摘 要：在RFID应用中，RFID的数据传输容易受到应用环境的影响，RFID应用中的测试技术逐渐成为研究的重点。文章根据RFID应用系统的模式和技术特点，分析了RFID应用场景测试所需要的功能，提出一种新型的自动测试系统。可以模拟应用场景，配置系统参数，编制测试任务，通过对自动化设备和RFID读写设备的自动参数控制，实现对RFID的解决方案进行自动测试。以生产线上给产品粘贴RFID电子标签应用场景为例，验证本系统的功能和性能，测试结果表明新提出的RFID应用测试系统是有效的。
关键词：RFID；自动测试；优化
中图分类号：F716 文献标识码：A
Abstract： During the RFID application， the data transform between RFID tags and device could be effected by application environment. The test technical for RFID application become important research hot point because of some RFID solutions lost. A novel automatic evaluation platform for testing RFID applications is designed. Based on the function necessary analysis， the framework of automatic evaluation platform for RFID application solution is proposed. In order to validate the function and performance of the evaluations platform， a RFID application for wine anti-counterfeit is used. Test results are promising. It indicates that proposed testing system is useful and effective.
Key words： RFID； automatic testing technology； optimization
0 引 言
无线射频技术（Radio Frequency Identification， RFID）由于具有非接触、远距离、批量识别的优点，逐渐成为自动识别技术中最具有应用前景的技术。随着物联网技术的发展，RFID技术已经在供应链、零售、仓库管理、生产线管理以及军队中得到了应用，目前我国物联网技术正处于由试点应用转入大规模应用的阶段[1]。由于使用电磁波方式传输数据，RFID数据传输易受到气候环境，金属屏蔽，周围材质等因素的影响。因此，RFID应用系统测试技术研究成为了热点[2]，国内外研究机构和大公司纷纷建立RFID测试实验室，研究测试技术和标准。
Zeng等[3]用设备部署仿真的方法研究如何提高RFID系统中读写器设备的部署问题，Porter等开发了适应八种不同RFID系统的测试协议[4]。前面所述的RFID测试系统和测试方法都是手动的，在对RFID应用测试时，只能逐一的来执行。RFID系统很复杂，需要开发一些自动化测试技术，制动测试任务后，能够自动执行测试操作。在本研究中，基于整体测试和单元测试的概念[5]，提出了一种自动化的RFID应用系统测试的方法。对于关键的影响因素（见图1）进行分析，设计了自动测试平台的框架，对于其中主要的组件进行了讨论。
1 测试系统框架
1.1 功能分析
1.1.1 数据收集
在RFID应用测试中，数据收集分为三种类型：一是收集RFID电子标签的数据，二是收集环境数据，三是应用场景中电子标签与相关设备的运行状态。当电子标签进入到RFID读写器的识读范围内，电子标签被激活，数据通过电磁信号被传输到RFID读写器中。在测试系统中需要将待测系统中的电子标签的数据进行收集，用于数据分析。
电子标签内的数据在传输过程中受到气候，应用现场的电磁干扰，材质/介质等因素的影响，这些影响因素需要被相应的传感器采集，结合RFID读写器读到的电子标签数据一起，形成完整的数据分析的基础数据。
在RFID应用系统中，RFID设备和电子标签的运动状态、天线的位姿对RFID系统的应用效果具有明显的影响。在数据收集阶段，要将RFID设备不同场景下，不同时间的姿态数据进行记录，同时将运动的速度，方向数据进行收集。
1.1.2 设备控制
如上所示，气候环境、电磁环境以及RFID设备的参数都是影响RFID系统应用效果的重要因素。如果能够使用自动控制技术对RFID读写器参数、天线的位姿、环境参数等影响RFID应用效果的因素进行控制，将提高测试的精度，实现自动控制。在实际应用场景中，RFID读写器的功率、工作状态（休眠，工作）等参数可以由业务流程来控制，读写器天线的部署参数（角度、高度）可以由自控转台进行控制，RFID电子标签的运动速度和方向可以由速度控制器来进行模拟控制。这样多种控制设备的组合就形成了RFID应用测试平台中的自动控制单元，
1.1.3 测试任务管理
测试任务是对一个应用场景中多种测试操作的总称。复杂的RFID应用可能对应多种典型应用场景，在指定测试任务时可以按照业务流程或者功能进行划分。根据模块化概念，在测试平台中需要对测试任务进行集中管理，维护任务中的测试模块。
1.1.4 数据库和数据分析功能
测试结果需要保存在数据库中，便于对测试结果进行分析和总结。根据测试中产生的数据类型，测试平台中包括了三个数据库：一是仿真器产生的模拟数据，作为测试的原始数据。二是中间数据库，保存了测试过程中采集的数据。三是测试结果和报表数据库，保存了测试分析的结果、报表数据等。
1.1.5 RFID应用系统的优化
在测试过程中，需要根据测试中间结果来改变控制参数。为了解决测试时间和测试次数，可以使用进化算法来优化控制参数，使被测的RFID应用系统发挥最好的能力。图2示意了采用遗传算法来优化控制参数的流程。在测试平台中，使用者也可以采用其他的优化算法来实现对控制参数的优化。
1.1.6 测试结果报表
测试的结果数据保存在结果数据库中，形成测试报表并打印。
1.2 测试系统框架
根据测试系统功能分析，设计了测试系统的框架，如图3所示。包括的功能模块有：数据接口模块、RFID中间件模块、数据统计分析模块、参数自动控制模块、优化模块、数据分析算法模块、报表模块等。
1.2.1 数据接口模块
包括三种类型的数据接口：
（1）RFID读写器数据接口，是测试系统与RFID读写器之间的数据接口，传输的数据是读写器与电子标签之间读写的数据。
（2）传感器数据接口是多种传感器采集到的数据的多数据通道。
（3）自动控制设备数据接口是测试系统向自动控制设备发送参数命令的通道。
1.2.2 RFID中间件模块
RFID中间件模块的主要功能是模拟被测的RFID应用系统的业务逻辑[7]，包括了RFID读写器控制器，数据收集器和业务逻辑建模工具。RFID读写器控制器主要控制RFID读写设备的工作、关闭、睡眠。数据收集器是记录所有RFID读写器读到的电子标签数据，识别数据的来源，按照时间线创建事件。测试过程中采集到的数据进入到数据统计分析模块。根据测试任务选择相应的数据分析算法来处理这些数据。RFID中间件中一般集成了RFID应用流程工具，用户可以配置不同的应用流程来进行测试，寻找适合的业务流程。
1.2.3 优化模块
数据分析后的结果可以作为优化模块中适应度函数值来指导参数优化的进程。在进化算法的优化过程中（看图2的优化流程），经过交叉和变异新的参数种群。新的控制参数作为输入数据控制测试平台中的自动化设备，改变被测RFID应用系统的参数。待满足优化条件后，退出优化过程，测试系统根据最终确定的参数，可以给予被测RFID应用系统一些改进的建议。
2 测试案例
2.1 生产线RFID数据写入场景
为了验证本文提出的RFID应用系统测试平台的功能和性能，本研究中对生产线RFID数据写入和校验的应用场景进行了测试。测试场景的业务流程如图4所示。两个读写器天线安置在生产线上，相距2米。RFID电子标签放置在产品上面。生产线上产品经过排列后逐个通过第一个RFID天线，此时写入数据。第二个RFID天线负责读取产品中RFID电子标签内的数据，校验前面写入数据的准确性，如果不合格则回流再次重新写入，合格则进入包装环节。
在这测试场景中RFID读写器型号为CSL-461，频率范围845～925MHz，最大读取速度1 000个/s。读写器的功率为30db。两个天线的型号是CSL-771，类型为线极化天线。
2.2 测试任务和测试结果
本次测试中主要对电子标签类型的选择和写入数据的影响因素进行测试。
（1）电子标签类型的影响
选择两种电子标签来进行测试，分别是Inlay Api和Inlay Apr。测试条件为室温20℃，生产线运行速度为0.5m/s，天线与产品的距离为0.2m。两种电子标签的指标参数见表1所示：
在生产线运动状态下，测试了两种不同种类电子标签的读写性能。使用80个Inlay Api和80个Inlay Apr的电子标签进行测试，20个电子标签为一组，共进行10次测试。对于数据写入操作，共有77个Inlay Api电子标签成功写入，73个Inlay Apr成功写入，成功率分别是96.25%和91.275%。
（2）运动速度的影响
生产线的速度对于电子标签数据写入具有一定的影响，测试了不同运行速度条件下RFID电子标签数据的写入成功率。其他条件不变的情况下，调整生产线的速度，速度变化范围从0.5m/s到2.0m/s，速度间隔为0.3m/s，测试结果见图5。当运行速度超过1.5m/s时，数据写入的成功率下降。
3 结 论
根据RFID应用场景，设计了自动测试系统，并对生产线RFID电子标签数据写入校验应用场景进行了测试。本研究中提出的RFID应用系统测试平台的框架具有如下优点：
（1）框架具有较强的灵活性，能够根据被测RFID应用系统的业务需求进行灵活的重构。同时自动控制的参数数据接口，RFID读写设备的控制数据接口也是灵活的。
（2）测试任务可以自动执行。RFID电子标签的数据读取，环境数据的收集可以自动执行和分析。RFID读写设备的参数调节也可以自动的执行，从而实现自动对RFID应用系统的优化。
（3）具有自动控制、自适应优化功能的RFID测试系统代表了RFID应用测试的发展方向，我们在以后的研究中将具有自治和自适应能力的生物系统激励机制引入到RFID应用测试研究中，用于改进系统的灵活性，功能模块的自适应性以及增强数据分析的能力。
参考文献：
[1] B. Oztaysi， S. Baysan， F. Akpinar. Radio frequency identification （RFID） in hospitality[J]. Technovation， 2009，29：618-624.
[2] K. X. Zhao， J. Tan， G. Ji. Study and design of benchmarking test platform for RFID middleware[J]. Microcomputer information， 2008，24（8）：238-243.
[3] J. F. Zeng， Y. Liu， C. Liu， D. Li. Research on Test based RFID Deployment Simulator[C] // Third International Conference on Convergence and Hybrid Information Technology， 2008：1142-1146.
[4] J. D. Porter， R. E. Billo， M. H. Mickle. A Standard Test Protocol for Evaluation of Radio Frequency Identification Systems for Supply Chain Applications[J]. Journal of Manufacturing systems， 2004（5）：46-55.
[5] S. K Youm， J. H. Kim， S. K. Cho. A Study on the Methodology for Testing of RFID system at Library[C] // International Conference on Multimedia and Ubiquitous Engineering （MUE"07）， 2007：101-106.