目前，用戶對(duì)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(duì)于RFID系統(tǒng)的測(cè)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(cè)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(zhuān)題我們特別邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所RFID研究中心的專(zhuān)家介紹RFID系統(tǒng)測(cè)試方面的最新信息和所面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，以饗讀者。  



■  中科院自動(dòng)化所RFID研究中心  劉禹  譚杰  趙健 

RFID系統(tǒng)測(cè)試必不可少 

由于RFID系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)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(wú)法勝任的場(chǎng)合，因此，必須要考慮到RFID設(shè)備的故障率問(wèn)題。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行過(guò)程中，諸如多個(gè)物品堆積時(shí)相互干擾而造成讀取率下降、讀寫(xiě)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(duì)電磁信號(hào)的干擾、安全架構(gòu)考慮不周造成非法讀取等問(wèn)題，都會(huì)影響系統(tǒng)整體的應(yīng)用效果，甚至打擊最終用戶對(duì)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(xiě)器、網(wǎng)絡(luò)和軟件）不能正常處理信號(hào)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(cè)試方法和流程進(jìn)行一定的測(cè)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(duì)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(cè)試的主要內(nèi)容 

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

標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試 

標(biāo)準(zhǔn)符合性測(cè)試是測(cè)試待測(cè)目標(biāo)是否符合某項(xiàng)國(guó)內(nèi)或國(guó)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(xiě)器功能測(cè)試: 

讀寫(xiě)器調(diào)制方式測(cè)試，讀寫(xiě)器解調(diào)方式和返回時(shí)間測(cè)試，讀寫(xiě)器指令測(cè)試等等。 

2．標(biāo)簽功能測(cè)試: 

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

可互操作性測(cè)試 

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

性能測(cè)試 



RFID性能測(cè)試的典型環(huán)境如圖1所示，包括靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試環(huán)境分為無(wú)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(cè)試: 

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

2．RFID讀寫(xiě)器測(cè)試: 

RFID讀寫(xiě)器測(cè)試包括靈敏度測(cè)試，發(fā)射頻譜測(cè)試等。 

3．RFID系統(tǒng)測(cè)試: 

RFID系統(tǒng)測(cè)試包含電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，測(cè)試不同參數(shù)（改變標(biāo)簽的移動(dòng)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(cè)試和質(zhì)量認(rèn)證 

具有國(guó)家級(jí)認(rèn)證資質(zhì)的物理特性測(cè)試和質(zhì)量驗(yàn)證，針對(duì)RFID標(biāo)簽、RFID讀寫(xiě)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(cè)試。主要測(cè)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(xiě)器的特殊技術(shù)指標(biāo)。 
 
RFID系統(tǒng)測(cè)試的硬件環(huán)境 

RFID系統(tǒng)測(cè)試中測(cè)試平臺(tái)需要的軟硬件環(huán)境包括以下幾個(gè)主要方面: 

1． 測(cè)試場(chǎng)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(duì)不同RFID系統(tǒng)的測(cè)試中，選擇合適的場(chǎng)地。 

2． 基本設(shè)備: 

如用于放置標(biāo)簽的貨箱、托盤(pán)、叉車(chē)、集裝箱等。由于RFID標(biāo)簽應(yīng)用廣泛，在實(shí)際使用過(guò)程中可能被設(shè)置在各種材料、規(guī)格的貨物上，因此在測(cè)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(chǎng)強(qiáng)儀、測(cè)速儀等。因?yàn)楹芏喹h(huán)境因素對(duì)測(cè)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(kù)、數(shù)據(jù)分析軟件。用來(lái)對(duì)測(cè)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(cè)試報(bào)告中最重要的數(shù)據(jù)來(lái)源和依據(jù)。 

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。 

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

測(cè)試設(shè)備 

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

RIDER可以對(duì)Gen-2的UHF tag一致性進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，功能齊全、靈活性高，從填I(lǐng)CS/IXIT表到生成測(cè)試報(bào)告，都可以自動(dòng)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(duì)濕度: 25%～85%; 氣壓: 86～106KPa。 



圖2是RIDER一致性測(cè)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(dòng)測(cè)試等）。實(shí)時(shí)頻譜分析儀捕捉交換信息的特征并對(duì)信息進(jìn)行處理。切換單元用于在被測(cè)儀器（EUT）和測(cè)試儀器之間建立連接。信號(hào)發(fā)生器和RIDER的信號(hào)單元為EUT產(chǎn)生需要的信號(hào)。 

1．頻譜分析儀:

RFID系統(tǒng)常用測(cè)試儀器 

1．頻譜分析儀: 

功能: 進(jìn)行時(shí)域和頻域的信號(hào)測(cè)量，如圖4所示。 

2．信號(hào)發(fā)生器: 

功能: 與信號(hào)單元一起模擬讀寫(xiě)器和標(biāo)簽，如圖5所示。 

3．信號(hào)單元: 

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

4．切換單元: 

功能: 自動(dòng)建立測(cè)試路徑，在不同測(cè)試情況下完成測(cè)試儀器和EUT的連接。 

5．射頻信號(hào)發(fā)生器 

功能: 產(chǎn)生干擾信號(hào)。 

RFID系統(tǒng)測(cè)試的軟件環(huán)境 

以RIDER為例，對(duì)于軟件環(huán)境做一些說(shuō)明。圖7為軟件的架構(gòu)。 

測(cè)試方案的自動(dòng)化和實(shí)施采用Lab Window/CVI。Lab Window/CVI是一種基于C語(yǔ)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(tái)。從圖7中可以看出，該軟件平臺(tái)包括測(cè)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(cè)試的步驟 

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。 

針對(duì)RFID系統(tǒng)的測(cè)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(cè)試，如速度、介質(zhì)、環(huán)境、標(biāo)簽方向、干擾等，通過(guò)這樣的測(cè)試，才能了解產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用過(guò)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(lái)說(shuō)，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，如附近不能有會(huì)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(xiě)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。特別是在對(duì)不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)簽和讀寫(xiě)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、放置位置以及外界環(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(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(cè)試范圍應(yīng)從讀取率為100%開(kāi)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(lèi)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?chē)沫h(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)，這樣就得到被測(cè)產(chǎn)品的全面特性。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。 

實(shí)施RFID系統(tǒng)測(cè)試的流程有兩種方法: 手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)試。手動(dòng)測(cè)試的挑戰(zhàn)在于如何模擬系統(tǒng)中同時(shí)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(cè)試方法的客觀并具有可重復(fù)性等。而自動(dòng)化測(cè)試通過(guò)行為分析和虛擬腳本，不僅可以解決上述問(wèn)題，還可以最小化測(cè)試過(guò)程中可能產(chǎn)生的認(rèn)為錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，因此可以作為RFID系統(tǒng)測(cè)試的首選。