RFID系统的关键技术之测试技术与贴标技术PPT课件.ppt

RFID测试技术与贴标拭技术 教学设计 物流信息系米志强 2011 8 9 一 教学引入 二 RFID系统测试技术 三 RFID系统贴标技术 四 思考题 主要内容 2 1 RFID系统为什么要进行测试 2 RFID系统主要测试哪些内容 3 UHFRFID标签的读写由于会受到各种干扰 试想RFID标签贴在货物的包装箱什么位置最为合适 问题探究 一 教学引入 3 二 RFID系统测试技术 1 RFID系统测试必不可少 1 RFID系统测试技术概述 世界各发达国家和国际跨国公司对RFID技术非常重视 都在加速推动RFID技术的研发和应用进程 而RFID系统测试则是RFID技术研发和应用实施过程中的重要技术保障 由于RFID系统应用的现场环境大多比较复杂 如需经历反复击打 高温或低温 油污影响等传统条码无法胜任的场合 因此 必须要考虑到RFID设备的故障率问题 通常在设备上线调试之初 我们一般把设备 包括电子标签 读写器 网络和软件 不能正常处理信号的概率保守地设为5 左右 因此 在投资和实施RFID解决方案之前 按照测试方法和流程进行一定的测试及仿真试验是必要的 4 二 RFID系统测试技术 2 RFID系统测试研究现状 1 RFID系统测试技术概述 鉴于RFID测试的重要性 国际上一些RFID的推动者如HP IBM Sun及Microsoft等公司已开始在世界各地建立相应的测试实验室 开展相关的研究和实验 IBM在欧洲成立了测试和互操作性实验室用来指导并提供RFID技术 这个实验中心将测试RFID芯片 数据识别器和相关的应用软件以验证它们之间的相互配合情况 Sun则在整合了硬件 软件和服务后推出了多层的SunEPC网络架构 并在全球各地部署了多个RFID测试中心 韩国提出了 测试床建设计划 Test bedBuildingPlan 建立RFID USN综合测试中心 5 二 RFID系统测试技术 3 RFID系统测试的主要内容 1 RFID系统测试技术概述 RFID系统测试可以分成以下几类 功能测试 性能测试 安全性测试 一致性测试 由于典型的RFID系统包括RFID标签 RFID阅读器和RFID后台系统三部分 6 二 RFID系统测试技术 3 RFID系统测试的主要内容 1 RFID系统测试技术概述 RFID系统功能测试 RFID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 标签返回准确率测试 标签返回速率测试等 阅读器功能测试 阅读器调制方式测试 阅读器解调方式和返回时间测试 阅读器指令测试等 RFID后台系统功能测试 包括RFID中间件系统功能测试和RFID应用系统功能测试 7 二 RFID系统测试技术 3 RFID系统测试的主要内容 1 RFID系统测试技术概述 RFID系统性能测试 RFID标签性能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阅读器性能测试包括识别速率测试 灵敏度测试 发射频谱测试等 RFID系统通信链路性能测试测试不同参数 改变标签的移动速度 附着材质 数量 环境 方向 操作数据大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 RFID标签及阅读器空中接口测试针对标签和阅读器相互通信的测试 以确定RFID标签与阅读器的通信参数 如工作频率 工作场强 数据速率和编码 调制参数 帧结构 通讯时序等测试 RFID后台系统性能测试包括RFID中间件系统性能测试和RFID应用系统性能测试 8 二 RFID系统测试技术 3 RFID系统测试的主要内容 1 RFID系统测试技术概述 RFID系统安全性测试 RFID标签安全性测试主要对标签上存储器 采用的加密机制 标签上不同信息区进行测试 阅读器的安全性测试主要对阅读器上存储器 采用的加密机制 使用的系统软件进行测试 RFID标签和阅读器通信链路安全性测试包括标签的访问控制 安全审计测试 标签内容操作 如读 写 复制 删除 修改等 安全性 标签和阅读器之间空中接口通信协议安全测试 RFID后台系统安全性测试包括RFlD中间件与阅读器之间的通信过程安全性测试 RFID中间件系统自身的安全性测试 RFID应用系统安全性测试 9 二 RFID系统测试技术 3 RFID系统测试的主要内容 1 RFID系统测试技术概述 RFID系统一致性测试RFID系统一致性测试主要是测试待测目标是否符合某项国内或国际标准 例如ISO IEC18047系列标准 定义的空中接口协议 包括标签空中接口一致性测试 阅读器空中接口一致性测试 10 二 RFID系统测试技术 4 RFID系统测试环境 1 RFID系统测试技术概述 RFID系统测试环境应包含以下几个主要方面 1 测试场地 由于RFID产品性能参数不同 其读取范围也从几厘米到几十米 上百米不等 需要有多样的测试场地 2 测试设备 针对RFID标签及阅读器的数据采集设备 如场强仪 测速仪等 专业的数据分析设备 如实时频谱分析仪 矢量网络分析仪 射频阻抗 频谱 网络分析仪 精密LCR表 矢量信号发生器 EMI EMC预兼容测试系统等 3 测试工具 RFID标签测试系统 阅读器测试系统 射频设计与仿真软件系统 辅助分析工具等 4 辅助测试设施 如贴有标签的货箱 托盘 叉车 集装箱等 除此之外 在部分测试过程中还可能需要用到特殊设备 如要测试系统在无干扰环境下的表现就需要对外界信号进行屏蔽 这就需要屏蔽室 电波暗室或RFID终端系统模拟实验室等 11 二 RFID系统测试技术 研究RFID测试技术 最重要的是研究RFID系统测试的流程 规范及其方法 根据国内外最新研究进展 我们总结了测试流程及方法的总体结构图 如图7 28所示 2 RFID系统测试的流程 12 二 RFID系统测试技术 测试中需要对标签测试 读写器测试 空中接口一致性测试 协议一致性测试 中间件测试等进行规范 3 RFID系统测试的规范 1 对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 例如ISO18000标准 定义的空中接口协议 2 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 3 对于性能测试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 13 二 RFID系统测试技术 测试过程并不是自由的 对于不同产品的测试报告 其可比性是建立在相同的测试条件和测试程序基础上的 因此 应该有一套完整的测试规范来控制整个测试过程 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 3 RFID系统测试的步骤 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 14 二 RFID系统测试技术 RFID技术作为无线领域的核心技术之一 其吸引力正与日俱增 到2015年 全球RFID市场将增长到245亿美元 解决RFID项目所遇到问题的关键 就是需要研究开发一套先进的 能体现典型场景的技术测试软件和完整的示范应用框架 RFID测试中心于是应运而生 全球几大主要地区RFID测试中心 4 RFID测试中心 15 三 RFID系统贴标技术 1 影响读取率的射频特性 1 RFID标签贴标的影响因素 下面列出影响读取率的射频特性 半透明 一些材料在射频能量穿过的时候 仅有很少或根本就没有任何阻碍作用 吸收 液体 含液体的物质 比如说食物 特别是含盐的液体和食物 都会吸收超高频 UHF 射频能量 屏蔽 金属和非常薄的金属箔片尤其会让无线电波偏离目标 阻止无线电波穿过 屏蔽材料可以被当成感应线圈 失谐 电子标签的天线受周围环境的影响很大 反射 信号反射可能是RFID技术在UHF频段遭遇的最严重的基础问题 干扰 干扰造成的所谓 死区 主要归因于环境因素 16 三 RFID系统贴标技术 1 影响读取率的稳定因素RFID读取率与标签的选用与附着 天线架设方式及读取器功率与参数设定 此三件因素决定了RFID的读取率是否稳定的因素 1 RFID标签贴标的影响因素 选择合适标签标签的选用需根据读取器操作距离 物品外形及材质 标签读取环境等三个面向来综合考虑 1 读取器操作距离 短距离手动读取 长距离读取2 物品外形及材质 根据物品外形与材质选择合适标签规格 敏感度 感应角度3 标签读取环境 金属与含水份环境 金属专用标签或客制化标签 17 三 RFID系统贴标技术 1 RFID标签贴标的影响因素 2 天线架设天线架设要点是要达到最佳电磁场型态同时避开电波反射干扰 1 读取区目前固定型读取器通常至少有搭配四组输出天线 适度控制读取器输出功率与调整四组天线发射方向 就可以消除读取死角建构有效标签读取区 值得提醒的是标签读取区最好避免有金属直接反射平面 这种金属平面造成高强度反射电波 往往将微弱的标签响应信号盖住 影响读取器信号辨识能力 2 极化面目前读取器使用的天线主要有线性波与旋转波两种极化面 线性波天线穿透力比旋转波天线强 而旋转波天线方向性比线性波天线宽广 该选择何种极化面天线是根据标签在物品上的贴附方向决定 标签贴附方向杂乱的选用旋转波天线读取效果较为佳 标签贴附方向一致的选用线性波天线会有较远的读取距离 18 三 RFID系统贴标技术 1 RFID标签贴标的影响因素 3 读取器功率与参数设定设定适当发射功率与碰撞参数 1 功率设定读取器发射功率可以透过程序操作来控制 功率太强容易产生折射干扰 功率不足则无法达到启动标签电磁场的最低能量要求 2 碰撞参数设定一个Reader针对同一群标签中通信 在同一段时间里面接收到大量的Tag传送之数据而产生讯号碰撞 结果就会造成读取率不佳现象 3 利用RSSI值过滤Reader在读取某一区域标签时 在同时间也会接收到其他区域的Tag数据 Reader程序可以根据标签响应的RSSI值差异性进行过滤 减低误判现象 4 避开盲点由于环境折射波与天线直接波会产生相位加成与抵消作用 其中相位抵消的点会在有效读取区内产生读不到标签的盲点 可以利用不同角度天线架设组合 并由Reader程控改变天线切换开关 达到读取区中盲点的位置移动作用 减低因盲点造成的读取率不稳现象 19 三 RFID系统贴标技术 2 智能标签的贴放方法 1 先贴标 后编码 如果货箱上预先印刷了条码 那么可以在编码之前先将背面带粘胶的RFID标签贴到货箱上 先贴标后编码的工作流程包括 用上游贴放器把标签固定到货箱上 当货箱通过包装线时由一台固定在包装线上方的读写器为它编码 这种方法可以使处理过程流程化 而且能够降低成本 特别是在现有的贴放设备能处理贴标任务的情况下 而这种方法的一个不足之处是无法在现有的贴标之前检查出 哑 标签和坏标签 这极有可能导致很多货箱要重新贴标 这个方式另一个缺点是它不可避免的会为碰巧在附近的标签也进行编码 目前市场上大多数贴放器的设计中没有处理成卷on pitch标签的功能 某些标卷轴绕得过紧 容易导致标签卡在贴放器中 对不起造成严重损害 此外 如果标签背面的粘胶不牢固 那么标签可能会在未经发现的情况下从货箱上脱落 标签行业花费了数年时间为不同的应用寻找完美的粘胶解决方案 而许多只供应标签的供应商才刚刚接触到这方面的知识 结果 这种方式因为潜在的 哑 标签和坏标签 标签受损或掉落以及的误编码问题而增加了流程不稳定 20 三 RFID系统贴标技术 2 智能标签的贴放方法 2 先编码 后贴标 这个方法解决了先贴标后编码方法的一些缺点 采用嵌在贴放器里的编码器先对标签进行编码 然后再贴标 遗憾的是 截止到本书发布之时 这种方法还没有得到相关的证实 On pitch标签卷的灵活性和功能比智能标签要差 此外标签自身也因为可选择的胶有限而难以贴放到货箱上 最后 这种方法往往不是能满足RFID标识原则 该原则规定要使用EPCglobalInc 图标对带RFID的货箱进行清晰标记 以便消费者识别 货箱上预打印的消费者提升可能会因标记标准不断变化而不得不改变 21 三 RFID系统贴标技术 3 标签RFID贴标位置要求 RFID标签的贴标位置经常会影响到标签的读取率 在单品贴标的情况下 由于货品排放紧凑 标签发射的信号可能会互相干扰 读取率更容易受到影响 标签不统一的贴置位置也会阻碍标签的读取 1 图书标签的贴标位置 图书管理系统的标签完全符合ISO15693标准 图7 36显示的是一个专门为图书馆图书管理设计的标签 将一个45mm 45mm的薄标签封装在牢固的 防撕裂的塑料里 即使被摔落 随意处理和浸湿 书也不会损坏 使用远距离读写器时 45mm 45mm的薄标签的读写距离在0 9m左右 标签通常贴在书的封底 图7 36一个专门为图书馆图书管理设计的标签 22 三 RFID系统贴标技术 3 标签RFID贴标位置要求 2 包装箱的标签位置 单一包装箱的标签位置如图7 37所示 大包装箱内产品的标签位置如图7 38所示 图7 37单一包装箱标签位置 图7 38大包装箱内产品的标签位置 23 三 RFID系统贴标技术 3 标签RFID贴标位置要求 2 包装箱的标签位置 托盘 包装箱 产品标签的复杂性如图7 39所示 由包装箱组成托盘如图7 40所示 图7 39托盘 包装箱 产品标签的复杂性 图7 40由包装箱组成托盘 24 三 RFID系统贴标技术 3 标签RFID贴标位置要求 2 包装箱的标签位置 最佳位置 嵌有RFID电子标签的智能标签与天线平行 如图7 41所示 非最佳位置 嵌有RFID