RFID系統測試的流程

發(fā)布日期：2020-07-21 17:46:53 作者：Ling 點擊：25789

1.RFID系統測試的流程
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）分別進行逐級測試。在逐級測試中，再展開進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行了較為細致的劃分。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，由遠及近調整托盤到端口的距離，當在某一位置上端口天線可以識別出射頻標簽時，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簽，標簽放置于托盤上面，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別出的包裝箱的數目占所有包裝箱數目的百分數稱為閱讀率。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，調整各個標簽的擺放位置，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，標簽離托盤外沿的平均距離較遠，而在圖（c）中，兩個包裝箱上的標簽相鄰。在端口識別模式的靜態(tài)識別中，端口天線固定，由遠及近調整托盤到端口的距離，當在某一位置上端口天線對射頻標簽有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、復合的貨品排列、異質的貨品排列。這三種貨品排列形式互補而又呈現復雜度上的遞增。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簽，用閱讀器識別單品?？梢宰R別出單品的數目占所有單品數目的百分數稱為閱讀率。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；通過改變標簽的放置，可觀測閱讀器性能的變化。
（2）復合的貨品排列：同均勻的貨品排列。
（3）異質的貨品排列：同均勻的貨品排列。2.RFID系統測試的規(guī)范
在測試中需要對標簽的測試、閱讀器的測試、空中接口一致性的測試、協議一致性的測試、中間件的測試等進行規(guī)范。
1）標準符合性測試
   標準符合性測試是指測試待測目標是否符合某項國內或國際標準（如ISO18000標準）定義的空中接口協議。其具體內容包括閱讀器的功能測試（閱讀器的調制方式測試、閱讀器的解調方式和返回時間測試、閱讀器的指令測試）和標簽的功能測試（包括標簽的解調方式和返回時間的測試，標簽反應時間的測試，標簽的反向散射測試，標簽的返回位準確率測試，標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備與其他設備的協同工作能力。例如，測試待測品牌的閱讀器對其他電子標簽的讀寫能力，待測品牌的電子標簽在其他閱讀器的有效工作距離范圍內的讀寫特性，待測品牌的閱讀器讀取其他閱讀器寫入標簽的數據等。該測試又可分為單閱讀器對單標簽，單閱讀器對多標簽，多閱讀器對單標簽，多閱讀器對多標簽等不同環(huán)境的測試。
3）性能測試
性能測試的具體內容有RFID標簽的測試、RFID閱讀器的測試和RFID系統的測試。RFID標簽的測試包括工作距離的測試、標簽天線方向性的測試、標簽最小工作場強的測試、標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)境下標簽讀取率的測試、標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系統的測試包括電子標簽和閱讀器的測試，測試時應配置不同參數（改變標簽的移動速度、附著材質、數量、環(huán)境、方向、操作數據及多標簽的空間組合方案等），測試系統通信距離及通信速率等。3.RFID系統測試的方法
測試過程并不是自由的，對于不同產品的測試報告，其可比性是建立在相同的測試條件和測試程序基礎上的。因此，應該有一套完整的測試規(guī)范來控制整個測試過程。
針對RFID系統的測試應首先從應用出發(fā)，根據影響讀取率的因素逐一進行測試，如速度、介質、環(huán)境、標簽方向、干擾等。只有通過這樣的測試，才能了解產品在實際應用過程中的表現，從中得出有用的結論，指導產品的使用。
舉例來說，針對RFID標簽讀取率的靜態(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)射電磁信號的設備，還應避免在測試場地布置與測試無關的金屬制品，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，進而影響測試結果的準確性。
   其次，布置測試用標簽、貨箱及閱讀器。不同的測試需要用到不同材料的貨箱，根據目前物流行業(yè)的應用，金屬、塑料、木質和紙質貨箱的應用最廣泛。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，應保證貨箱材料的統一，最好使用相同的貨箱。特別是在對不同廠家生產的標簽和閱讀器進行測試時，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)境數據
   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。
例如，研究標簽與天線距離對讀取率的影響時，應把距離向量作為唯一的變量，將測試結果填入讀取率與距離的關系表格中。目前采用的是每個位置讀取500次，用讀取成功的次數和讀取總次數的比值表示讀取率。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，為了更加準確地得到讀取率隨距離變化的規(guī)律，就應該減小這一數值。測試范圍應從讀取率為100%開始直至讀取率降為0，其采樣點應盡可能多，這樣才能如實反映讀取率與距離的關系。
此外，還應研究標簽方向對讀取率的影響。改變標簽的方向，與前面所說的過程類似，記錄在不同放置方向的情況下標簽讀取率與距離的關系。由于實際應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簽傾斜的情況，而只研究標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情況增加測試項目，如在標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據；也可以將標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）分析測試數據
   可以將測試所得到的數據輸入計算機，使用相關軟件對其進行分析或轉化為圖表，使結果更加直觀地反映出來。多次測試的結果還可以匯總起來，這樣就可得到被測產品的全面特性。對這些數據和圖表進行歸納和總結，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，這對于進一步改善產品性能，指導產品的應用都是十分重要的。
   實施RFID系統測試有兩種方法：手動測試和自動化測試。手動測試的挑戰(zhàn)在于如何模擬系統中同時存在的多種行為，如何協調各組件的工作順序，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生的認為錯誤的風險，因此它可以作為RFID系統測試的首選。
測試數據，可以通過采用軟件（如MATLAB）繪制圖表進行分析，以找出雜亂的數據中的規(guī)律性。例如，在單品級標簽性能測試中，對于貼在不同單品上的標簽性能，可以先分別對標簽在各種單品中進行測試，最后用軟件繪圖進行對比。
4.RFID設備部署方案與系統架構的仿真
隨著RFID系統的深入應用，對于RFID設備部署方案和系統架構的測試驗證已成為重要需求。RFID系統一般由兩級網絡組成，即由標簽、閱讀器組成的無線通信網絡，連接后端應用的信息通信網絡。前端設備網絡的部署重點是設計無線網絡組網和協調技術，而RFID系統復雜的硬件體系架構和數據的海量性都對系統測試提出了新的挑戰(zhàn)。為此，可采用虛擬測試與關鍵實物測試相結合的方法，是指通過對RFID設備部署方案和系統架構的分析，確定部署方案和系統架構的主要性能指標和約束，如無線覆蓋約束、信號干擾約束、RFID性能指標等，對RFID設備和網絡實體進行抽象，建立其面向對象的組件模型，進而構建RFID設備部署和系統架構仿真測試平臺。
   仿真測試平臺提供圖形化的組件及虛擬閱讀器、標簽、TCP/IP連接等各種組件，生成RFID部署方案和網絡系統架構。在虛擬測試的基礎上，對關鍵性能結點再進行場景實物測試，以保證測試結果的可信度。
仿真測試平臺內容包括：RFID 閱讀器、天線、標簽及網絡節(jié)點的仿真模型，圖形化設備部署組態(tài)界面的開發(fā)、虛擬 RFID 環(huán)境的開發(fā)、RFID協議仿真的開發(fā)、RFID與傳感網絡、無線網仿真的基本步驟如下。
第一步，采用RFID標簽建模工具對電子標簽單獨建模，分析標簽的各種屬性（回波損耗、方向性等），選擇部分最優(yōu)設計待用。
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、最快響應時間等），選擇部分最優(yōu)設計待用。
第三步，建立RFID應用環(huán)境的仿真，通過測試和經驗數據給出該環(huán)境下多種材質的電磁反射與吸收情況，給出應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、天線和定義標簽的參數（運動方向、速度、數量等）。
第五步，建立網絡模型和通信協議，使得設備與設備之間、設備與業(yè)務邏輯模塊之間、業(yè)務邏輯模塊與上層應用系統之間交互，完成對整個應用的仿真。
第六步，對仿真進行分析，評價該應用模型的性能、效果、可能產生的瓶頸。
   客觀性、可控性、可重構、靈活性是建設可模擬現場物理應用的測試環(huán)境的關鍵需求；配置先進的測試儀器、輔助設備可在一定程度上保證測試結果的客觀性；通過為實驗室配置溫、濕度控制器可實現對溫度、濕度的控制；通過配置速度可調的傳送帶，可實現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、無線設備，可產生可控電磁干擾信號和檢查無線網絡和RFID設備協同工作的有效性。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、可調整天線位置的門架等組成，可模擬物流的進庫、出庫、人員進出控制等場景。
（2）傳送帶綜合測試單元：由可調速傳送帶、傳送帶附屬天線架、天線架屏蔽罩、配套控制軟件系統等組成，可模擬生產領域的流水線、郵政的郵包分揀等所有涉及傳送帶的應用場景。
（3）機械手測試單元：主要由機械手組成，可模擬各種標簽在一定空間范圍內的移動。
（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簽的讀取性能，可模擬高速公路上的不停車收費等應用。
（5）復雜網絡測試單元：主要由服務器、路由器、無線AP等網絡設備組成，通過這些設備的不同組合和設置，可模擬多種網絡環(huán)境，以驗證實際網絡是否可以承受RFID的海量數據。
（6）智能貨架測試單元：主要由貨架、RFID設備、智能終端等組成，可測試倉庫中貨物的定位技術、零售業(yè)商品的自動補貨、智能導購系統。
（7）集裝箱貨柜測試單元：主要由溫濕度可調的集裝箱、傳感器、GPRS、智能終端等組成，用于測試供應鏈可視化系統，模擬監(jiān)測陸運，在海運過程中運用RFID技術對集裝箱內貨物的監(jiān)控。
   例如，在基本的供應鏈場景下，運用門禁測試單元、傳送帶綜合測試單元、復雜網絡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據，自動生成測試報告，從而進一步減少人為因素對測試過程和結果的干擾，提高測試的自動化程度。