專利名稱：一種反向測試rfid讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RFID技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過反向測試評價RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
RFID全稱為射頻識別(Radio Frequency Identification)，是一種利用射頻技術(shù)實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。RFID標簽具有體積小、讀寫速度快、形狀多樣、使用壽命長、可重復使用、存儲容量大、能穿透非導電性材料等特點，結(jié)合RFID讀寫器可以實現(xiàn)多目標識別和移動目標識別，進一步通過與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合還可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品的跟蹤與信息的共享。RFID技術(shù)應(yīng)用于物流、制造、公共信息服務(wù)等行業(yè)，可大幅提高管理與運作效率，降低成本。 RFID技術(shù)目前已經(jīng)成為IT領(lǐng)域的熱點，眾多機構(gòu)和企業(yè)都在大力推廣這種技術(shù)。隨著RFID技術(shù)飛速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家逐漸增多，從手持式到固定式，RFID讀寫器的品種也已經(jīng)上升到數(shù)百種，并且還在不斷推出新的產(chǎn)品。為了在眾多的RFID讀寫器中選擇最能夠滿足使用者需求的產(chǎn)品，就需要對RFID產(chǎn)品的性能指標進行專門的測試，RFID讀寫器的防碰撞能力，有時也被稱為防沖突能力，即是RFID讀寫器產(chǎn)品的重要性能指標之一。RFID讀寫器的防碰撞能力是指在多標簽環(huán)境下，讀寫器根據(jù)自身防碰撞算法高效、快速地進行多目標識別的能力。 眾所周知，當一個讀寫器的作用范圍之內(nèi)有多個電子標簽時，由于所有的電子標簽都采用同一個工作頻率，因此如果多個標簽同時傳輸數(shù)據(jù)就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突，進而導致傳輸失敗，信息丟失。為了避免多路存儲造成的碰撞，無線通信系統(tǒng)中多采用頻分多路(FDMA)、空分多路(SDMA)、碼分多路(CDMA)和時分多路(TDMA)幾種方式來解決這個問題。但是對于電子標簽應(yīng)用來說，由于電子標簽自身是無源的，為了降低成本和功耗，需要內(nèi)部電路越簡單越好。因此，上述前三種方式均只適用于一些特定的場合，選擇TDMA方式來實現(xiàn)RFID系統(tǒng)的防碰撞機制是最普遍的方法。考慮到RFID系統(tǒng)的通信形式，又以讀寫器驅(qū)動的TDMA防碰撞算法較為常用，即所有的電子標簽受讀寫器的時隙控制來實現(xiàn)多標簽防碰撞識別。衡量基于時隙的防碰撞算法優(yōu)劣的主要指標是系統(tǒng)的吞吐率，即RFID數(shù)據(jù)通信中，順利讀取電子標簽所用的時間與總用時的比值，是對RFID讀寫器和電子標簽處理傳輸數(shù)據(jù)請求能力的總體評價，吞吐率越高，則數(shù)據(jù)傳輸效率就越高，該讀寫器的防碰撞性能也就更好。通常讀寫器生產(chǎn)廠家的防碰撞算法都固化于產(chǎn)品內(nèi)部的集成電路中，多屬于私有技術(shù)，無法直接進行評價，因此尋找一種有效的方法對RFID讀寫器的防碰撞能力進行基準測試是非常有必要的。 基準測試的目的是通過設(shè)計合理的測試方法、測試流程和測試工具對一類測試對象的某項性能指標進行測試，并且保證測試取得的結(jié)果是可比較的、可重復的。使用基準測試方法對RFID讀寫器的防碰撞能力進行測試，特別是對吞吐率指標進行有效測試，不僅可以得到一款RFID讀寫器產(chǎn)品在多標簽環(huán)境中的讀取表現(xiàn)，還可以通過和其它RFID讀寫器
5產(chǎn)品的吞吐率指標相比較，挑選出在多標簽環(huán)境下能夠更高效工作的讀寫器產(chǎn)品。
目前RFID讀寫器的防碰撞算法是國內(nèi)外研究的一個熱點方向，很多論文提出了基于時隙的防碰撞算法改進方案，并通過建模推導和計算機仿真計算和驗證吞吐率指標，進而可以比較算法優(yōu)劣。但是，對于實際讀寫器來說，由于大多數(shù)讀寫器生產(chǎn)廠家的防碰撞算法并未公開，因此很難通過數(shù)學模型對讀寫器防碰撞能力進行直接評價，只能夠通過在實際應(yīng)用中部署一個典型環(huán)境，如在一個閘門位置放置讀寫器，并將多個電子標簽粘附于紙箱的一面從閘門處推過，以此統(tǒng)計該讀寫器讀取多標簽的成功率來衡量防碰撞能力的高低。這種測試方法只能定量比較某一具體應(yīng)用環(huán)境下讀寫器讀取多標簽的能力，具體又受到讀寫器天線作用區(qū)域、標簽排列、標簽依附介質(zhì)以及讀寫器防碰撞能力的影響，由于多個因子都在不同水平上影響響應(yīng)變量的變化，因此這樣的測試結(jié)果并不適用于其它應(yīng)用環(huán)境。另一種評價方法是將多個電子標簽密集堆放于讀寫器有效讀取范圍內(nèi)，統(tǒng)計其讀取全部標簽所用的總時間。但是，由于基于時隙的防碰撞算法中都包含隨機數(shù)，即電子標簽在接收到讀寫器詢問指令后將產(chǎn)生一個隨機數(shù)RN，并在隨后的第RN個時隙中進行應(yīng)答，所以這種測試方法難以得到準確的讀取時間。此外，不同的讀寫器內(nèi)部數(shù)字處理芯片的運算能力不同，也會導致對不同算法復雜度的防碰撞算法處理速度有所區(qū)別，因此僅僅依賴總讀取時間一個指標也不能給出提高讀寫器防碰撞能力的有效途徑。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決對RFID讀寫器防碰撞能力進行高效測試所急需的技術(shù)和方法，本發(fā)明
的目的是為使用者提供一種簡單、明確、有效的自動化測試工具和基準測試方法，用以在可
重復條件下通過對電子標簽和讀寫器之間的空中接口通信過程進行分析，實現(xiàn)對一款RFID
讀寫器在讀取多標簽時所表現(xiàn)出的多目標快速識別能力的快速評價，從而為使用者設(shè)備選
型提供決策參考，為此，本發(fā)明提供一種反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)及方法。 為達成所述目的，本發(fā)明提供的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)及方法，
其原理是在自由空間中對讀寫器和標簽之間的無線通信信號進行捕獲和分析，統(tǒng)計空閑時
隙、有效時隙和碰撞時隙的數(shù)量和時間，并以此計算讀寫器讀取多標簽時的吞吐率。在相同
傳輸速率和調(diào)制方式下，吞吐率越高說明該讀寫器的防碰撞能力越高。 本發(fā)明第一方面，提供一種反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，包括標準測
試環(huán)境、水平導軌、導軌滑塊、標簽支架、電子標簽陣列、接收天線支架、接收天線、發(fā)射天線
支架、發(fā)射天線、滑塊控制器、頻譜分析儀、待測讀寫器、控制計算機，其中 水平導軌、導軌滑塊、標簽支架、電子標簽陣列、接收天線支架、接收天線、發(fā)射天
線支架、發(fā)射天線置于標準測試環(huán)境的內(nèi)部； 滑塊控制器、頻譜分析儀、待測讀寫器、控制計算機置于標準測試環(huán)境的外部；
水平導軌置于標準測試環(huán)境的水平地面上，導軌滑塊與水平導軌機械相連，標簽支架置于導軌滑塊上方，電子標簽陣列置于標簽支架上，標簽支架與標準測試環(huán)境的水平地面垂直； 發(fā)射天線置于發(fā)射天線支架的上方，發(fā)射天線支架的下方固定于水平導軌的一端，發(fā)射天線與待測讀寫器通過射頻饋線相連； 接收天線置于接收天線支架的上方，接收天線支架的下方固定于水平導軌上并位于電子標簽陣列與發(fā)射天線之間，接收天線與頻譜分析儀相連，用于捕獲待測讀寫器和電子標簽陣列之間的無線通信信號； 控制計算機通過數(shù)據(jù)線與滑塊控制器、頻譜分析儀及待測讀寫器相連，分別用于向滑塊控制器發(fā)送指令驅(qū)動導軌滑塊沿著水平導軌方向運動、配置待測讀寫器參數(shù)及接收待測讀寫器讀取的結(jié)果數(shù)據(jù)、解調(diào)頻譜分析儀傳回的信號并做統(tǒng)計。 優(yōu)選地，所述標準測試環(huán)境外部的頻譜分析儀、待測讀寫器的射頻接口和電源接口 、以及滑塊控制器和控制計算機的電源接口發(fā)出的電磁輻射被標準測試環(huán)境隔離。
優(yōu)選地，導軌滑塊在靜止時與水平導軌直接接觸，導軌滑塊運動時通過電力、磁力或摩擦力作用而使導軌滑塊與水平導軌之間發(fā)生相對位移的機械結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，電子標簽陣列具有多個電子標簽，并且電子標簽陣列的幾何中心和發(fā)射天線的幾何中心保持在同一高度，且兩幾何中心之間組成的連線與水平導軌平行。
優(yōu)選地，接收天線與發(fā)射天線的幾何中心保持在同一高度，且接收天線與發(fā)射天線之間的距離d。^2D7A，其中D為發(fā)射天線的最大尺寸，A為讀寫器發(fā)射的電磁波波長。
優(yōu)選地，所述發(fā)射天線支架、接收天線支架和標簽支架采用傳導率低且介電常數(shù)小于1. 5的材料。 優(yōu)選地，所述發(fā)射天線是增益在10dBi以上的標準增益喇叭天線，在測試帶寬范圍內(nèi)，發(fā)射天線的增益基本保持不變。 優(yōu)選地，所述接收天線是增益在2dBi以上的雙偶極子天線。 優(yōu)選地，所述頻譜分析儀是能夠進行頻域觸發(fā)并記錄一段時間周期內(nèi)無線信號時域波形的儀器。 本發(fā)明第二方面，提供一種反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的方法，包括以下步驟 步驟1 :設(shè)備初始化，分別建立控制計算機與待測讀寫器、頻譜分析儀、滑塊控制器之間的通信連接，使待測讀寫器、頻譜分析儀和滑塊控制器進入工作準備狀態(tài)；
步驟2 :在控制計算機端通過滑塊控制器將導軌滑塊從水平導軌的一端移動至水平導軌另一端并靠近發(fā)射天線，在電子標簽陣列處放置一組數(shù)量為K個電子標簽的陣列，i=1，2，3，…； 步驟3 :通過控制計算機控制導軌滑塊移動，使電子標簽陣列中的&個電子標簽全部處于待測讀寫器發(fā)射天線的有效讀取范圍內(nèi)； 步驟4:通過頻譜分析儀捕獲待測讀寫器與電子標簽之間的無線通信信號，頻譜分析儀分別統(tǒng)計無線通信信號中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間t。、 tp 步驟5 :通過頻譜分析儀記錄M次成功讀取全部電子標簽的無線通信信號，頻譜分
析儀分別統(tǒng)計每次中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)的次數(shù)C。m、 Clm、 Ckm，并計算空
閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)次數(shù)的平均值為^、 ^、 步驟6 :在控制計算機端計算多個電子標簽讀取吞吐率為a,==-」1 —~ ; 步驟7 :i二i + l，更換下一組電子標簽陣列，回到步驟2，如果不更換下一組電子標簽陣列，則執(zhí)行步驟8; 步驟8 :全部電子標簽陣列測試完畢后，在控制計算機端繪制橫坐標為電子標簽數(shù)、縱坐標為吞吐率的曲線，其中，數(shù)據(jù)點為(Ni， Pti)，并將該待測讀寫器的吞吐率曲線與其它待測讀寫器的吞吐率曲線測試結(jié)果放在同一圖表中進行對比，相同的電子標簽數(shù)量K下，吞吐率Pti越高則該待測讀寫器的防碰撞能力越強； 步驟9 :斷開控制計算機與待測讀寫器、頻譜分析儀、滑塊控制器之間的通信連接，關(guān)閉設(shè)備。
優(yōu)選地，所述通過控制計算機控制導軌滑塊移動的步驟包括 步驟31 :通過控制計算機設(shè)定待測讀寫器的發(fā)射功率為所在地區(qū)規(guī)定讀寫器發(fā)射功率的最大值，重復發(fā)送讀取多個電子標簽指令； 步驟32 :通過控制計算機獲得待測讀寫器的讀取電子標簽列表；
步驟33 :判斷讀取電子標簽列表中非重復的電子標簽ID數(shù)量是否等于Ni，如果等于Ni，則結(jié)束本步驟，如果不等于Ni，則通過控制計算機設(shè)定滑塊控制器發(fā)送指令驅(qū)動導軌滑塊沿著水平導軌向發(fā)射天線移動Ad，回到步驟31。 優(yōu)選地，所述統(tǒng)計無線通信信號中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間t。、tptk的步驟包括 步驟41 :通過控制計算機設(shè)定進入頻譜分析儀的頻域模板觸發(fā)模式準備狀態(tài)，同時通過控制計算機設(shè)定待測讀寫器的傳輸速率和調(diào)制方式，發(fā)送讀取多個電子標簽指令；
步驟42 :頻譜分析儀對待測讀寫器發(fā)射的信號進行觸發(fā)，并記錄觸發(fā)點后1秒的待測讀寫器與電子標簽之間的無線通信信號； 步驟43 :在控制計算機端下載頻譜分析儀記錄的無線通信信號，判別其中的空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙的起始點和終止點位置，計算采樣點個數(shù)，與采樣頻率相乘得到一個空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間，測量多次取平均值得到空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間t。、 tk。 優(yōu)選地，所述計算空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)次數(shù)的平均值的步驟包括 步驟51 :通過控制計算機設(shè)定頻譜分析儀進入頻域模板觸發(fā)模式準備狀態(tài)，同時通過控制計算機設(shè)定待測讀寫器的傳輸速率、調(diào)制方式和防碰撞算法初始參數(shù)，發(fā)送一次讀取多標簽指令； 步驟52 :頻譜分析儀對待測讀寫器發(fā)射的信號進行觸發(fā)，并記錄觸發(fā)點后5Ni ^秒的待測讀寫器與電子標簽之間的無線通信信號； 步驟53 :通過控制計算機獲得待測讀寫器的讀取標簽列表； 步驟54 :判斷讀取標簽列表中非重復的電子標簽ID數(shù)量是否等于Ni，如果等于Ni，則進入步驟55，如果不等于Ni，則回到步驟51 ; 步驟55 :在控制計算機端下載頻譜分析儀記錄的無線通信信號，統(tǒng)計其中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙的個數(shù)c。m、 clm、 cta， M = M+l，其中M為事先設(shè)定的測試采樣次數(shù)，為自然數(shù)； 步驟56 :判斷M值是否與預設(shè)的測試采樣次數(shù)相等，如果與預設(shè)的測試采樣次數(shù)相等，則進入步驟57，如果與預設(shè)的測試采樣次數(shù)不相等，則回到步驟51 ;
步驟57 :計算空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所出現(xiàn)次數(shù)的平均值
M M M
》0m — — IX, 本發(fā)明的有益效果是 1)在無法建立讀寫器防碰撞算法的精確數(shù)學模型時，使用實際測試數(shù)據(jù)反向推導 防碰撞算法的吞吐率，為評價讀寫器防碰撞能力提供了一個快速的、可重復的測試手段和 方法，實驗結(jié)果不受環(huán)境因素限制，是對讀寫器防碰撞能力的定性評價。 2)對影響吞吐率指標的兩個關(guān)鍵參數(shù)——時隙所用時間和時隙個數(shù)分別進行基 于統(tǒng)計學方法的實際測量，不僅考慮到算法復雜度對讀寫器內(nèi)部處理芯片處理防碰撞算法 速度的影響，而且最大程度地減少防碰撞算法中由于隨機數(shù)造成的時隙個數(shù)差別帶來的誤 差，因此可以更科學地評價讀寫器的防碰撞能力。 3)本發(fā)明所述的測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，為實現(xiàn)基準測試方法的流 程提供了一套自動化的測試工具，從而保證測試在任何時間、任何地點、任何人的操作下， 結(jié)果都是可重復的、可比較的，并且測試過程在標準測試環(huán)境中進行，主要設(shè)備均保持固 定，測量中受到人為干擾因素少，也提高了測試結(jié)果的可重復性。
圖1為本發(fā)明提供的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)示意圖。
圖2為本發(fā)明電子標簽陣列的一種具體實施方式
示意圖。
圖3為本發(fā)明提供的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的方法流程圖。
圖4為本發(fā)明確定電子標簽陣列位置的方法流程圖。 圖5為本發(fā)明統(tǒng)計待測讀寫器空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用時間t。、 Vtk的方法流程圖。 圖6為本發(fā)明統(tǒng)計待測讀寫器空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)次數(shù) ^、 ^、 ^的方法流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。 目前對吞吐率指標的評價多采用數(shù)學建模和計算機仿真來實現(xiàn)，當讀寫器生產(chǎn)廠 家的防碰撞算法未公開時，將無法通過數(shù)學模型對讀寫器防碰撞能力進行直接評價。并且， 使用數(shù)學建模方法也只能對算法耗費的總時隙數(shù)量進行統(tǒng)計，而另一個影響讀寫器防碰撞 能力的重要因素——防碰撞算法復雜度，包括所占用的硬件資源和耗費的時間對芯片處理 速度的影響并不能體現(xiàn)出來。因此，本發(fā)明通過對自由空間中讀寫器和標簽之間傳播的無 線通信信號進行捕獲和分析，統(tǒng)計其中空閑時隙、有效時隙和碰撞時隙的數(shù)量和時間，并以 此計算讀寫器讀取多標簽時的吞吐率，用以在可重復條件下實現(xiàn)對一款RFID讀寫器在讀 取多標簽時所表現(xiàn)出的多目標快速識別能力的快速評價。 如圖1所示，為本發(fā)明提供的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)示意圖，其 9中包括標準測試環(huán)境1、水平導軌2、導軌滑塊3、滑塊控制器4、標簽支架5、電子標簽陣列 6、接收天線支架7、接收天線8、頻譜分析儀9、發(fā)射天線支架10、發(fā)射天線11、待測讀寫器 12、控制計算機13，其中水平導軌2、導軌滑塊3、標簽支架5、電子標簽陣列6、接收天線支 架7、接收天線8、發(fā)射天線支架10、發(fā)射天線11置于標準測試環(huán)境1的內(nèi)部，滑塊控制器 4、頻譜分析儀9、待測讀寫器12、控制計算機13置于標準測試環(huán)境1的外部，水平導軌2置 于標準測試環(huán)境1的水平地面上，導軌滑塊3與水平導軌2機械相連，標簽支架5置于導軌 滑塊3上方，電子標簽陣列6置于標簽支架5上，標簽支架5與標準測試環(huán)境1的水平地面 垂直，發(fā)射天線11置于發(fā)射天線支架10的上方，發(fā)射天線支架10的下方固定于水平導軌 2的一端，發(fā)射天線11與待測讀寫器12通過射頻饋線相連，接收天線8置于接收天線支架 7的上方，接收天線支架7的下方固定于水平導軌2上并位于電子標簽陣列6與發(fā)射天線 11之間的位置，接收天線8與頻譜分析儀9相連，用于捕獲待測讀寫器12和電子標簽陣列 6之間的無線通信信號，控制計算機13通過數(shù)據(jù)線與滑塊控制器4、頻譜分析儀9及待測讀 寫器12相連，分別用于向滑塊控制器4發(fā)送指令驅(qū)動導軌滑塊3沿著水平導軌方向運動、 配置待測讀寫器12參數(shù)及接收待測讀寫器讀取的結(jié)果數(shù)據(jù)、解調(diào)頻譜分析儀9傳回的信號 并做統(tǒng)計。 在本發(fā)明的一個實施例，標準測試環(huán)境1建立在長6米，寬3米，高3米全電波暗 室中，標簽支架5、接收天線支架7、發(fā)射天線支架10的高度均為1. 5米，由聚苯乙烯材料制 成，外裹吸波材料。發(fā)射天線支架IO上方固定增益為10dBi的標準增益喇叭天線作為發(fā)射 天線ll，接收天線支架7上方固定增益為2. 3dBi的雙偶極子天線作為接收天線8，發(fā)射天 線11與接收天線8之間的距離d。為0. 5米。水平導軌2的總長為4. 6米，其中導軌滑塊 3可以移動的區(qū)間長度為4米，通過齒輪齒條方式與水平導軌2相連，滑塊控制器4由單片 機實現(xiàn)，用以驅(qū)動導軌滑塊3上的步進電機正向或反向工作，進而使導軌滑塊3在水平導軌 2上水平移動所需要的行程。構(gòu)成滑塊控制器4的單片機與構(gòu)成控制計算機13的帶有LAN 接口的普通桌面PC機通過RS-232接口相連，由PC機控制導軌滑塊3移動的方向和距離。 電子標簽陣列6共分為6組，分別包含16個、64個、128個、256個、512個和1024個UHF電 子標簽。頻譜分析儀9選用能夠進行頻域觸發(fā)并記錄一段時間周期內(nèi)無線信號時域波形的 實時頻譜分析儀RSA3308A，構(gòu)成控制計算機13的PC機分別與RSA3308A及待測讀寫器12 通過1000Mbps以太網(wǎng)交換機進行連接，使用基于VXI總線的TCP/IP協(xié)議傳輸模式完成數(shù) 據(jù)交換。 為了使測試結(jié)果具有可重復性，就需要保證測試過程中的環(huán)境參數(shù)保持穩(wěn)定，即 需要一個標準測試環(huán)境1。所謂標準測試環(huán)境1的地點，可以是全電波暗室、半電波暗室，也 可以是開放空間。在一次完整的測試中，標準測試環(huán)境l的溫度均應(yīng)保持在23士3t:，濕度 在30 50 % ，光照度在低亮度條件范圍內(nèi)。在本發(fā)明的實施例中，選擇全電波暗室進行測 試，滑塊控制器4、頻譜分析儀9、待測讀寫器12、控制計算機13置于全電波暗室外，這些儀 器的射頻接口和電源接口通過位于全電波暗室墻上的光纖波導管與暗室內(nèi)的設(shè)備相連，這 樣暗室外的設(shè)備接口發(fā)出的電磁輻射就不會對標準測試環(huán)境內(nèi)的電磁環(huán)境造成改變。在另 一個實施例中，選擇開放空間進行測試，滑塊控制器4、頻譜分析儀9、待測讀寫器12、控制 計算機13的射頻接口和數(shù)據(jù)傳輸接口通過長距離導線與位于開放空間內(nèi)的設(shè)備相連，同 樣保證了開放空間外的設(shè)備接口發(fā)出的電磁輻射對開放空間內(nèi)的電磁環(huán)境造成的影響降
10到最低。此外，通過選擇低傳導率和低介電常數(shù)的材料作為支架，也可盡量減小電磁波折射 對計算結(jié)果造成的誤差?？梢哉J為，本實施例中的環(huán)境參數(shù)均能夠保持穩(wěn)定，可以作為標準 測試環(huán)境進行測試。 如圖2所示，為本發(fā)明提供的電子標簽陣列的一種具體實施方式
示意圖。電子標 簽陣列6具有多個電子標簽，并且電子標簽陣列6的幾何中心和發(fā)射天線11的幾何中心保 持在同一高度，且兩幾何中心之間組成的連線與水平導軌2平行。圖2中的電子標簽陣列 6中共包含256個UHF電子標簽。通常呈橫排或縱排排列的電子標簽會由于距離過近造成 天線之間產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，從而導致影響讀寫器的多標簽讀取效果。為了讓讀寫器能夠一次 讀到電子標簽陣列6上的全部電子標簽，就要盡量避免電子標簽天線之間的諧振，因此，將 相鄰的電子標簽呈90度角排列，使得電子標簽反向散射的電磁場相互垂直，對降低天線諧 振能夠起到顯著的作用。 如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的方法流程 圖，包括以下步驟 步驟301 :設(shè)備初始化，分別建立控制計算機13與待測讀寫器12、頻譜分析儀9、 滑塊控制器4之間的通信連接，使待測讀寫器12、頻譜分析儀9和滑塊控制器4進入工作準 備狀態(tài)； 步驟302 :在控制計算機13端通過滑塊控制器4將導軌滑塊3從水平導軌2的一 端移動至水平導軌2的另一端并靠近發(fā)射天線ll，在電子標簽陣列6處放置第一組數(shù)量為 16個電子標簽的陣列； 步驟303 :通過控制計算機13控制導軌滑塊3移動，使電子標簽陣列6中的16個 電子標簽全部處于待測讀寫器12的發(fā)射天線11的有效讀取范圍內(nèi)； 步驟304 :通過頻譜分析儀9捕獲待測讀寫器12與電子標簽之間的無線通信信 號，頻譜分析儀9分別統(tǒng)計無線通信信號中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時 間VVtk ; 步驟305 :通過頻譜分析儀9記錄50次成功讀取全部電子標簽的無線通信信號， 頻譜分析儀9分別統(tǒng)計每次中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)的次數(shù)C。m、 clm、 ckm， 并計算空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)次數(shù)的平均值為^、 ^、
步驟306 :在控制計算機13端計算多個電子標簽讀取吞吐率為 <formula>formula see original document page 11</formula> 步驟307 :更換下一組64個電子標簽陣列6，回到步驟302，如果不更換下一組電 子標簽陣列6，則執(zhí)行步驟8; 步驟308 :對其余128個、256個、512個和1024個電子標簽陣列6測試完畢后，在 控制計算機13端繪制橫坐標為電子標簽數(shù)、縱坐標為吞吐率Pti的曲線，數(shù)據(jù)點為(Ni，Pti)， 并將該待測讀寫器12的吞吐率曲線與其它待測讀寫器的吞吐率曲線測試結(jié)果放在同一圖 表中進行對比，相同的電子標簽數(shù)量Ni下，吞吐率Pti越高則該待測讀寫器的防碰撞能力越 強，例如在圖中觀察到待測讀寫器A在電子標簽數(shù)量為64個、128個、256個、512個和1024 個、1024個時的吞吐率均高于待測讀寫器B在相應(yīng)數(shù)量級的吞吐率，則可以得出結(jié)論，待測 讀寫器A的防碰撞能力強于待測讀寫器B ;
步驟309 :斷開控制計算機13與待測讀寫器12、頻譜分析儀9、滑塊控制器4之間 的通信連接，關(guān)閉設(shè)備。 如圖4所示，圖4為本發(fā)明確定電子標簽陣列位置的方法流程圖，通過控制計算機 控制導軌滑塊移動的步驟包括以下步驟 步驟431 :通過控制計算機13設(shè)定待測讀寫器12的發(fā)射功率為所在地區(qū)規(guī) 定讀寫器發(fā)射功率的最大值，如在中國發(fā)射功率最大為2WERP，重復發(fā)送符合IS0/IEC 18000-6C標準的讀取多個電子標簽指令； 步驟432 :通過控制計算機13獲得待測讀寫器12的讀取電子標簽列表； 步驟433 :判斷讀取電子標簽列表中非重復的電子標簽ID數(shù)量是否等于Ni，如果
等于A,則結(jié)束，如果不等于Ni，則通過控制計算機13設(shè)定滑塊控制器4發(fā)送指令驅(qū)動導軌
滑塊3沿著水平導軌2向發(fā)射天線11移動A d = 0. 05m，回到步驟431。 如圖5所示，圖5為本發(fā)明統(tǒng)計待測讀寫器空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所
用時間t。、tptk的方法流程圖，包括以下步驟 步驟541 :通過控制計算機13設(shè)定進入頻譜分析儀9的進入頻域模板觸發(fā)模式 準備狀態(tài)，同時通過控制計算機13設(shè)定待測讀寫器12的傳輸速率為64kbps，調(diào)制方式為 PR-ASK，發(fā)送符合ISO/IEC 18000-6C標準的讀取多個電子標簽指令； 步驟542 :頻譜分析儀9對待測讀寫器12發(fā)射的信號進行觸發(fā)，并記錄觸發(fā)點后1 秒的待測讀寫器12與電子標簽之間的無線通信信號； 步驟543 :在控制計算機13端下載頻譜分析儀9記錄的無線通信信號，判別其 中的空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙的起始點和終止點位置，如起始點為第3604個 采樣點，終止點為第3782個采樣點，計算本時隙的采樣點共有178個采樣點，采樣頻率為 2048Hz，則該時隙所用的時間為178/2048 = 86. 9ms，測量多次取平均值可得到空閑時隙、 成功讀取時隙及碰撞時隙所用的平均時間t。、 tk。 如圖6所示，圖6為本發(fā)明統(tǒng)計待測讀寫器空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出 現(xiàn)次數(shù)^、 5、 ^的方法流程圖，包括以下步驟 步驟651 :通過控制計算機13設(shè)定頻譜分析儀9進入頻域模板觸發(fā)模式準備狀 態(tài)，同時通過控制計算機13設(shè)定待測讀寫器12的傳輸速率為64kbps，調(diào)制方式為PR-ASK， 防碰撞算法初始參數(shù)Q = 7，發(fā)送一次符合ISO/IEC 18000-6C標準的讀取多標簽指令；
步驟652 :頻譜分析儀9對待測讀寫器12發(fā)射的信號進行觸發(fā)，并根據(jù)經(jīng)驗值記 錄觸發(fā)點后5Ni ^秒的待測讀寫器12與電子標簽之間的無線通信信號，記錄時間過長將 造成資源浪費，降低測試效率，記錄時間過短又有可能無法記錄一次完整的通信周期，因此 根據(jù)經(jīng)驗值選擇5Ni ^秒; 步驟653 :通過控制計算機13獲得待測讀寫器12的讀取標簽列表； 步驟654 :判斷讀取標簽列表中非重復的電子標簽ID數(shù)量是否等于Ni，如果等于
Ni，則進入步驟655，如果不等于Ni，則回到步驟651 ; 步驟655 :在控制計算機13端下載頻譜分析儀9記錄的無線通信信號，統(tǒng)計其中 空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙的個數(shù)c。m、 clm、 cta， M = M+l，其中M為事先設(shè)定的測試 采樣次數(shù)，為自然數(shù)； 步驟656 :判斷M值是否與預設(shè)的測試采樣次數(shù)50相等，如果與預設(shè)的測試采樣
12次數(shù)相等，則進入步驟657，如果如果與預設(shè)的測試采樣次數(shù)不相等，則回到步驟651 ;
步驟657 :計算空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所出現(xiàn)次數(shù)的平均值
<formula>formula see original document page 13</formula> 上面描述是用于實現(xiàn)本發(fā)明及其一個實施例，本發(fā)明還可以有許多種實施例不再 贅述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均 屬于本發(fā)明權(quán)利要求來限定的范圍。
權(quán)利要求
一種反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于包括標準測試環(huán)境、水平導軌、導軌滑塊、標簽支架、電子標簽陣列、接收天線支架、接收天線、發(fā)射天線支架、發(fā)射天線、滑塊控制器、頻譜分析儀、待測讀寫器、控制計算機，其中水平導軌、導軌滑塊、標簽支架、電子標簽陣列、接收天線支架、接收天線、發(fā)射天線支架、發(fā)射天線置于標準測試環(huán)境的內(nèi)部；滑塊控制器、頻譜分析儀、待測讀寫器、控制計算機置于標準測試環(huán)境的外部；水平導軌置于標準測試環(huán)境的水平地面上，導軌滑塊與水平導軌機械相連，標簽支架置于導軌滑塊上方，電子標簽陣列置于標簽支架上，標簽支架與標準測試環(huán)境的水平地面垂直；發(fā)射天線置于發(fā)射天線支架的上方，發(fā)射天線支架的下方固定于水平導軌的一端，發(fā)射天線與待測讀寫器通過射頻饋線相連；接收天線置于接收天線支架的上方，接收天線支架的下方固定于水平導軌上并位于電子標簽陣列與發(fā)射天線之間，接收天線與頻譜分析儀相連，用于捕獲待測讀寫器和電子標簽陣列之間的無線通信信號；控制計算機通過數(shù)據(jù)線與滑塊控制器、頻譜分析儀及待測讀寫器相連，分別用于向滑塊控制器發(fā)送指令驅(qū)動導軌滑塊沿著水平導軌方向運動、配置待測讀寫器參數(shù)及接收待測讀寫器讀取的結(jié)果數(shù)據(jù)、解調(diào)頻譜分析儀傳回的信號并做統(tǒng)計。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于所述 標準測試環(huán)境外部的頻譜分析儀、待測讀寫器的射頻接口和電源接口 、以及滑塊控制器和 控制計算機的電源接口發(fā)出的電磁輻射被標準測試環(huán)境隔離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于導軌 滑塊在靜止時與水平導軌直接接觸，導軌滑塊運動時通過電力、磁力或摩擦力作用而使導 軌滑塊與水平導軌之間發(fā)生相對位移的機械結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于電子 標簽陣列具有多個電子標簽，并且電子標簽陣列的幾何中心和發(fā)射天線的幾何中心保持在 同一高度，且兩幾何中心之間組成的連線與水平導軌平行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于接收 天線與發(fā)射天線的幾何中心保持在同一高度，且接收天線與發(fā)射天線之間的距離d。 > 2D7 入，其中D為發(fā)射天線的最大尺寸，A為讀寫器發(fā)射的電磁波波長。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于所述 發(fā)射天線支架、接收天線支架和標簽支架采用傳導率低且介電常數(shù)小于1. 5的材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于所述 發(fā)射天線是增益在10dBi以上的標準增益喇叭天線，在測試帶寬范圍內(nèi)，發(fā)射天線的增益 基本保持不變。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于所述 接收天線是增益在2dBi以上的雙偶極子天線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)，其特征在于所述 頻譜分析儀是能夠進行頻域觸發(fā)并記錄一段時間周期內(nèi)無線信號時域波形的儀器。
10. —種反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 :設(shè)備初始化，分別建立控制計算機與待測讀寫器、頻譜分析儀、滑塊控制器之 間的通信連接，使待測讀寫器、頻譜分析儀和滑塊控制器進入工作準備狀態(tài)；步驟2 :在控制計算機端通過滑塊控制器將導軌滑塊從水平導軌的一端移動至水平導 軌另一端并靠近發(fā)射天線，在電子標簽陣列處放置一組數(shù)量為Ni個電子標簽的陣列，i = 1，2，3，…；步驟3 :通過控制計算機控制導軌滑塊移動，使電子標簽陣列中的&個電子標簽全部 處于待測讀寫器發(fā)射天線的有效讀取范圍內(nèi)；步驟4 :通過頻譜分析儀捕獲待測讀寫器與電子標簽之間的無線通信信號，頻譜分析 儀分別統(tǒng)計無線通信信號中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間t。、 tk ;步驟5 :通過頻譜分析儀記錄M次成功讀取全部電子標簽的無線通信信號，頻譜分析儀分別統(tǒng)計每次中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)的次數(shù)C。m、C吣Ckm，并計算空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)次數(shù)的平均值為^、 ^、步驟6 :在控制計算機端計算多個電子標簽讀取吞吐率為<formula>formula see original document page 3</formula>步驟7:i二i + l，更換下一組電子標簽陣列，回到步驟2，如果不更換下一組電子標簽陣 列，則執(zhí)行步驟8;步驟8 :全部電子標簽陣列測試完畢后，在控制計算機端繪制橫坐標為電子標簽數(shù)、縱 坐標為吞吐率的曲線，其中，數(shù)據(jù)點為(Ni， PJ，并將該待測讀寫器的吞吐率曲線與其它待 測讀寫器的吞吐率曲線測試結(jié)果放在同一圖表中進行對比，相同的電子標簽數(shù)量K下，吞 吐率Pti越高則該待測讀寫器的防碰撞能力越強；步驟9 :斷開控制計算機與待測讀寫器、頻譜分析儀、滑塊控制器之間的通信連接，關(guān) 閉設(shè)備。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的方法，其特征在于所述通過控制計算機控制導軌滑塊移動的步驟包括步驟31 :通過控制計算機設(shè)定待測讀寫器的發(fā)射功率為所在地區(qū)規(guī)定讀寫器發(fā)射功 率的最大值，重復發(fā)送讀取多個電子標簽指令；步驟32 :通過控制計算機獲得待測讀寫器的讀取電子標簽列表；步驟33 :判斷讀取電子標簽列表中非重復的電子標簽ID數(shù)量是否等于Ni，如果等于Ni，則結(jié)束本步驟，如果不等于Ni，則通過控制計算機設(shè)定滑塊控制器發(fā)送指令驅(qū)動導軌滑 塊沿著水平導軌向發(fā)射天線移動Ad，回到步驟31。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的方法，其特征在于所 述統(tǒng)計無線通信信號中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間t。、 tk的步驟包括步驟41 :通過控制計算機設(shè)定進入頻譜分析儀的頻域模板觸發(fā)模式準備狀態(tài)，同時通 過控制計算機設(shè)定待測讀寫器的傳輸速率和調(diào)制方式，發(fā)送讀取多個電子標簽指令；步驟42 :頻譜分析儀對待測讀寫器發(fā)射的信號進行觸發(fā)，并記錄觸發(fā)點后1秒的待測 讀寫器與電子標簽之間的無線通信信號；步驟43:在控制計算機端下載頻譜分析儀記錄的無線通信信號，判別其中的空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙的起始點和終止點位置，計算采樣點個數(shù)，與采樣頻率相乘得到一個空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間，測量多次取平均值得到空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所用的時間t。、 tk。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的方法，其特征在于所述計算空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙出現(xiàn)次數(shù)的平均值的步驟包括步驟51 :通過控制計算機設(shè)定頻譜分析儀進入頻域模板觸發(fā)模式準備狀態(tài)，同時通過控制計算機設(shè)定待測讀寫器的傳輸速率、調(diào)制方式和防碰撞算法初始參數(shù)，發(fā)送一次讀取多標簽指令；步驟52 :頻譜分析儀對待測讀寫器發(fā)射的信號進行觸發(fā)，并記錄觸發(fā)點后5Ni *^秒的待測讀寫器與電子標簽之間的無線通信信號；步驟53 :通過控制計算機獲得待測讀寫器的讀取標簽列表；步驟54 :判斷讀取標簽列表中非重復的電子標簽ID數(shù)量是否等于Ni，如果等于K，則進入步驟55，如果不等于Ni，則回到步驟51 ;步驟55 :在控制計算機端下載頻譜分析儀記錄的無線通信信號，統(tǒng)計其中空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙的個數(shù)c。m、 clm、 Ckm， M = M+l，其中M為事先設(shè)定的測試采樣次數(shù)，為自然數(shù)；步驟56 :判斷M值是否與預設(shè)的測試采樣次數(shù)相等，如果與預設(shè)的測試采樣次數(shù)相等，則進入步驟57，如果與預設(shè)的測試采樣次數(shù)不相等，則回到步驟51 ;步驟5 7 :計算空閑時隙、成功讀取時隙及碰撞時隙所出現(xiàn)次數(shù)的平均值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反向測試RFID讀寫器防碰撞能力的系統(tǒng)及方法，由標準測試環(huán)境、水平導軌、導軌滑塊、滑塊控制器、標簽支架、電子標簽陣列、接收天線支架、接收天線、頻譜分析儀、發(fā)射天線支架、發(fā)射天線、待測讀寫器、控制計算機組成，其方法是在自由空間中對讀寫器和標簽之間的無線通信信號進行捕獲和分析，統(tǒng)計空閑時隙、有效時隙和碰撞時隙的數(shù)量和時間，并以此計算讀寫器讀取多標簽時的吞吐率，用以在可重復條件下通過對電子標簽和讀寫器之間的空中接口通信過程進行分析，實現(xiàn)對一款RFID讀寫器在讀取多標簽時所表現(xiàn)出的多目標快速識別能力的快速評價。
文檔編號G06K17/00GK101770587SQ200910087130
公開日2010年7月7日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者關(guān)強, 劉懷達, 劉禹, 朱智源 申請人:中國科學院自動化研究所