RFID系統(tǒng)測試的流程

發(fā)布日期：2020-07-21 17:46:53 作者：Ling 點擊：24986

1.RFID系統(tǒng)測試的流程
首先針對托盤級識別（Pallet Level）、包裝箱級識別（Case Level）、單品級識別（Item Level）分別進(jìn)行逐級測試。在逐級測試中，再展開進(jìn)行不同閱讀模式下的測試。在實際情況中，端口閱讀模式是物流管理中最為有效和普遍的一種閱讀模式，因此在測試中對端口閱讀模式進(jìn)行了較為細(xì)致的劃分。端口閱讀模式首先可分為動態(tài)閱讀和靜態(tài)閱讀，而動態(tài)閱讀中又可以分為步行速度下和速度可調(diào)的傳送帶兩種不同情況。
1）托盤級識別（Pallet Level）
托盤級識別指在每個托盤上貼上具有唯一編碼的射頻標(biāo)簽，用閱讀器識別各個托盤。需要說明的是：在端口閱讀模式中，靜態(tài)閱讀方式是指端口天線固定，由遠(yuǎn)及近調(diào)整托盤到端口的距離，當(dāng)在某一位置上端口天線可以識別出射頻標(biāo)簽時，端口天線到托盤的距離即為端口天線的閱讀距離（Read Range）；而動態(tài)閱讀方式則是指端口天線固定，以人工步行速度或者傳送帶上的可調(diào)速度通過端口時，端口天線對托盤的識別性能（如果可讀，閱讀距離也發(fā)生變化）。
2）包裝箱級識別（Case Level）
（1）單個包裝箱識別：包裝箱貼上具有唯一編碼的射頻標(biāo)簽，標(biāo)簽放置于托盤上面，用閱讀器識別包裝箱。其三種閱讀模式均與托盤級識別相同。
（2）多個包裝箱識別：每個包裝箱貼上具有唯一編碼的標(biāo)簽，將多個包裝箱同時放置于托盤上面，用閱讀器識別各個包裝箱?？梢宰R別出的包裝箱的數(shù)目占所有包裝箱數(shù)目的百分?jǐn)?shù)稱為閱讀率。在其三種閱讀模式中，是通過測試包裝箱的閱讀率來衡量其性能的。需要注意的是：在每種閱讀模式下，通過改變各個包裝箱的擺放位置，調(diào)整各個標(biāo)簽的擺放位置，可觀測性能的變化。例如，在圖7-26所示各種情況中，圖（a）與圖（b）相比，標(biāo)簽離托盤外沿的平均距離較遠(yuǎn)，而在圖（c）中，兩個包裝箱上的標(biāo)簽相鄰。在端口識別模式的靜態(tài)識別中，端口天線固定，由遠(yuǎn)及近調(diào)整托盤到端口的距離，當(dāng)在某一位置上端口天線對射頻標(biāo)簽有100%的閱讀率時，端口天線到托盤的距離即為端口天線的閱讀距離。
3）單品級識別（Item Level）
   在單品級識別情況下，托盤上有三種貨品排列形式，即均勻的貨品排列、復(fù)合的貨品排列、異質(zhì)的貨品排列。這三種貨品排列形式互補而又呈現(xiàn)復(fù)雜度上的遞增。下面比較它們在各種測試情況下的閱讀器的性能。
（1）均勻的貨品排列。如果貨品的排列是均勻的，包裝箱中的各個單品上貼上具有唯一編碼的標(biāo)簽，用閱讀器識別單品?？梢宰R別出單品的數(shù)目占所有單品數(shù)目的百分?jǐn)?shù)稱為閱讀率。在三種閱讀模式中分別測試單品的閱讀率，即可衡量其性能。需要注意的是：在每種閱讀模式下，通過使用不同材料和包裝的單品，可觀測閱讀器性能的變化；通過改變標(biāo)簽的放置，可觀測閱讀器性能的變化。
（2）復(fù)合的貨品排列：同均勻的貨品排列。
（3）異質(zhì)的貨品排列：同均勻的貨品排列。2.RFID系統(tǒng)測試的規(guī)范
在測試中需要對標(biāo)簽的測試、閱讀器的測試、空中接口一致性的測試、協(xié)議一致性的測試、中間件的測試等進(jìn)行規(guī)范。
1）標(biāo)準(zhǔn)符合性測試
   標(biāo)準(zhǔn)符合性測試是指測試待測目標(biāo)是否符合某項國內(nèi)或國際標(biāo)準(zhǔn)（如ISO18000標(biāo)準(zhǔn)）定義的空中接口協(xié)議。其具體內(nèi)容包括閱讀器的功能測試（閱讀器的調(diào)制方式測試、閱讀器的解調(diào)方式和返回時間測試、閱讀器的指令測試）和標(biāo)簽的功能測試（包括標(biāo)簽的解調(diào)方式和返回時間的測試，標(biāo)簽反應(yīng)時間的測試，標(biāo)簽的反向散射測試，標(biāo)簽的返回位準(zhǔn)確率測試，標(biāo)簽的返回速率測試等）。
2）可互操作性測試
   可互操作性測試是指測試待測設(shè)備與其他設(shè)備的協(xié)同工作能力。例如，測試待測品牌的閱讀器對其他電子標(biāo)簽的讀寫能力，待測品牌的電子標(biāo)簽在其他閱讀器的有效工作距離范圍內(nèi)的讀寫特性，待測品牌的閱讀器讀取其他閱讀器寫入標(biāo)簽的數(shù)據(jù)等。該測試又可分為單閱讀器對單標(biāo)簽，單閱讀器對多標(biāo)簽，多閱讀器對單標(biāo)簽，多閱讀器對多標(biāo)簽等不同環(huán)境的測試。
3）性能測試
性能測試的具體內(nèi)容有RFID標(biāo)簽的測試、RFID閱讀器的測試和RFID系統(tǒng)的測試。RFID標(biāo)簽的測試包括工作距離的測試、標(biāo)簽天線方向性的測試、標(biāo)簽最小工作場強的測試、標(biāo)簽返回信號強度的測試、抗噪聲的測試、頻帶寬度的測試、各種環(huán)境下標(biāo)簽讀取率的測試、標(biāo)簽讀取速度的測試等；RFID閱讀器的測試包括靈敏度的測試、發(fā)射頻譜的測試等；RFID系統(tǒng)的測試包括電子標(biāo)簽和閱讀器的測試，測試時應(yīng)配置不同參數(shù)（改變標(biāo)簽的移動速度、附著材質(zhì)、數(shù)量、環(huán)境、方向、操作數(shù)據(jù)及多標(biāo)簽的空間組合方案等），測試系統(tǒng)通信距離及通信速率等。3.RFID系統(tǒng)測試的方法
測試過程并不是自由的，對于不同產(chǎn)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(chǔ)上的。因此，應(yīng)該有一套完整的測試規(guī)范來控制整個測試過程。
針對RFID系統(tǒng)的測試應(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)行測試，如速度、介質(zhì)、環(huán)境、標(biāo)簽方向、干擾等。只有通過這樣的測試，才能了解產(chǎn)品在實際應(yīng)用過程中的表現(xiàn)，從中得出有用的結(jié)論，指導(dǎo)產(chǎn)品的使用。
舉例來說，針對RFID標(biāo)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(yīng)保證盡量減少外界干擾，如附近不能有會向外發(fā)射電磁信號的設(shè)備，還應(yīng)避免在測試場地布置與測試無關(guān)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(jìn)而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
   其次，布置測試用標(biāo)簽、貨箱及閱讀器。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(yīng)用，金屬、塑料、木質(zhì)和紙質(zhì)貨箱的應(yīng)用最廣泛。由于這幾種貨箱對讀取率的影響不同，所在在同一次測試中，應(yīng)保證貨箱材料的統(tǒng)一，最好使用相同的貨箱。特別是在對不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)簽和閱讀器進(jìn)行測試時，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到材料分布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(yīng)保證測試所用貨箱、放置位置及外界環(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(biāo)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)。
例如，研究標(biāo)簽與天線距離對讀取率的影響時，應(yīng)把距離向量作為唯一的變量，將測試結(jié)果填入讀取率與距離的關(guān)系表格中。目前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。測試范圍應(yīng)從讀取率為100%開始直至讀取率降為0，其采樣點應(yīng)盡可能多，這樣才能如實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，與前面所說的過程類似，記錄在不同放置方向的情況下標(biāo)簽讀取率與距離的關(guān)系。由于實際應(yīng)用中貨箱的形狀及擺放都是筆直的，所以在測試過程中也可以忽略標(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(biāo)簽與天線之間放置木板、紙板、金屬板，從而得到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，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)
   可以將測試所得到的數(shù)據(jù)輸入計算機，使用相關(guān)軟件對其進(jìn)行分析或轉(zhuǎn)化為圖表，使結(jié)果更加直觀地反映出來。多次測試的結(jié)果還可以匯總起來，這樣就可得到被測產(chǎn)品的全面特性。對這些數(shù)據(jù)和圖表進(jìn)行歸納和總結(jié)，可以知道在影響讀取率的眾多因素中，哪些是最主要的，哪些的影響相對小一些，這對于進(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。
   實施RFID系統(tǒng)測試有兩種方法：手動測試和自動化測試。手動測試的挑戰(zhàn)在于如何模擬系統(tǒng)中同時存在的多種行為，如何協(xié)調(diào)各組件的工作順序，以及如何保持測試方法的客觀性及可重復(fù)性等。而自動化測試通過行為分析和虛擬腳本，不僅可以解決上述問題，還可以最小化測試過程中可能產(chǎn)生的認(rèn)為錯誤的風(fēng)險，因此它可以作為RFID系統(tǒng)測試的首選。
測試數(shù)據(jù)，可以通過采用軟件（如MATLAB）繪制圖表進(jìn)行分析，以找出雜亂的數(shù)據(jù)中的規(guī)律性。例如，在單品級標(biāo)簽性能測試中，對于貼在不同單品上的標(biāo)簽性能，可以先分別對標(biāo)簽在各種單品中進(jìn)行測試，最后用軟件繪圖進(jìn)行對比。
4.RFID設(shè)備部署方案與系統(tǒng)架構(gòu)的仿真
隨著RFID系統(tǒng)的深入應(yīng)用，對于RFID設(shè)備部署方案和系統(tǒng)架構(gòu)的測試驗證已成為重要需求。RFID系統(tǒng)一般由兩級網(wǎng)絡(luò)組成，即由標(biāo)簽、閱讀器組成的無線通信網(wǎng)絡(luò)，連接后端應(yīng)用的信息通信網(wǎng)絡(luò)。前端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的部署重點是設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)調(diào)技術(shù)，而RFID系統(tǒng)復(fù)雜的硬件體系架構(gòu)和數(shù)據(jù)的海量性都對系統(tǒng)測試提出了新的挑戰(zhàn)。為此，可采用虛擬測試與關(guān)鍵實物測試相結(jié)合的方法，是指通過對RFID設(shè)備部署方案和系統(tǒng)架構(gòu)的分析，確定部署方案和系統(tǒng)架構(gòu)的主要性能指標(biāo)和約束，如無線覆蓋約束、信號干擾約束、RFID性能指標(biāo)等，對RFID設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)實體進(jìn)行抽象，建立其面向?qū)ο蟮慕M件模型，進(jìn)而構(gòu)建RFID設(shè)備部署和系統(tǒng)架構(gòu)仿真測試平臺。
   仿真測試平臺提供圖形化的組件及虛擬閱讀器、標(biāo)簽、TCP/IP連接等各種組件，生成RFID部署方案和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)。在虛擬測試的基礎(chǔ)上，對關(guān)鍵性能結(jié)點再進(jìn)行場景實物測試，以保證測試結(jié)果的可信度。
仿真測試平臺內(nèi)容包括：RFID 閱讀器、天線、標(biāo)簽及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的仿真模型，圖形化設(shè)備部署組態(tài)界面的開發(fā)、虛擬 RFID 環(huán)境的開發(fā)、RFID協(xié)議仿真的開發(fā)、RFID與傳感網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)仿真的基本步驟如下。
第一步，采用RFID標(biāo)簽建模工具對電子標(biāo)簽單獨建模，分析標(biāo)簽的各種屬性（回波損耗、方向性等），選擇部分最優(yōu)設(shè)計待用。
第二步，對RFID閱讀器和天線建模，分析閱讀器和天線的各種屬性（讀取范圍、最快響應(yīng)時間等），選擇部分最優(yōu)設(shè)計待用。
第三步，建立RFID應(yīng)用環(huán)境的仿真，通過測試和經(jīng)驗數(shù)據(jù)給出該環(huán)境下多種材質(zhì)的電磁反射與吸收情況，給出應(yīng)用所能使用的部分最佳布局。
第四步，使用第三步所選擇的布局在應(yīng)用環(huán)境中部署第一、二步所選擇出的RFID閱讀器、天線和定義標(biāo)簽的參數(shù)（運動方向、速度、數(shù)量等）。
第五步，建立網(wǎng)絡(luò)模型和通信協(xié)議，使得設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與業(yè)務(wù)邏輯模塊之間、業(yè)務(wù)邏輯模塊與上層應(yīng)用系統(tǒng)之間交互，完成對整個應(yīng)用的仿真。
第六步，對仿真進(jìn)行分析，評價該應(yīng)用模型的性能、效果、可能產(chǎn)生的瓶頸。
   客觀性、可控性、可重構(gòu)、靈活性是建設(shè)可模擬現(xiàn)場物理應(yīng)用的測試環(huán)境的關(guān)鍵需求；配置先進(jìn)的測試儀器、輔助設(shè)備可在一定程度上保證測試結(jié)果的客觀性；通過為實驗室配置溫、濕度控制器可實現(xiàn)對溫度、濕度的控制；通過配置速度可調(diào)的傳送帶，可實現(xiàn)物體移動速度對讀取率的影響；通過配置各種信號發(fā)生器、無線設(shè)備，可產(chǎn)生可控電磁干擾信號和檢查無線網(wǎng)絡(luò)和RFID設(shè)備協(xié)同工作的有效性。測試實驗室由多個測試單元組成，測試單元可靈活組合，動態(tài)地實現(xiàn)多種測試場景。
仿真測試平臺的基本單元包括以下幾個。
（1）門禁測試單元：由RFID閱讀器、可調(diào)整天線位置的門架等組成，可模擬物流的進(jìn)庫、出庫、人員進(jìn)出控制等場景。
（2）傳送帶綜合測試單元：由可調(diào)速傳送帶、傳送帶附屬天線架、天線架屏蔽罩、配套控制軟件系統(tǒng)等組成，可模擬生產(chǎn)領(lǐng)域的流水線、郵政的郵包分揀等所有涉及傳送帶的應(yīng)用場景。
（3）機械手測試單元：主要由機械手組成，可模擬各種標(biāo)簽在一定空間范圍內(nèi)的移動。
（4）高速測試單元：主要由高速滑車組成，用于測試高速運動標(biāo)簽的讀取性能，可模擬高速公路上的不停車收費等應(yīng)用。
（5）復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)測試單元：主要由服務(wù)器、路由器、無線AP等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，通過這些設(shè)備的不同組合和設(shè)置，可模擬多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以驗證實際網(wǎng)絡(luò)是否可以承受RFID的海量數(shù)據(jù)。
（6）智能貨架測試單元：主要由貨架、RFID設(shè)備、智能終端等組成，可測試倉庫中貨物的定位技術(shù)、零售業(yè)商品的自動補貨、智能導(dǎo)購系統(tǒng)。
（7）集裝箱貨柜測試單元：主要由溫濕度可調(diào)的集裝箱、傳感器、GPRS、智能終端等組成，用于測試供應(yīng)鏈可視化系統(tǒng)，模擬監(jiān)測陸運，在海運過程中運用RFID技術(shù)對集裝箱內(nèi)貨物的監(jiān)控。
   例如，在基本的供應(yīng)鏈場景下，運用門禁測試單元、傳送帶綜合測試單元、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)測試單元和機械手測試單元組合成的一個完整的測試場景如圖7-28所示。
測試系統(tǒng)還包括一系列測試平臺軟件，其主要功能為測試場景的組態(tài)、測試儀器的連接和組態(tài)、自動獲取和圖形化展示數(shù)據(jù)，自動生成測試報告，從而進(jìn)一步減少人為因素對測試過程和結(jié)果的干擾，提高測試的自動化程度。