第10章RFID的测试与分析技术.

1第10章RFID的测试与分析技术10.1概述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。210.1.1RFID系统测试的目的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RFIU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。310.1.2国内外RFID测试研究工作现状及发展趋势1.国外RFID测试研究工作现状国外的企业界和政府机构充分认识到RFID系统测试的重要意义，纷纷涉足这一领域，如IBM、SUN、英飞凌等厂商都建立了测试实验室，针对自己的产品进行性能测试；日本产品化工作进展较快，已推出的技术和产品均通过了测试；韩国也提出建设测试床计划（Test-bedBuildingPlan），该计划于2005年启动，建成RFID综合测试中心；我国香港、台湾地区也在建立这样的测试中心，主要发展电子标签和读写器技术和标准检测。42.国内RFID测试研究工作现状在RFID产品与系统测试领域，国内最完备的是非接触卡（HFRFID）的测试与验证。目前，已经建立了一批权威的测试机构，并且已经形成了较为完善的测试流程和规范。在用于物品标识的电子标签性能测试和标准验证方面，国内刚刚起步，目前主要分散在产品的生产厂家，测试不够系统，而且缺乏统一的测试环境，一般都是针对某一个具体应用项目而进行的。事实上，我国要在RFID领域保持与世界先进技术同步的地位，开展相应的研究势在必行。5目前，国内外对于测试技术方面的工作主要是从对产品的认证和评测的角度开展的，其特点足搭建理想化或典型化的RFID应用场景，对各种产品和数据标准进行测试和评估。一些大学和科研机构，如中国科学院自动化研究所、上海复旦大学、信息产业部中国标准化技术研究所、电子工业标准化研究所等相关机构开展了RFID应用评测中心的建设工作。3.RFID测试技术发展趋势RFID测试技术将由功能测试向性能测试发展。610.2RFID系统测试10.2.1RFID系统测试的主要内容1.标准符合性测试标准符合性测试是测试待测目标是否符合某项国内或国际标准（如IS018000标准）定义的空中接口协议。具体内容如下：（1）读写器功能测试。读写器功能测试包括调制方式测试、解调方式和返回时间测试、指令测试等。（2）标签功能测试标签功能测试包括标签解调方式和返回时间测试、反应时间测试、反向散射测试、返回准确率测试、返回速率测试等。72.可互操作性测试可互操作性测试是测试待测设备与其他设备之间的协同工作能力。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。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。83.性能测试RFID性能测试的典型环境如图10-l所示，包括静态测试和动态测试，以及无干扰情况下的测试和有干扰情况下的测试。9具体内容包括：（1）RFID标签测试。（2）RFID读写器测试。（3）RFID系统测试。4.RFID产品物理测试和质量认证具有国家级认证资质的物理特性测试和质量验证，针对RFID标签、RFID阅读器、天线、模块等RFID系统中的关键产品的技术指标进行质量验证与测试，主要内容包括：（1）电磁兼容（EMC）。（2）环境试验参数。（3）电气安全参数。（4）RFID标签的特殊技术指标。（5）RFID读写器的特殊技术指标。1010.2.2RFID系统测试的硬件环境1.RFID系统测试的硬件环境RFID系统测试中测试平台需要的硬件环境包括以下主要方面：（l）测试场地。由于RFID系统性能参数不同，其读取范围也从几厘米到几十米、上百米不等。这就要求在针对不同RFID系统的测试中，选择合适的场地。（2）基本设备。基本设备如用于放置标签的货箱、托盘、叉车、集装箱等。由于RFID标签应用广泛，在实际使用过程中可能被设置在各种材料、规格的货物上，因此在测试阶段就应考虑到这一点．从应用出发，全面分析各种情况。11（3)数据采集设备。数据采集设备包括用于采集环境数据的温度计、湿度计、场强仪、测速仪等。因为很多环境因素对测试结果影响很大，也需要研究。（4）数据分析设备。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，用来对测试数据进行全面地分析，找出其中的规律。这也是产品测试报告中最重要的数据来源和依据。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刘外界信号进行屏蔽，这就需要屏蔽室或电波暗室。12132.RFID系统常用测试仪器（1）频谱分析仪。（2）信号发生器。（3）信号单元。（4）切换单元。（5）射频信号发生器。1410.2.3RFID系统测试的软件环境以RIDER为例，对于软件环境作一些说明。图10-7所示为软件的架构。测试方案的自动化和实施采用LabWindow／CVI。1510.2.4RFID系统测试的步骤针对RFID系统的测试应首先从应用出发，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。通过这样的测试，才能了解产品在实际应用过程中的表现，从中得出有用的结论，指导产品的使用。举例来说，针对RFID标签读取率的静态测试流程如下：1.布置测试环境2.记录环境数据3.测试不同位置的读取率4.分析测试数据1610.3RFID系统测试的流程、规范及其方法10.3.1测试流程及方法17根据总体结构图，设计流程及方法具体如下：首先针对托盘级识别（PalletLevel）、包装箱级识别（CaseLevel）、单品级识别（ItemLevel）分别进行逐级测试。在逐级测试中，再展开不同阅读模式下的测试。在实际情况中，端口阅读模式是物流管理中最为有效和普遍的一种阅读模式，所以在测试中对端口阅读模式进行了较为细致的划分。端口阅读模式首先可分为动态和静态的阅读测试，而动态阅读中又可以分为步行速度下和速度可调的传送带两种不同情况。181.托盘级识别在每个托盘上贴上具有唯一编码的射频标签，用阅读器识别各个托盘。192.包装箱级识别（1）单个包装箱识别。包装箱贴上具有唯一编码的射频标签，放置于托盘上面，用阅读器识别包装箱。三种阅读模式均与托盘级识别相同。（2）多个包装箱识别。每个包装箱贴上具有唯一编码的射频标签，将多个包装箱同时放置于托盘上面，用阅读器识别各个包装箱。20标签同向排列标签两向排列标签相邻213.单品级识别托盘上有均匀的货品排列、复合的货品排列、异质的货品排列三种货品排列形式。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阅读器的性能，如图10-13所示。2210.3.2测试规范测试中需要对标签测试、读写器测试、空中接一致性测试、协议一致性测试、中间件测试等进行规范。利于标准符合性测试，测试待测目标是否符合某项国内或国际标准（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）。23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。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。2410.4典型场景的测试在实际测试中，包括各种典型测试，如门禁单元、货架单元、出入库单元、生产线单元等的测试。下面以基于RFID技术的仓库管理为例作简述。基于RFID技术的仓库管理首先要求实现对仓库平而、仓库货位、托盘的定位、对托盘的跟踪和对叉车的跟踪，其空间定位原理图如图10-14所示。其次，要求对现有仓库管理业务、供应链管理业务进行分析、业务流程再造（BPR）以及系统的开发，主要业务改造内容有收货业务、上架、业务、分拣业务、发货配送业务等。252610.4.1仓库出入库环境271.目的建立读取托盘经过一个门口或入口时的情形及性能标准。2.测试内容（1）托盘中有各种不同货物以及不同摆放结构的情形，如图10-16所示。例如，全为纸或全为金属，或装在同一个托盘中的金属产品和盛有液体的产品之间又有其他物品，图中黑色标记为电子标签粘贴位置。（2）读取托盘中所装载的物品时达到使用者期望水平的读取率。（3）其他的可发出电波设备的干扰。（4）叉车通过的速度对性能的影响。282910.4.2仓储货架环境1.目的在给定的情况和性能标准下，能够测定堆放在仓库货架上货盘中货物的详细状况。2.测试内容（1）在毗邻的货架中读写器的部署与其他设备的干扰。（2）在货架中各种类型的货物，如全为纸或全为金属，或金属物品之间有其他的物品情况下的读取效果。30（3）区域内其他来源的无线电设备与射频干扰。（4）不同的读写器部署形式引申的问题，如每个货架都安装读写器（可对货架商品流通信息详细记录，但需要较多的读写器）、移动式读写器（较简单且低成本实现，但需要设相应的行走机构）、仓库地板标签（存储地理信息并驱动升降臂）等。3110.4.3生产线传送带环境1.目的能够动态读取传送带上的货物信息。2.测试内容（1）传送带装置参数的定义，如电机位置、传送带宽度、在传送带上方或侧面的读取范围、传送带的速度等。（2）在传送带上的物品的放置，如摆放一致、无间隔、方向不同、货物重叠等。（3）区域内其他来源的无线电设备与射频干扰。（4）电力设备的干扰和噪音，特别是传送带电机发出的噪声对射频信号的影响。323310.4.4装配线环境1.目的在给定的情况和性能标准下，能可靠地辨别传送带上的货物并准确抓取。2.测试内容读写器读取范围和定位精度。装配线上有各种不同货物的情形，如全为纸或全为金属，或金属物品之间有其他的物品。装配线电力设备的干扰和噪音。标准货物大小和尺寸的确定。使用者期待达到的目标。343510.4.5工业控制器1.目的控制工业现场的多台读写设备协同工作。2.测试内容（1）工业控制器的接口类型。（2）读写器的部署与其他设备的干扰。（3）区域内其他来源的无线电设备与射频干扰。（4）工业控制器的操作上限和控制范围。3610.5测试数据分析RFID系统性能指标评价体系中系统性能指标包括确认范围（IdentificationRange）、确认率（IdentificationRate）、读取范围（ReadRange）、读取率（ReadRate）、写入范围（WriteRang