1.RFID協(xié)議一致性測試系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，RFID技術(shù)得以快速發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。隨著制造成本的下降和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)，RFID技術(shù)的全面推廣和普遍應(yīng)用將是不可逆轉(zhuǎn)的趁勢，這也給RFID測試領(lǐng)域帶來了巨大的需求和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。負(fù)責(zé)制訂RFID標(biāo)準(zhǔn)的兩大主要國際組織ISO和EPCglobal都針對RFID協(xié)議一致性測試及其系統(tǒng)設(shè)計發(fā)布了相關(guān)的規(guī)范。

1.1RFID協(xié)議一致性測試的相關(guān)規(guī)范
RFID協(xié)議一致性測試規(guī)范是隨著RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展而發(fā)展起來的，測試規(guī)范的目的即確定被測單元的特性與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定一致。ISO和EPCglobal都根據(jù)已發(fā)布的RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制訂了對應(yīng)的測試規(guī)范，用于指導(dǎo)進(jìn)行規(guī)范、可靠的RFID協(xié)議一致性測試。由于不同RFID協(xié)議的調(diào)制參數(shù)、編碼方式、防沖突機(jī)制、幀結(jié)構(gòu)、指令集等都各不相同，且不同頻段的RFID產(chǎn)品可能具有完全不同的特性，所以每一種協(xié)議都有其對應(yīng)的一致性測試規(guī)范，如表1-1所示：

表1-1：RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的一致性測試規(guī)范
RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了包括物理層和協(xié)議層在內(nèi)的各項(xiàng)特性，而一致性測試規(guī)范中則規(guī)定了測試環(huán)境、測試項(xiàng)目和測試預(yù)期結(jié)果，根據(jù)測試規(guī)范列舉的測試項(xiàng)目，通過比較被測單元的實(shí)際輸出與預(yù)期輸出的異同，來判定被測單元是否與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定一致。
除此之外，每個國家或地區(qū)還會有特定的RFID產(chǎn)品規(guī)范，會對產(chǎn)品的功率、頻率、帶寬等參數(shù)進(jìn)行限制，該規(guī)范所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也屬于RFID協(xié)議一致性測試的范疇。對于在中國銷售和使用的RFID產(chǎn)品，國家信息產(chǎn)業(yè)部于2007年發(fā)布了“800/900MHz頻段RFID技術(shù)應(yīng)用試行規(guī)定”，以規(guī)范該頻段RFID 產(chǎn)品的應(yīng)用。

1.2RFID協(xié)議一致性測試系統(tǒng)面臨的困難與挑戰(zhàn)
對于大多數(shù)已長期應(yīng)用的無線通訊系統(tǒng)，如GSM等，傳統(tǒng)測試儀器制造商已能夠?yàn)槠涮峁┚C合測試儀。典型的協(xié)議一致性測試配置包括一臺綜合測試儀和被測設(shè)備，其中綜合測試儀作為主單元，被測設(shè)備作為從單元，兩者之間通過射頻電纜相連或通過天線經(jīng)空中傳輸相連，在建立通訊鏈路的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置及測試。RFID技術(shù)作為無線通訊的新興領(lǐng)域之一，其協(xié)議一致性測試目前仍然較多的依靠信號發(fā)生器、頻譜儀和示波器等傳統(tǒng)儀器的組合，但由于RFID技術(shù)在具有無線通訊所共有的特性之外，又有著其獨(dú)有的特殊性，采用傳統(tǒng)儀器的組合很難構(gòu)建出完善的協(xié)議一致性測試系統(tǒng)。
首先，RFID閱讀器與標(biāo)簽的測試與傳統(tǒng)設(shè)備的測試差異較大，以EPC UHF Class 1 Gen 2標(biāo)準(zhǔn)為例，閱讀器和標(biāo)簽通訊的時序如圖1-1所示：

圖1-1：EPC UHF Class 1 Gen 2通訊時序
整個實(shí)時通訊過程在數(shù)毫秒內(nèi)即全部完成，其中包含了2條指令以及2條應(yīng)答交互的實(shí)時握手操作，即Query（指令）→RN16（應(yīng)答）→ACK（指令）→PC+EPC+CRC16（應(yīng)答），其中鏈接時間T1和T2都在微秒量級。根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，ACK指令中必須正確包含前一條應(yīng)答中的16位隨機(jī)數(shù)，且在規(guī)定的鏈接時間T2之內(nèi)反饋給標(biāo)簽，否則通訊將失敗。因此采用預(yù)生成信號的方式無法完成實(shí)時通訊過程，測試系統(tǒng)必須具有在極短的時間內(nèi)實(shí)時生成信號的能力，傳統(tǒng)的信號發(fā)生器無法滿足該協(xié)議的時序要求。
其次，RFID協(xié)議一致性測試的關(guān)鍵在于測試的完整性，必須根據(jù)一致性測試規(guī)范對被測單元進(jìn)行完整的物理層和協(xié)議層測試。傳統(tǒng)儀器通常只能夠完成對物理層參數(shù)的測試，而由于其靈活性的局限無法對協(xié)議層參數(shù)進(jìn)行測試。另一方面，由于測試條件眾多，對于單個參數(shù)，如鏈接時間等，需要在不同頻率，不同碼率，不同編碼方式等情況下分別進(jìn)行測試，這就使得測試點(diǎn)成幾何級數(shù)增長。如果采用傳統(tǒng)儀器進(jìn)行手動測試，完成完整的協(xié)議一致性測試將需要很長的時間，如何提高測試速度也成為了RFID協(xié)議一致性測試系統(tǒng)的課題之一。
再次，RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)種類眾多，有適用于近距離通訊的LF、HF頻段標(biāo)準(zhǔn)，還有適用于遠(yuǎn)距離通訊的UHF、Microwave頻段標(biāo)準(zhǔn)，各個頻段內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)還由于工作模式、數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊牟煌煌?。每一種RFID協(xié)議都有自己獨(dú)特的測試需求，在ISO和EPCglobal制訂的各個RFID協(xié)議一致性測試規(guī)范中，對一致性測試系統(tǒng)的描述和要求也不盡相同。RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的多樣性為協(xié)議一致性測試系統(tǒng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，如何用一個通用測試平臺來覆蓋所有的RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可靠的實(shí)現(xiàn)RFID協(xié)議一致性測試，是亟需解決的一個問題。
最后，RFID技術(shù)本身還在不斷演進(jìn)，包括ISO和EPCglobal在內(nèi)的國際組織，以及RFID領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，還在不斷的完善現(xiàn)有協(xié)議，發(fā)展新協(xié)議，如即將發(fā)布的EPC HF Class 1 Gen 2標(biāo)準(zhǔn)將作為Mode 3對ISO 18000-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展。新協(xié)議的出現(xiàn)，又會帶來新的物理層空中接口規(guī)定和協(xié)議層數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，因此需要一個靈活可擴(kuò)展的測試平臺與之相適應(yīng)，使之不僅能實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有RFID協(xié)議的一致性測試，也能快速應(yīng)對下一代RFID協(xié)議的測試需求。

2.RFID協(xié)議一致性測試系統(tǒng)概述
目前應(yīng)用于RFID協(xié)議一致性測試的系統(tǒng)主要有以下幾種構(gòu)架方式，即：成功/失敗模式、監(jiān)聽模式、激勵/響應(yīng)模式、實(shí)時仿真模式，依次覆蓋了從簡單到復(fù)雜不同層次的一致性測試需求。本節(jié)中我們將對比不同構(gòu)架的特點(diǎn)及其局限性，并引入軟件無線電等關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合各種測試構(gòu)架來應(yīng)對RFID協(xié)議一致性測試中面臨的困難與挑戰(zhàn)。

2.1RFID協(xié)議一致性測試系統(tǒng)的構(gòu)架方式
1.成功/失敗模式
最簡單的RFID協(xié)議一致性測試系統(tǒng)采用一個參考閱讀器與被測標(biāo)簽之間進(jìn)行通訊，得出通訊成功或失敗的結(jié)果，以此判定被測標(biāo)簽的特性，或反之采用參考標(biāo)簽判定被測閱讀器的特性。成功/失敗模式如圖2-1所示：

圖2-1：成功/失敗模式
該測試模式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成簡單，測試時間極短，適合于生產(chǎn)線等對測試速度要求很高的測試場合。但其缺點(diǎn)在于測試項(xiàng)目少，測試結(jié)果簡單，僅能提供被測單元是否正常工作的信息，對于判定被測單元的協(xié)議一致性來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。另外，當(dāng)遇到測試結(jié)果為失敗時，由于無法分析失敗的原因，不能夠?qū)Ρ粶y單元的改進(jìn)提供有用的信息。
2.監(jiān)聽模式
嚴(yán)格來說，成功/失敗模式并未真正構(gòu)成RFID協(xié)議一致性測試系統(tǒng)，該模式更多的只作為一種輔助的測試手段。針對成功/失敗模式的不足，我們可以在它的基礎(chǔ)上增加頻譜儀和示波器等儀器，構(gòu)成監(jiān)聽模式。進(jìn)一步的，我們可以采用矢量信號分析儀等高級信號分析儀器替代頻譜儀和示波器，以獲得更加強(qiáng)大的信號分析能力。在該測試模式中，當(dāng)參考單元和被測單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，我們可以通過第三方儀器對通訊的信號進(jìn)行采集和分析。監(jiān)聽模式如圖2-2所示：

圖2-2：監(jiān)聽模式
該測試模式能夠?qū)崿F(xiàn)的協(xié)議一致性測試功能主要取決于兩個要素，首先是矢量信號分析儀。RFID協(xié)議一致性測試，要求矢量信號分析儀不僅具有傳統(tǒng)的時域和頻域分析功能，還需要具有針對RFID協(xié)議的解調(diào)和解碼功能，才能獲得通訊過程中的數(shù)據(jù)。同時，矢量信號分析儀還需要具備適合于RFID信號的同步觸發(fā)采集功能，如射頻功率觸發(fā)或頻譜模板觸發(fā)。由于幾乎所有RFID信號都是間斷的瞬時信號，具有射頻功率開啟標(biāo)志著通訊開始的共同特征，射頻功率觸發(fā)已成為最常用的觸發(fā)采集方式。除此之外，由于RFID閱讀器和標(biāo)簽之間的通訊速率很快，受限于矢量信號分析儀的操作和信號處理速度，監(jiān)聽模式下無法實(shí)現(xiàn)對信號的實(shí)時分析，而只能采用實(shí)時采集，離線分析的方式，因此矢量信號分析儀的信號存儲能力就顯得至關(guān)重要了。
監(jiān)聽模式在彌補(bǔ)了成功/失敗模式的不足的同時，也存在著同樣的局限性，即該測試模式的另一個要素，參考單元（閱讀器或標(biāo)簽）。在RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，對于大多數(shù)參數(shù)的規(guī)定，都采用了靈活組合的方式，即閱讀器和標(biāo)簽都可以在寬泛的范圍內(nèi)進(jìn)行操作，如不同的調(diào)制參數(shù)、編碼方式、數(shù)據(jù)速率、強(qiáng)制的和可選的指令集等。需要說明的是，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定閱讀器和標(biāo)簽并不需要同時支持所有的參數(shù)組合方式，而由于研發(fā)和生產(chǎn)成本等因素的制約，實(shí)際的RFID產(chǎn)品也無法支持所有的參數(shù)組合方式。
參考單元的選擇很大程度上決定了該測試模式的效果，但尋找一個包含了所有功能的“完美”參考單元幾乎是不現(xiàn)實(shí)的。退一步來看，即使找到了“完美”參考單元，對于完成RFID協(xié)議一致性測試來說還是不夠的，因?yàn)樵趨f(xié)議一致性測試中，不僅需要測試協(xié)議規(guī)定的正確通訊流程，還需要執(zhí)行非正常流程來測試被測單元在特定條件下的反應(yīng)。
受參考單元功能限制的影響，監(jiān)聽模式很難實(shí)現(xiàn)全面的協(xié)議一致性測試，但對于協(xié)議一致性測試來說，測試的完整性卻又是必須保證的。因此，監(jiān)聽模式只適合于基本的物理層測試，如不依賴于標(biāo)簽應(yīng)答的閱讀器射頻參數(shù)等。