任重道远 RFID测试面临挑战

RFID已经成为IT领域的热点，许多国家都在不遗余力地推广这种技术。然而，尽管RFID技术在各行各业中正逐步为人们所认识和重视，但它还是未能走向大规模应用，仍局限于小范围的示范应用。造成这种现状的根本原因在于，无论RFID技术本身还是基于这项技术所衍生出的各种应用系统都还存在着尚未解决的问题。这些棘手的问题制约了RFID技术在众多行业中应用的全面展开。因此，在实际应用前对RFID系统和应用环境进行测试，就会降低RFID在企业中部署和应用的困难，从而有助于促进整个RFID产业链的形成和发展。

RFID系统测试通过模拟应用环境，对国际、国内的RFID设备进行统一环境的测试，目的是为企业实施RFID技术提供参考依据，并为RFID产品和方案的设计提供指导，方便RFID生产和科研单位加速RFID科技成果的转化进程，完善我国已初步形成的RFID产业链，推动RFID技术、产业和应用的发展。

RFID系统测试通过提出RFID技术的系列测试方法，建立开放式RFID软硬件产品的联合测试平台，制定系列RFID软硬件产品测试标准与规范，形成RFID技术的测试标准体系，满足RFID技术研究测试、应用测试等公共服务需求。

从国际国内RFID测试技术发展的动向来看，RFID测试技术将由功能测试向性能测试发展。性能测试如: 测试标签的一致性、物理特性、读取距离、读取角度、动态读取率、调制深度、可靠性、贴附强度、材料特性（阻燃性、扭曲特性、变形特性、温度稳定性、湿度等）、环境适应性（抗磁场、抗静电、抗紫外线、抗X射线、抗静电、交变磁场、交变电场、振动、波形失真）、使用寿命等; 测试读写器的覆盖范围、发射功率、发射频谱、协议符合性、抗干扰特性、外观结构、电源适应能力、噪声、安全、EMC无线电干扰、可靠性、工作温度、EMS辐射敏感度、环境适应性（振动、冲击、碰撞、耐电强度等）、对标签的适应性、使用寿命等; 测试读写器空间布局的合理性、系统动态性能（如传送带，分拣系统），特殊环境（金属，液体）下系统性能，系统安全性，可靠性等。

RFID系统测试的流程、规范和方法

研究RFID测试技术，最重要的是研究RFID系统测试的流程、规范及其方法。根据国内外最新研究进展，我们总结了测试流程及方法的总体结构图，如图1所示。

根据总体结构图，设计流程及方法具体如下:

在每个托盘上贴上具有惟一编码的射频标签，用读写器识别各个托盘。三种阅读模式如图2所示。需要说明的是: 在端口阅读模式中，静态阅读方式是指端口天线固定，由远及近调整托盘到端口的距离，在某一位置上端口天线可以识别出射频标签时，端口天线到托盘的距离即为端口天线的阅读距离（Read Range）; 而动态阅读方式则是指端口天线固定，以人工步行速度或者传送带上可调速度通过端口时，端口天线对托盘的识别性能（是否可读？如果可读，Read Range的变化）。

包装箱级识别（case level）

1．单个包装箱识别

包装箱贴上具有惟一编码的射频标签，放置于托盘上面，用读写器识别包装箱。三种阅读模式均与托盘级识别相同。

每个包装箱贴上具有惟一编码的射频标签，将多个包装箱同时放置于托盘上面，用读写器识别各个包装箱。可以识别出的包装箱的数目占所有包装箱数目的百分数称为阅读率。三种阅读模式中通过测试包装箱的阅读率衡量其性能。需要注意的是: 每种阅读模式下，通过改变各个包装箱的摆放位置，调整各个标签的摆放位置，观测性能的变化，如图3～5所示各种情况: 图3与图4相比，标签离托盘外沿的平均距离较远，图5中，两个包装箱上的标签相邻。而在端口识别模式的静态识别中，端口天线固定，由远及近调整托盘到端口的距离，在某一位置上端口天线对射频标签有100%的阅读率时，端口天线到托盘的距离即为端口天线的阅读距离。

单品级识别（item level）

托盘上有三种货品排列形式，均匀的货品排列、复合的货品排列、异质的货品排列。这三种货品排列形式互补而又呈现复杂度上的递增，比较它们在下述各种测试情况下读

1．均匀的货品排列

包装箱中的各个单品上贴上具有惟一编码的射频标签，用读写器识别单品。可以识别出单品的数目占所有单品数目的百分数称为阅读率。分别在三种阅读模式阅读中通过测试单品的阅读率衡量其性能。需要注意的是: 每种阅读模式下，通过使用不同材料和包装的单品，观测读写器性能的变化; 通过改变标签的放置，观测读写器性能的变化。

2．复合的货品排列

同均匀的货品排列。

3．异质的货品排列

同均匀的货品排列。

RFID测试规范

测试中需要对标签测试、读写器测试、空中接口一致性测试、协议一致性测试、中间件测试等进行规范。

对于标准符合性测试，测试待测目标是否符合某项国内或国际标准（例如ISO18000标准）定义的空中接口协议。具体内容包括读写器功能测试（读写器调制方式测试、读写器解调方式和返回时间测试、读写器指令测试）和标签功能测试（包括标签解调方式和返回时间测试，标签反应时间测试，标签反向散射测试，标签返回位准确率测试，标签返回速率测试等）。

对于可互操作性测试，测试待测设备与其他设备的协同工作能力。例如: 待测品牌的读写器对其他电子标签的读写能力，待测品牌的电子标签在其他读写器的有效工作距离范围内的读写特性，待测品牌的读写器读取其他读写器写入标签的数据等等。测试又可分为单读写器对单标签，单读写器对多标签，多读写器对单标签，多读写器对多标签等不同的环境。

对于性能测试具体内容有RFID标签测试、RFID读写器测试和RFID系统测试。RFID标签测试包括工作距离测试、标签天线方向性测试、标签最小工作场强测试、标签返回信号强度测试、抗噪声测试、频带宽度测试、各种环境下标签读取率测试、标签读取速度测试等; RFID读写器测试包括灵敏度测试，发射频谱测试等; RFID系统测试包括电子标签和读写器，测试不同参数（改变标签的移动速度、附着材质、数量、环境、方向、操作数据小、以及多标签的空间组合方案等）的系统通信距离、系统通信速率。

测试数据分析

RFID系统性能指标评价体系系统性能指标包括以下几种:

Identification range（确认范围）

Identification rate（确认率）

Read range（读取范围）

Read rate（读取率）

Write range（写入范围）

Write rate（写入率）

tag population（标签数量）

tags per second（指每秒可读出标签的数目）

对于测试数据的分析，可以通过采用软件如Matlab进行绘制图表进行分析，找出杂乱的数据中的规律性。比如在单品级标签性能测试中，对于标签贴在不同单品上其性能的对比，可以通过先分别对标签在各种单品进行测试，最后用软件绘图进行对比。

RFID设备部署方案与系统架构的仿真

随着RFID系统的深入应用，对于RFID设备部署方案和系统架构的测试验证已成为重要需求。RFID系统一般由两级网络组成，由标签、读写器组成的无线

仿真测试平台提供图形化的组件，提供虚拟读写器、标签、TCP/IP连接等各种组件，生成RFID部署方案和网络系统架构，通过内置的RFID协议、无线组网和网络仿真功能，对RFID设备部署方案测试其部署可行性，主要从RFID性能和约束两方面进行分析。对RFID网络系统架构分析其服务性能，主要是采用负载测试的方法。在虚拟测试的基础上，对关键性能结点再进行场景实物测试，以保证测试结果的可信度。

仿真测试平台内容包括: RFID读写器、天线、标签及网络节点的仿真模型，图形化设备部署组态界面的开发，虚拟RFID环境的开发，RFID协议仿真的开发，RFID与传感网络，无线网络的仿真开发。

仿真的基本步骤如下:

第一步，采用RFID标签建模工具，对电子标签单独建模，分析标签的各种属性（回波损耗、方向性等），选择部分最优设计待用;

第二步，对RFID读写器和天线建模，分析读写器和天线的各种属性（读取范围、最快响应时间等），选择部分最优设计待用;

第三步，建立RFID应用环境的仿真，通过测试和经验数据给出该环境下多种材质的电磁反射与吸收情况，给出应用所能使用的部分最佳布局;

第四步，使用第三步所选择的布局在应用环境中部署第一、二步所选择出的RFID读写器、天线和定义标签的参数(运动方向、速度、数量等);

第五步，建立网络模型和通信协议，使得设备与设备之间、设备与业务逻辑模块之间、业务逻辑模块与上层应用系统之间交互，完成对整个应用的仿真;

第六步，对仿真进行分析，评价该应用模型的性能、效果、可能产生的瓶颈。

参数可控、可重构现场物理应用的测试环境

客观性、可控性、可重构、灵活性是建设可模拟现场物理应用的测试环境的关键需求，配置先进的测试仪器、辅助设备可在一定程度上保证测试结果的客观性，通

实验环境的基本单元包括:

门禁单元: 门禁单元由RFID读写器，可调整天线位置的门架等组成，可模拟物流的进库，出库，人员进出控制等场景。

传送带综合测试单元: 传送带综合测试单元由可调速传送带，传送带附属天线架，天线架屏蔽罩，配套控制软件系统等组成，可模拟生产领域的流水线，邮政的邮包分拣等所有涉及传送带的应用场景。

机械手测试单元: 机械手测试单元主要由四自由度机械手组成，可模拟各种标签在一定空间范围内的移动。

高速测试单元: 高速测试单元主要由高速滑车组成，用于测试高速运动标签的读取性能，可模拟高速公路上的不停车收费等应用。

复杂网络测试单元: 复杂网络测试单元主要由服务器、路由器、无线AP等网络设备组成，通过在这些设备的不同组合和设置，可模拟多种网络环境，以验证实际网络是否可以承受RFID的海量数据。

智能货架测试单元: 智能货架测试单元主要由货架、RFID设备、智能终端等组成，可测试仓库中货物的定位技术，零售业商品的自动补货、智能导购系统。

集装箱货柜测试单元: 集装箱货柜测试单元由温湿度可调的集装箱、传感器、GPRS、智能终端等组成，用于测试供应链可视化系统，模拟监测陆运，海运过程中运用RFID技术对集装箱内货物的监控。

例如在基本的供应链场景下，运用门禁测试单元、传送带综合测试单元、复杂网络单元和机械手单元组合成一个完整的测试场景，如图7所示。