軟硬結合 嚴守流程—RFID測試體系與規(guī)范的建立

 解決RFID項目所遇到問題的關鍵，就是需要研究開發(fā)一套先進的、能體現(xiàn)典型場景的技術測試軟件和完整的示范應用框架。在模擬現(xiàn)實的場景下，裝備基于射頻識別開關的大門、傳送帶、貨架以及其他能夠運用射頻識別的代表物，通過一系列測試試驗來評估RFID技術并檢測其可靠性。

由于RFID項目的故障率非常高，可能會碰到多個物品堆積時由于相互干擾而造成識別率降低所帶來的防碰撞問題；多個閱讀器多通道同時讀取時物品群的去重問題；由于電子標簽所附物品的介質不同對無線信息的干擾造成的性能下降；RFID在安全架構方面的問題（如防止標簽的復制問題、標簽自銷毀問題）等。因此在實施RFID之前，進行一些測試及錯誤試驗是絕對有必要的。

要建立一個標準而權威的RFID測試環(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，建立一個多角度的測試環(huán)境；另一方面，在測試軟件上，要考慮到可針對不同廠家的RFID產品的通用測試程序。此外，在測試過程中還應嚴格遵守一個標準的測試規(guī)范進行。

測試硬件環(huán)境的建立

RFID產品測試硬件環(huán)境包含以下幾個主要方面：

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

基本測試設備。如用于放置標簽的貨箱、托盤、叉車、集裝箱等；

數(shù)據(jù)采集設備。包括用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)的溫/濕度計、場強儀、測速儀等；

數(shù)據(jù)分析設備，如頻譜分析儀、電子計算機及相關數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析軟件。

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

測試軟件的設計與開發(fā)

1. 總體設計

（1）總體設計標準

在進行RFID測試軟件的設計與開發(fā)過程中，應該遵循以下基本準則：

● 設計方案的正確性、先進性、可行性和經(jīng)濟性；

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

● 系統(tǒng)與各子系統(tǒng)間技術接口的協(xié)調性；

● 采用設計準則、規(guī)范和標準的合理性；

● 系統(tǒng)可靠性、維修性、安全性要求是否合理；

● 關鍵技術的落實解決情況；

● 編制的質量計劃是否可行。

以上的規(guī)范要求RFID測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)的時候，應考慮到今后用到的讀寫器類型的復雜性，方便生成的DLL庫文件對于其他讀寫器的拓展，我們采用抽象類與繼承的方法來實現(xiàn)各讀寫器API函數(shù)的封裝。

（2）結構設計

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

RFID測試軟件總體由總控制臺和分布的各個測試點組成（如圖1所示），總控制臺與各個測試點通過Web服務進行信息通信。

（3）總控制臺服務器端設計

總控制臺服務端完成的主要任務有：

● 完成各個測試點客戶端的注冊，登記測試類型等參數(shù)；

● 完成測試系統(tǒng)中采用的所有類型電子標簽的注冊；

● 實時動態(tài)監(jiān)控分布在各個測試點的狀態(tài)；

● 數(shù)據(jù)的分析和處理。分析RFID測試指標與各個影響因素的關系，找出該測試性能隨各因素變化的影響規(guī)律。

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

（4）測試點客戶端設計

測試點客戶端完成的主要任務有：

● 創(chuàng)建客戶端的測試項目和測試任務；

● 打開讀寫器，建立客戶端與讀寫器、標簽之間的信息通道；

● RFID前端數(shù)據(jù)采集；

● RFID后臺數(shù)據(jù)傳輸和處理；

● 生成讀寫器與標簽的讀寫性能報表；

● 實時動態(tài)地與總控制臺傳輸信息。

測試點客戶端主要功能包括數(shù)據(jù)采集、性能分析等功能。

2. 測試軟件測試流程

RFID測試軟件是基于Web Services開發(fā)的分布式應用軟件。整套測試軟件針對復雜場景下物流系統(tǒng)性能進行研究，也就是設計一些典型應用場景，如超市、高速公路收費場景，通過RFID系統(tǒng)在場景下的測試結果研究多個RFID通道之間的空間分布及互相影響，并通過多點RFID系統(tǒng)驗證研究點到點之間RFID信息傳輸?shù)臏蚀_性、效率和可靠性。

軟件測試流程為:首先，客戶機啟動測試應用程序，依據(jù)測試任務提出服務請求；各個測試點的客戶機測試程序控制讀寫器完成各種參數(shù)的測量，調用Web Services，把各個測試點的狀態(tài)和過濾后的測試數(shù)據(jù)傳給服務器端，并存入SQL Server數(shù)據(jù)庫。

產品測試規(guī)范

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

1. 測試出發(fā)點

從應用出發(fā)，根據(jù)影響讀取率的因素逐一進行測試，如速度、介質、環(huán)境、標簽方向、干擾等。

2. 測試流程

目前，針對RFID標簽讀取率的靜態(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)射電磁信號的設備，避免在測試場地布置與測試無關的金屬制品，因為它們對天線所發(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，進而影響測試結果的準確性。

布置測試用標簽、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)的應用，金屬、塑料、木質和紙質貨箱應用最廣泛，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試結果不受影響。特別是在對不同廠家生產的標簽和讀寫器進行測試的時候，這一點更加重要，因為從工藝角度出發(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，應保證測試所用貨箱、放置位置、外界環(huán)境的一致性。

（2）記錄環(huán)境數(shù)據(jù)

記錄測試時間，測試時的溫度、濕度及外界場強。

（3）測試不同位置的讀取率

改變標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，最多只能改變一項測試參數(shù)。

如研究標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，將測試結果填入讀取率與距離關系表格。用于計算讀取率的讀取結果應保證一定數(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)和讀取總數(shù)計算讀取率。這樣，就可以降低由于特殊情況造成的讀取率變化對最終結果的影響。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，可以適當增加距離變化的幅度，而在讀取率發(fā)生變化的過程中，為了更加準確地得到讀取率隨距離變化的規(guī)律，就應該減小這一數(shù)值。測試范圍應從讀取率為100%開始直至讀取率降為0，其采樣點應盡可能多，這樣才能如實反映讀取率與距離的關系。

此外，還應研究標簽方向對讀取率的影響，改變標簽的方向，與前面所說的過程類似，記錄下標簽在不同放置方向的情況下其讀取率與距離的關系。由于實際應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簽傾斜的情況，而只研究標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，在實際測試中可根據(jù)情況增加測試項目，如在標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，使用相關軟件對其進行分析，或轉化為圖表，使結果更加直觀地反映出來。而多次測試的結果還可以匯總起來。對這些數(shù)據(jù)和圖表進行歸納和總結，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，這對于進一步改善產品性能，指導產品的應用都是十分重要的。

小資料

國內外RFID測試研究現(xiàn)狀

國外

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

美國聯(lián)合包裹服務公司（UPS）目前正在進行多項RFID測試。在其中一個實驗項目中，UPS公司把RFID貨運標簽放在可重復使用的集裝箱中，這些集裝箱用來裝運小型或形狀不規(guī)則的貨物，結果發(fā)現(xiàn)在不規(guī)則形狀的包裹上使用RFID標簽可以提高讀取速率；還有一個試驗是在位于羅斯韋爾的工廠里進行的，RFID標簽被放置在車輛上，以測試在不同的天氣條件下標簽的工作情況如何，以及在不同的車輛速度和閱讀距離下，RFID獲取信息的準確度如何。

IBM也在美國馬里蘭州興建了RFID測試中心并宣布這個測試中心可作為沃爾瑪?shù)雀骷覐S商將RFID導入例行操作之前的測試場地。Sun則在整合了硬件、軟件和服務后推出了多層的Sun EPC網(wǎng)絡架構，并在全球各地部署了多個RFID測試中心。

中國

目前，各國都在積極開展RFID技術和設備的測試工作。為了更從容地參與國際競爭，我國也已經(jīng)開始著手建立自己的RFID測試中心。其中中國科學院自動化研究所的RFID研究中心和Auto-ID中國實驗室就是起步比較早的兩個。

1.中國科學院自動化研究所RFID測試實驗室

去年10月，中國科學院自動化研究所RFID研究中心與北京中交國科物流技術發(fā)展有限公司在國家863計劃支持下建立了國內首個國家級RFID測試實驗室，目的是通過較為完善的實驗條件和環(huán)境測試RFID關鍵技術的多項可靠性指標，最終總結出可靠性測試的評測體系，為進一步的研究工作提供基本數(shù)據(jù)并引導研發(fā)方向。

目前實驗室已經(jīng)以RFID技術在物流行業(yè)為出發(fā)點，首先建立了一個面向物流應用的測試環(huán)境，包括物流領域中智能倉庫、商品配送、運輸管理等多個模擬環(huán)境。

在技術測試中，實驗室針對高頻、超高頻和微波頻段的不同設備和產品分別進行性能和可靠性測試，通過對它們在不同介質、不同材料、不同磁場、不同速度、不同距離、不同障礙等條件下的讀取率進行記錄和整理，研究各種標簽及讀寫器的性能，從而得到一份完整全面的系統(tǒng)評測報告。此外，實驗室還將研究多個閱讀器和多個標簽下的信號的時空分布模型和防干擾處理算法。在應用測試中，主要是對實際應用中存在的問題進行研究，并試圖找到解決方案，包括客戶應用的設備和實際環(huán)境、不同頻段所表現(xiàn)的不同性能、標簽容量大小對業(yè)務和系統(tǒng)的影響、主動標簽、半主動標簽與被動標簽的選擇、系統(tǒng)性能和業(yè)務優(yōu)勢的實現(xiàn)、復雜環(huán)境下的電磁干擾問題、與現(xiàn)有條形碼的共存問題，以及與企業(yè)原有系統(tǒng)，如ERP等商業(yè)應用軟件進行無縫連接等。

2.Auto-ID中國實驗室

坐落在上海復旦大學專用集成電路與系統(tǒng)國家重點實驗室的Auto-ID中國實驗室建立了一個開放的RFID演示平臺，可結合應用中出現(xiàn)的問題進行理論分析和基礎研究，為建立EPC國際標準和中國RFID標準提供參考依據(jù)。整個演示系統(tǒng)包括一個完整的供應鏈業(yè)務場景所需的兩個場所（制造商分銷中心或發(fā)貨倉，零售商分銷中心或受貨倉），每個場所具有一個通道和至少兩個側門，不同的樣品將貼上RFID 標簽通過這個通道。通過評估RFID 標簽和側門的工作性能和樣品材料之間的干擾，為標準制訂和產品設計提供有效的參考。