软硬结合 严守流程—RFID测试体系与规范的建立

 解决RFID项目所遇到问题的关键，就是需要研究开发一套先进的、能体现典型场景的技术测试软件和完整的示范应用框架。在模拟现实的场景下，装备基于射频识别开关的大门、传送带、货架以及其他能够运用射频识别的代表物，通过一系列测试试验来评估RFID技术并检测其可靠性。

由于RFID项目的故障率非常高，可能会碰到多个物品堆积时由于相互干扰而造成识别率降低所带来的防碰撞问题；多个阅读器多通道同时读取时物品群的去重问题；由于电子标签所附物品的介质不同对无线信息的干扰造成的性能下降；RFID在安全架构方面的问题（如防止标签的复制问题、标签自销毁问题）等。因此在实施RFID之前，进行一些测试及错误试验是绝对有必要的。

要建立一个标准而权威的RFID测试环境，就必须从硬件和软件环境两方面入手，要综合考虑位置、距离、温度、湿度、干扰等诸多影响因素，建立一个多角度的测试环境；另一方面，在测试软件上，要考虑到可针对不同厂家的RFID产品的通用测试程序。此外，在测试过程中还应严格遵守一个标准的测试规范进行。

测试硬件环境的建立

RFID产品测试硬件环境包含以下几个主要方面：

测试场地。由于RFID产品性能参数不同，其读取范围也从几厘米到几十米、上百米不等，需要有多样的测试场地；

基本测试设备。如用于放置标签的货箱、托盘、叉车、集装箱等；

数据采集设备。包括用于采集环境数据的温/湿度计、场强仪、测速仪等；

数据分析设备，如频谱分析仪、电子计算机及相关数据库、数据分析软件。

除此之外，在部分测试过程中还可能需要用到特殊设备，如要研究产品在无干扰环境下的表现就需要对外界信号进行屏蔽，这就需要屏蔽室或电波暗室。

测试软件的设计与开发

1. 总体设计

（1）总体设计标准

在进行RFID测试软件的设计与开发过程中，应该遵循以下基本准则：

● 设计方案的正确性、先进性、可行性和经济性；

● 系统组成、系统要求及接口协调的合理性；

● 系统与各子系统间技术接口的协调性；

● 采用设计准则、规范和标准的合理性；

● 系统可靠性、维修性、安全性要求是否合理；

● 关键技术的落实解决情况；

● 编制的质量计划是否可行。

以上的规范要求RFID测试软件具有更高的效率以及更好的可拓展性、可移植性。如在封装读写器API函数的时候，应考虑到今后用到的读写器类型的复杂性，方便生成的DLL库文件对于其他读写器的拓展，我们采用抽象类与继承的方法来实现各读写器API函数的封装。

（2）结构设计

RFID测试软件从根本上说就是监察物理层，然后在操作层上搜集数据，最后将其应用于商业层面上的操作。软件总体从分布式应用系统的角度设计，具有如下的特点：能够与用户进行交互；处理特定的业务功能；在存储介质中保存它的状态。因此，该软件在架构上分为三层：表现层、事务逻辑层、数据服务层。

RFID测试软件总体由总控制台和分布的各个测试点组成（如图1所示），总控制台与各个测试点通过Web服务进行信息通信。

（3）总控制台服务器端设计

总控制台服务端完成的主要任务有：

● 完成各个测试点客户端的注册，登记测试类型等参数；

● 完成测试系统中采用的所有类型电子标签的注册；

● 实时动态监控分布在各个测试点的状态；

● 数据的分析和处理。分析RFID测试指标与各个影响因素的关系，找出该测试性能随各因素变化的影响规律。

总控制台服务端主要功能则包括“显示”、注册登记、数据分析和处理等功能模块。

（4）测试点客户端设计

测试点客户端完成的主要任务有：

● 创建客户端的测试项目和测试任务；

● 打开读写器，建立客户端与读写器、标签之间的信息通道；

● RFID前端数据采集；

● RFID后台数据传输和处理；

● 生成读写器与标签的读写性能报表；

● 实时动态地与总控制台传输信息。

测试点客户端主要功能包括数据采集、性能分析等功能。

2. 测试软件测试流程

RFID测试软件是基于Web Services开发的分布式应用软件。整套测试软件针对复杂场景下物流系统性能进行研究，也就是设计一些典型应用场景，如超市、高速公路收费场景，通过RFID系统在场景下的测试结果研究多个RFID通道之间的空间分布及互相影响，并通过多点RFID系统验证研究点到点之间RFID信息传输的准确性、效率和可靠性。

软件测试流程为:首先，客户机启动测试应用程序，依据测试任务提出服务请求；各个测试点的客户机测试程序控制读写器完成各种参数的测量，调用Web Services，把各个测试点的状态和过滤后的测试数据传给服务器端，并存入SQL Server数据库。

产品测试规范

测试过程并不是自由的，对于不同产品的测试报告，其可比性是建立在相同的测试条件和测试程序基础上的。因此，应该有一套完整的测试规范来控制整个测试过程。

1. 测试出发点

从应用出发，根据影响读取率的因素逐一进行测试，如速度、介质、环境、标签方向、干扰等。

2. 测试流程

目前，针对RFID标签读取率的静态测试流程如下：

（1）布置测试环境

选择一个合适的测试场地，首先应保证尽量减少外界干扰，如附近不能有向外发射电磁信号的设备，避免在测试场地布置与测试无关的金属制品，因为它们对天线所发出的信号影响较大，可能改变天线所发出电磁波的分布，进而影响测试结果的准确性。

布置测试用标签、货箱及读写器，不同的测试需要用到不同材料的货箱，根据目前物流行业的应用，金属、塑料、木质和纸质货箱应用最广泛，这几种货箱对读取率的影响不同，在同一次测试中，应保证货箱材料的统一，最好使用相同的货箱才能最大限度地保证测试结果不受影响。特别是在对不同厂家生产的标签和读写器进行测试的时候，这一点更加重要，因为从工艺角度出发，即使是相同规格的不同货箱从外形尺寸、材料分布上也不可能做到完全相同，而有些参数对于读取率的影响是不能忽视的，因此本着客观公正的原则，在这种情况下，应保证测试所用货箱、放置位置、外界环境的一致性。

（2）记录环境数据

记录测试时间，测试时的温度、湿度及外界场强。

（3）测试不同位置的读取率

改变标签与天线的相对位置，分别记录各个位置的读取率，并做记录。在每次测试过程中，最多只能改变一项测试参数。

如研究标签与天线距离对读取率的影响时，则把距离向量作为惟一的变量，将测试结果填入读取率与距离关系表格。用于计算读取率的读取结果应保证一定数量，目前我们所采用的是每个位置读取500次，用读取成功的次数和读取总数计算读取率。这样，就可以降低由于特殊情况造成的读取率变化对最终结果的影响。在距离变化上，一般以10cm为单位递增，但这并不是固定的，在读取率比较稳定的情况下，可以适当增加距离变化的幅度，而在读取率发生变化的过程中，为了更加准确地得到读取率随距离变化的规律，就应该减小这一数值。测试范围应从读取率为100%开始直至读取率降为0，其采样点应尽可能多，这样才能如实反映读取率与距离的关系。

此外，还应研究标签方向对读取率的影响，改变标签的方向，与前面所说的过程类似，记录下标签在不同放置方向的情况下其读取率与距离的关系。由于实际应用中货箱的形状及摆放都是笔直的，因此在测试过程中也可以忽略标签倾斜的情况，而只研究标签与天线平行或垂直的情况。

这一测试过程只是最简单的流程，在实际测试中可根据情况增加测试项目，如在标签与天线之间放置木板、纸版、金属板，从而得到在有障碍的情况下的读取率数据。也可以将标签与天线的位置固定，而改变周围的环境，来研究环境对读取率的影响。

（4）分析测试数据

测试所得到的数据，可以输入电脑，使用相关软件对其进行分析，或转化为图表，使结果更加直观地反映出来。而多次测试的结果还可以汇总起来。对这些数据和图表进行归纳和总结，可以得到影响读取率的众多因素中，哪些是最主要的，哪些影响相对小一些，这对于进一步改善产品性能，指导产品的应用都是十分重要的。

小资料

国内外RFID测试研究现状

国外

由于巨大利益的驱使，Sun、IBM、UPS、Microsoft等IT和物流行业巨头已经重金投入RFID的测试和解决方案的开发，试图从中占有一席之地。　

美国联合包裹服务公司（UPS）目前正在进行多项RFID测试。在其中一个实验项目中，UPS公司把RFID货运标签放在可重复使用的集装箱中，这些集装箱用来装运小型或形状不规则的货物，结果发现在不规则形状的包裹上使用RFID标签可以提高读取速率；还有一个试验是在位于罗斯韦尔的工厂里进行的，RFID标签被放置在车辆上，以测试在不同的天气条件下标签的工作情况如何，以及在不同的车辆速度和阅读距离下，RFID获取信息的准确度如何。

IBM也在美国马里兰州兴建了RFID测试中心并宣布这个测试中心可作为沃尔玛等各家厂商将RFID导入例行操作之前的测试场地。Sun则在整合了硬件、软件和服务后推出了多层的Sun EPC网络架构，并在全球各地部署了多个RFID测试中心。

中国

目前，各国都在积极开展RFID技术和设备的测试工作。为了更从容地参与国际竞争，我国也已经开始着手建立自己的RFID测试中心。其中中国科学院自动化研究所的RFID研究中心和Auto-ID中国实验室就是起步比较早的两个。

1.中国科学院自动化研究所RFID测试实验室

去年10月，中国科学院自动化研究所RFID研究中心与北京中交国科物流技术发展有限公司在国家863计划支持下建立了国内首个国家级RFID测试实验室，目的是通过较为完善的实验条件和环境测试RFID关键技术的多项可靠性指标，最终总结出可靠性测试的评测体系，为进一步的研究工作提供基本数据并引导研发方向。

目前实验室已经以RFID技术在物流行业为出发点，首先建立了一个面向物流应用的测试环境，包括物流领域中智能仓库、商品配送、运输管理等多个模拟环境。

在技术测试中，实验室针对高频、超高频和微波频段的不同设备和产品分别进行性能和可靠性测试，通过对它们在不同介质、不同材料、不同磁场、不同速度、不同距离、不同障碍等条件下的读取率进行记录和整理，研究各种标签及读写器的性能，从而得到一份完整全面的系统评测报告。此外，实验室还将研究多个阅读器和多个标签下的信号的时空分布模型和防干扰处理算法。在应用测试中，主要是对实际应用中存在的问题进行研究，并试图找到解决方案，包括客户应用的设备和实际环境、不同频段所表现的不同性能、标签容量大小对业务和系统的影响、主动标签、半主动标签与被动标签的选择、系统性能和业务优势的实现、复杂环境下的电磁干扰问题、与现有条形码的共存问题，以及与企业原有系统，如ERP等商业应用软件进行无缝连接等。

2.Auto-ID中国实验室

坐落在上海复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室的Auto-ID中国实验室建立了一个开放的RFID演示平台，可结合应用中出现的问题进行理论分析和基础研究，为建立EPC国际标准和中国RFID标准提供参考依据。整个演示系统包括一个完整的供应链业务场景所需的两个场所（制造商分销中心或发货仓，零售商分销中心或受货仓），每个场所具有一个通道和至少两个侧门，不同的样品将贴上RFID 标签通过这个通道。通过评估RFID 标签和侧门的工作性能和样品材料之间的干扰，为标准制订和产品设计提供有效的参考。