(rèn)證。RIDER即Radiofrequency IDentification TestER，它用于對Class1Gen-2 UHF tag的一致性進(jìn)行測試。 

RIDER可以對Gen-2的UHF tag一致性進(jìn)行系統(tǒng)測試，功能齊全、靈活性高，從填I(lǐng)CS/IXIT表到生成測試報(bào)告，都可以自動完成，非常方便。 

RIDER系統(tǒng)要求在室溫下進(jìn)行，其具體參數(shù)如下。溫度: 15～30℃; 相對濕度: 25%～85%; 氣壓: 86～106KPa。 



圖2是RIDER一致性測試系統(tǒng)的架構(gòu)。該系統(tǒng)是基于PC機(jī)控制的架構(gòu)（包括儀器的初始化、命令、用戶圖形界面、自動測試等）。實(shí)時頻譜分析儀捕捉交換信息的特征并對信息進(jìn)行處理。切換單元用于在被測儀器（EUT）和測試儀器之間建立連接。信號發(fā)生器和RIDER的信號單元為EUT產(chǎn)生需要的信號。 

1．頻譜分析儀:

RFID系統(tǒng)常用測試儀器 

1．頻譜分析儀: 

功能: 進(jìn)行時域和頻域的信號測量，如圖4所示。 

2．信號發(fā)生器: 

功能: 與信號單元一起模擬讀寫器和標(biāo)簽，如圖5所示。 

3．信號單元: 

功能: 與信號發(fā)生器共同捕獲EUT響應(yīng)，并對其分析仿真，如圖6所示。 

4．切換單元: 

功能: 自動建立測試路徑，在不同測試情況下完成測試儀器和EUT的連接。 

5．射頻信號發(fā)生器 

功能: 產(chǎn)生干擾信號。 

RFID系統(tǒng)測試的軟件環(huán)境 

以RIDER為例，對于軟件環(huán)境做一些說明。圖7為軟件的架構(gòu)。 

測試方案的自動化和實(shí)施采用Lab Window/CVI。Lab Window/CVI是一種基于C語言的，在數(shù)據(jù)獲取、分析、展示和儀器控制的應(yīng)用中提供迭代計(jì)算的平臺。從圖7中可以看出，該軟件平臺包括測試管理模塊（分為項(xiàng)目管理、結(jié)果分析、技術(shù)管理）、項(xiàng)目報(bào)告、項(xiàng)目數(shù)據(jù)、序列模塊、技術(shù)版本等等。 

1．頻譜分析儀:
   
RFID系統(tǒng)測試的步驟 

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

針對RFID系統(tǒng)的測試應(yīng)首先從應(yīng)用出發(fā)，根據(jù)影響讀取率的因素逐一進(jìn)行測試，如速度、介質(zhì)、環(huán)境、標(biāo)簽方向、干擾等，通過這樣的測試，才能了解產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用過程中的表現(xiàn)，從中得出有用的結(jié)論，指導(dǎo)產(chǎn)品的使用。 

舉例來說，針對RFID標(biāo)簽讀取率的靜態(tài)測試流程如下: 

1. 布置測試環(huán)境 

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

布置測試用標(biāo)簽、貨箱及讀寫器，不同的測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，這幾種貨箱對讀取率的影響不同，在同一次測試中，應(yīng)保證貨箱材料的統(tǒng)一，最好使用相同的貨箱。特別是在對不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)簽和讀寫器進(jìn)行測試的時候，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)保證測試所用貨箱、放置位置以及外界環(huán)境的一致性。 

2. 記錄環(huán)境數(shù)據(jù) 

記錄測試時間、測試時的溫度、濕度及外界場強(qiáng)。 

3. 測試不同位置的讀取率 

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

如研究標(biāo)簽與天線距離對讀取率的影響時，則把距離向量作為惟一的變量，將測試結(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位置讀取500次，用讀取成功的次數(shù)和讀取總次數(shù)的比值表示讀取率。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，而在讀取率變化劇烈的情況下，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，與前面所說的過程類似，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，因此在測試過程中也可以忽略標(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。 

這一測試過程只是最簡單的流程，在實(shí)際測試中可根據(jù)情況增加測試項(xiàng)目，如在標(biāo)簽與天線之間放置木板、紙板、金屬板，從而得到在有障礙情況下的讀取率數(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，來研究環(huán)境對讀取率的影響。 

4. 分析測試數(shù)據(jù) 

測試所得到的數(shù)據(jù)，可以輸入電腦，使用相關(guān)軟件對其進(jìn)行分析，或轉(zhuǎn)化為圖表，使結(jié)果更加直觀地反映出來。而多次測試的結(jié)果還可以匯總起來，這樣就得到被測產(chǎn)品的全面特性。對這些數(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，哪些影響相對小一些，這對于進(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。 

實(shí)施RFID系統(tǒng)測試的流程有兩種方法: 手動測試和自動化測試。手動測試的挑戰(zhàn)在于如何模擬系統(tǒng)中同時存在的多種行為，如何協(xié)調(diào)各組件的工作順序，以及如何保持測試方法的客觀并具有可重復(fù)性等。而自動化測試通過行為分析和虛擬腳本，不僅可以解決上述問題，還可以最小化測試過程中可能產(chǎn)生的認(rèn)為錯誤的風(fēng)險(xiǎn)，因此可以作為RFID系統(tǒng)測試的首選。