专利名称：一种反向测试rfid读写器防碰撞能力的系统及方法
技术领域：
本发明涉及RFID技术领域，尤其涉及一种通过反向测试评价RFID读写器防碰撞能力的系统及方法。
背景技术：
RFID全称为射频识别(Radio Frequency Identification)，是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、读写速度快、形状多样、使用寿命长、可重复使用、存储容量大、能穿透非导电性材料等特点，结合RFID读写器可以实现多目标识别和移动目标识别，进一步通过与互联网技术的结合还可以实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率，降低成本。 RFID技术目前已经成为IT领域的热点，众多机构和企业都在大力推广这种技术。随着RFID技术飞速发展，相关产品的生产厂家逐渐增多，从手持式到固定式，RFID读写器的品种也已经上升到数百种，并且还在不断推出新的产品。为了在众多的RFID读写器中选择最能够满足使用者需求的产品，就需要对RFID产品的性能指标进行专门的测试，RFID读写器的防碰撞能力，有时也被称为防冲突能力，即是RFID读写器产品的重要性能指标之一。RFID读写器的防碰撞能力是指在多标签环境下，读写器根据自身防碰撞算法高效、快速地进行多目标识别的能力。 众所周知，当一个读写器的作用范围之内有多个电子标签时，由于所有的电子标签都采用同一个工作频率，因此如果多个标签同时传输数据就会产生数据冲突，进而导致传输失败，信息丢失。为了避免多路存储造成的碰撞，无线通信系统中多采用频分多路(FDMA)、空分多路(SDMA)、码分多路(CDMA)和时分多路(TDMA)几种方式来解决这个问题。但是对于电子标签应用来说，由于电子标签自身是无源的，为了降低成本和功耗，需要内部电路越简单越好。因此，上述前三种方式均只适用于一些特定的场合，选择TDMA方式来实现RFID系统的防碰撞机制是最普遍的方法。考虑到RFID系统的通信形式，又以读写器驱动的TDMA防碰撞算法较为常用，即所有的电子标签受读写器的时隙控制来实现多标签防碰撞识别。衡量基于时隙的防碰撞算法优劣的主要指标是系统的吞吐率，即RFID数据通信中，顺利读取电子标签所用的时间与总用时的比值，是对RFID读写器和电子标签处理传输数据请求能力的总体评价，吞吐率越高，则数据传输效率就越高，该读写器的防碰撞性能也就更好。通常读写器生产厂家的防碰撞算法都固化于产品内部的集成电路中，多属于私有技术，无法直接进行评价，因此寻找一种有效的方法对RFID读写器的防碰撞能力进行基准测试是非常有必要的。 基准测试的目的是通过设计合理的测试方法、测试流程和测试工具对一类测试对象的某项性能指标进行测试，并且保证测试取得的结果是可比较的、可重复的。使用基准测试方法对RFID读写器的防碰撞能力进行测试，特别是对吞吐率指标进行有效测试，不仅可以得到一款RFID读写器产品在多标签环境中的读取表现，还可以通过和其它RFID读写器
5产品的吞吐率指标相比较，挑选出在多标签环境下能够更高效工作的读写器产品。
目前RFID读写器的防碰撞算法是国内外研究的一个热点方向，很多论文提出了基于时隙的防碰撞算法改进方案，并通过建模推导和计算机仿真计算和验证吞吐率指标，进而可以比较算法优劣。但是，对于实际读写器来说，由于大多数读写器生产厂家的防碰撞算法并未公开，因此很难通过数学模型对读写器防碰撞能力进行直接评价，只能够通过在实际应用中部署一个典型环境，如在一个闸门位置放置读写器，并将多个电子标签粘附于纸箱的一面从闸门处推过，以此统计该读写器读取多标签的成功率来衡量防碰撞能力的高低。这种测试方法只能定量比较某一具体应用环境下读写器读取多标签的能力，具体又受到读写器天线作用区域、标签排列、标签依附介质以及读写器防碰撞能力的影响，由于多个因子都在不同水平上影响响应变量的变化，因此这样的测试结果并不适用于其它应用环境。另一种评价方法是将多个电子标签密集堆放于读写器有效读取范围内，统计其读取全部标签所用的总时间。但是，由于基于时隙的防碰撞算法中都包含随机数，即电子标签在接收到读写器询问指令后将产生一个随机数RN，并在随后的第RN个时隙中进行应答，所以这种测试方法难以得到准确的读取时间。此外，不同的读写器内部数字处理芯片的运算能力不同，也会导致对不同算法复杂度的防碰撞算法处理速度有所区别，因此仅仅依赖总读取时间一个指标也不能给出提高读写器防碰撞能力的有效途径。
发明内容
为了解决对RFID读写器防碰撞能力进行高效测试所急需的技术和方法，本发明
的目的是为使用者提供一种简单、明确、有效的自动化测试工具和基准测试方法，用以在可
重复条件下通过对电子标签和读写器之间的空中接口通信过程进行分析，实现对一款RFID
读写器在读取多标签时所表现出的多目标快速识别能力的快速评价，从而为使用者设备选
型提供决策参考，为此，本发明提供一种反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统及方法。 为达成所述目的，本发明提供的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统及方法，
其原理是在自由空间中对读写器和标签之间的无线通信信号进行捕获和分析，统计空闲时
隙、有效时隙和碰撞时隙的数量和时间，并以此计算读写器读取多标签时的吞吐率。在相同
传输速率和调制方式下，吞吐率越高说明该读写器的防碰撞能力越高。 本发明第一方面，提供一种反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，包括标准测
试环境、水平导轨、导轨滑块、标签支架、电子标签阵列、接收天线支架、接收天线、发射天线
支架、发射天线、滑块控制器、频谱分析仪、待测读写器、控制计算机，其中 水平导轨、导轨滑块、标签支架、电子标签阵列、接收天线支架、接收天线、发射天
线支架、发射天线置于标准测试环境的内部； 滑块控制器、频谱分析仪、待测读写器、控制计算机置于标准测试环境的外部；
水平导轨置于标准测试环境的水平地面上，导轨滑块与水平导轨机械相连，标签支架置于导轨滑块上方，电子标签阵列置于标签支架上，标签支架与标准测试环境的水平地面垂直； 发射天线置于发射天线支架的上方，发射天线支架的下方固定于水平导轨的一端，发射天线与待测读写器通过射频馈线相连； 接收天线置于接收天线支架的上方，接收天线支架的下方固定于水平导轨上并位于电子标签阵列与发射天线之间，接收天线与频谱分析仪相连，用于捕获待测读写器和电子标签阵列之间的无线通信信号； 控制计算机通过数据线与滑块控制器、频谱分析仪及待测读写器相连，分别用于向滑块控制器发送指令驱动导轨滑块沿着水平导轨方向运动、配置待测读写器参数及接收待测读写器读取的结果数据、解调频谱分析仪传回的信号并做统计。 优选地，所述标准测试环境外部的频谱分析仪、待测读写器的射频接口和电源接口 、以及滑块控制器和控制计算机的电源接口发出的电磁辐射被标准测试环境隔离。
优选地，导轨滑块在静止时与水平导轨直接接触，导轨滑块运动时通过电力、磁力或摩擦力作用而使导轨滑块与水平导轨之间发生相对位移的机械结构。 优选地，电子标签阵列具有多个电子标签，并且电子标签阵列的几何中心和发射天线的几何中心保持在同一高度，且两几何中心之间组成的连线与水平导轨平行。
优选地，接收天线与发射天线的几何中心保持在同一高度，且接收天线与发射天线之间的距离d。^2D7A，其中D为发射天线的最大尺寸，A为读写器发射的电磁波波长。
优选地，所述发射天线支架、接收天线支架和标签支架采用传导率低且介电常数小于1. 5的材料。 优选地，所述发射天线是增益在10dBi以上的标准增益喇叭天线，在测试带宽范围内，发射天线的增益基本保持不变。 优选地，所述接收天线是增益在2dBi以上的双偶极子天线。 优选地，所述频谱分析仪是能够进行频域触发并记录一段时间周期内无线信号时域波形的仪器。 本发明第二方面，提供一种反向测试RFID读写器防碰撞能力的方法，包括以下步骤 步骤1 :设备初始化，分别建立控制计算机与待测读写器、频谱分析仪、滑块控制器之间的通信连接，使待测读写器、频谱分析仪和滑块控制器进入工作准备状态；
步骤2 :在控制计算机端通过滑块控制器将导轨滑块从水平导轨的一端移动至水平导轨另一端并靠近发射天线，在电子标签阵列处放置一组数量为K个电子标签的阵列，i=1，2，3，…； 步骤3 :通过控制计算机控制导轨滑块移动，使电子标签阵列中的&个电子标签全部处于待测读写器发射天线的有效读取范围内； 步骤4:通过频谱分析仪捕获待测读写器与电子标签之间的无线通信信号，频谱分析仪分别统计无线通信信号中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间t。、 tp 步骤5 :通过频谱分析仪记录M次成功读取全部电子标签的无线通信信号，频谱分
析仪分别统计每次中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现的次数C。m、 Clm、 Ckm，并计算空
闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现次数的平均值为^、 ^、 步骤6 :在控制计算机端计算多个电子标签读取吞吐率为a,==-」1 —~ ; 步骤7 :i二i + l，更换下一组电子标签阵列，回到步骤2，如果不更换下一组电子标签阵列，则执行步骤8; 步骤8 :全部电子标签阵列测试完毕后，在控制计算机端绘制横坐标为电子标签数、纵坐标为吞吐率的曲线，其中，数据点为(Ni， Pti)，并将该待测读写器的吞吐率曲线与其它待测读写器的吞吐率曲线测试结果放在同一图表中进行对比，相同的电子标签数量K下，吞吐率Pti越高则该待测读写器的防碰撞能力越强； 步骤9 :断开控制计算机与待测读写器、频谱分析仪、滑块控制器之间的通信连接，关闭设备。
优选地，所述通过控制计算机控制导轨滑块移动的步骤包括 步骤31 :通过控制计算机设定待测读写器的发射功率为所在地区规定读写器发射功率的最大值，重复发送读取多个电子标签指令； 步骤32 :通过控制计算机获得待测读写器的读取电子标签列表；
步骤33 :判断读取电子标签列表中非重复的电子标签ID数量是否等于Ni，如果等于Ni，则结束本步骤，如果不等于Ni，则通过控制计算机设定滑块控制器发送指令驱动导轨滑块沿着水平导轨向发射天线移动Ad，回到步骤31。 优选地，所述统计无线通信信号中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间t。、tptk的步骤包括 步骤41 :通过控制计算机设定进入频谱分析仪的频域模板触发模式准备状态，同时通过控制计算机设定待测读写器的传输速率和调制方式，发送读取多个电子标签指令；
步骤42 :频谱分析仪对待测读写器发射的信号进行触发，并记录触发点后1秒的待测读写器与电子标签之间的无线通信信号； 步骤43 :在控制计算机端下载频谱分析仪记录的无线通信信号，判别其中的空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙的起始点和终止点位置，计算采样点个数，与采样频率相乘得到一个空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间，测量多次取平均值得到空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间t。、 tk。 优选地，所述计算空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现次数的平均值的步骤包括 步骤51 :通过控制计算机设定频谱分析仪进入频域模板触发模式准备状态，同时通过控制计算机设定待测读写器的传输速率、调制方式和防碰撞算法初始参数，发送一次读取多标签指令； 步骤52 :频谱分析仪对待测读写器发射的信号进行触发，并记录触发点后5Ni ^秒的待测读写器与电子标签之间的无线通信信号； 步骤53 :通过控制计算机获得待测读写器的读取标签列表； 步骤54 :判断读取标签列表中非重复的电子标签ID数量是否等于Ni，如果等于Ni，则进入步骤55，如果不等于Ni，则回到步骤51 ; 步骤55 :在控制计算机端下载频谱分析仪记录的无线通信信号，统计其中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙的个数c。m、 clm、 cta， M = M+l，其中M为事先设定的测试采样次数，为自然数； 步骤56 :判断M值是否与预设的测试采样次数相等，如果与预设的测试采样次数相等，则进入步骤57，如果与预设的测试采样次数不相等，则回到步骤51 ;
步骤57 :计算空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所出现次数的平均值
M M M
》0m — — IX, 本发明的有益效果是 1)在无法建立读写器防碰撞算法的精确数学模型时，使用实际测试数据反向推导 防碰撞算法的吞吐率，为评价读写器防碰撞能力提供了一个快速的、可重复的测试手段和 方法，实验结果不受环境因素限制，是对读写器防碰撞能力的定性评价。 2)对影响吞吐率指标的两个关键参数——时隙所用时间和时隙个数分别进行基 于统计学方法的实际测量，不仅考虑到算法复杂度对读写器内部处理芯片处理防碰撞算法 速度的影响，而且最大程度地减少防碰撞算法中由于随机数造成的时隙个数差别带来的误 差，因此可以更科学地评价读写器的防碰撞能力。 3)本发明所述的测试RFID读写器防碰撞能力的系统，为实现基准测试方法的流 程提供了一套自动化的测试工具，从而保证测试在任何时间、任何地点、任何人的操作下， 结果都是可重复的、可比较的，并且测试过程在标准测试环境中进行，主要设备均保持固 定，测量中受到人为干扰因素少，也提高了测试结果的可重复性。
图1为本发明提供的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统示意图。
图2为本发明电子标签阵列的一种具体实施方式
示意图。
图3为本发明提供的反向测试RFID读写器防碰撞能力的方法流程图。
图4为本发明确定电子标签阵列位置的方法流程图。 图5为本发明统计待测读写器空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用时间t。、 Vtk的方法流程图。 图6为本发明统计待测读写器空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现次数 ^、 ^、 ^的方法流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。 目前对吞吐率指标的评价多采用数学建模和计算机仿真来实现，当读写器生产厂 家的防碰撞算法未公开时，将无法通过数学模型对读写器防碰撞能力进行直接评价。并且， 使用数学建模方法也只能对算法耗费的总时隙数量进行统计，而另一个影响读写器防碰撞 能力的重要因素——防碰撞算法复杂度，包括所占用的硬件资源和耗费的时间对芯片处理 速度的影响并不能体现出来。因此，本发明通过对自由空间中读写器和标签之间传播的无 线通信信号进行捕获和分析，统计其中空闲时隙、有效时隙和碰撞时隙的数量和时间，并以 此计算读写器读取多标签时的吞吐率，用以在可重复条件下实现对一款RFID读写器在读 取多标签时所表现出的多目标快速识别能力的快速评价。 如图1所示，为本发明提供的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统示意图，其 9中包括标准测试环境1、水平导轨2、导轨滑块3、滑块控制器4、标签支架5、电子标签阵列 6、接收天线支架7、接收天线8、频谱分析仪9、发射天线支架10、发射天线11、待测读写器 12、控制计算机13，其中水平导轨2、导轨滑块3、标签支架5、电子标签阵列6、接收天线支 架7、接收天线8、发射天线支架10、发射天线11置于标准测试环境1的内部，滑块控制器 4、频谱分析仪9、待测读写器12、控制计算机13置于标准测试环境1的外部，水平导轨2置 于标准测试环境1的水平地面上，导轨滑块3与水平导轨2机械相连，标签支架5置于导轨 滑块3上方，电子标签阵列6置于标签支架5上，标签支架5与标准测试环境1的水平地面 垂直，发射天线11置于发射天线支架10的上方，发射天线支架10的下方固定于水平导轨 2的一端，发射天线11与待测读写器12通过射频馈线相连，接收天线8置于接收天线支架 7的上方，接收天线支架7的下方固定于水平导轨2上并位于电子标签阵列6与发射天线 11之间的位置，接收天线8与频谱分析仪9相连，用于捕获待测读写器12和电子标签阵列 6之间的无线通信信号，控制计算机13通过数据线与滑块控制器4、频谱分析仪9及待测读 写器12相连，分别用于向滑块控制器4发送指令驱动导轨滑块3沿着水平导轨方向运动、 配置待测读写器12参数及接收待测读写器读取的结果数据、解调频谱分析仪9传回的信号 并做统计。 在本发明的一个实施例，标准测试环境1建立在长6米，宽3米，高3米全电波暗 室中，标签支架5、接收天线支架7、发射天线支架10的高度均为1. 5米，由聚苯乙烯材料制 成，外裹吸波材料。发射天线支架IO上方固定增益为10dBi的标准增益喇叭天线作为发射 天线ll，接收天线支架7上方固定增益为2. 3dBi的双偶极子天线作为接收天线8，发射天 线11与接收天线8之间的距离d。为0. 5米。水平导轨2的总长为4. 6米，其中导轨滑块 3可以移动的区间长度为4米，通过齿轮齿条方式与水平导轨2相连，滑块控制器4由单片 机实现，用以驱动导轨滑块3上的步进电机正向或反向工作，进而使导轨滑块3在水平导轨 2上水平移动所需要的行程。构成滑块控制器4的单片机与构成控制计算机13的带有LAN 接口的普通桌面PC机通过RS-232接口相连，由PC机控制导轨滑块3移动的方向和距离。 电子标签阵列6共分为6组，分别包含16个、64个、128个、256个、512个和1024个UHF电 子标签。频谱分析仪9选用能够进行频域触发并记录一段时间周期内无线信号时域波形的 实时频谱分析仪RSA3308A，构成控制计算机13的PC机分别与RSA3308A及待测读写器12 通过1000Mbps以太网交换机进行连接，使用基于VXI总线的TCP/IP协议传输模式完成数 据交换。 为了使测试结果具有可重复性，就需要保证测试过程中的环境参数保持稳定，即 需要一个标准测试环境1。所谓标准测试环境1的地点，可以是全电波暗室、半电波暗室，也 可以是开放空间。在一次完整的测试中，标准测试环境l的温度均应保持在23士3t:，湿度 在30 50 % ，光照度在低亮度条件范围内。在本发明的实施例中，选择全电波暗室进行测 试，滑块控制器4、频谱分析仪9、待测读写器12、控制计算机13置于全电波暗室外，这些仪 器的射频接口和电源接口通过位于全电波暗室墙上的光纤波导管与暗室内的设备相连，这 样暗室外的设备接口发出的电磁辐射就不会对标准测试环境内的电磁环境造成改变。在另 一个实施例中，选择开放空间进行测试，滑块控制器4、频谱分析仪9、待测读写器12、控制 计算机13的射频接口和数据传输接口通过长距离导线与位于开放空间内的设备相连，同 样保证了开放空间外的设备接口发出的电磁辐射对开放空间内的电磁环境造成的影响降
10到最低。此外，通过选择低传导率和低介电常数的材料作为支架，也可尽量减小电磁波折射 对计算结果造成的误差。可以认为，本实施例中的环境参数均能够保持稳定，可以作为标准 测试环境进行测试。 如图2所示，为本发明提供的电子标签阵列的一种具体实施方式
示意图。电子标 签阵列6具有多个电子标签，并且电子标签阵列6的几何中心和发射天线11的几何中心保 持在同一高度，且两几何中心之间组成的连线与水平导轨2平行。图2中的电子标签阵列 6中共包含256个UHF电子标签。通常呈横排或纵排排列的电子标签会由于距离过近造成 天线之间产生谐振现象，从而导致影响读写器的多标签读取效果。为了让读写器能够一次 读到电子标签阵列6上的全部电子标签，就要尽量避免电子标签天线之间的谐振，因此，将 相邻的电子标签呈90度角排列，使得电子标签反向散射的电磁场相互垂直，对降低天线谐 振能够起到显著的作用。 如图3所示，图3为本发明提供的反向测试RFID读写器防碰撞能力的方法流程 图，包括以下步骤 步骤301 :设备初始化，分别建立控制计算机13与待测读写器12、频谱分析仪9、 滑块控制器4之间的通信连接，使待测读写器12、频谱分析仪9和滑块控制器4进入工作准 备状态； 步骤302 :在控制计算机13端通过滑块控制器4将导轨滑块3从水平导轨2的一 端移动至水平导轨2的另一端并靠近发射天线ll，在电子标签阵列6处放置第一组数量为 16个电子标签的阵列； 步骤303 :通过控制计算机13控制导轨滑块3移动，使电子标签阵列6中的16个 电子标签全部处于待测读写器12的发射天线11的有效读取范围内； 步骤304 :通过频谱分析仪9捕获待测读写器12与电子标签之间的无线通信信 号，频谱分析仪9分别统计无线通信信号中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时 间VVtk ; 步骤305 :通过频谱分析仪9记录50次成功读取全部电子标签的无线通信信号， 频谱分析仪9分别统计每次中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现的次数C。m、 clm、 ckm， 并计算空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现次数的平均值为^、 ^、
步骤306 :在控制计算机13端计算多个电子标签读取吞吐率为 <formula>formula see original document page 11</formula> 步骤307 :更换下一组64个电子标签阵列6，回到步骤302，如果不更换下一组电 子标签阵列6，则执行步骤8; 步骤308 :对其余128个、256个、512个和1024个电子标签阵列6测试完毕后，在 控制计算机13端绘制横坐标为电子标签数、纵坐标为吞吐率Pti的曲线，数据点为(Ni，Pti)， 并将该待测读写器12的吞吐率曲线与其它待测读写器的吞吐率曲线测试结果放在同一图 表中进行对比，相同的电子标签数量Ni下，吞吐率Pti越高则该待测读写器的防碰撞能力越 强，例如在图中观察到待测读写器A在电子标签数量为64个、128个、256个、512个和1024 个、1024个时的吞吐率均高于待测读写器B在相应数量级的吞吐率，则可以得出结论，待测 读写器A的防碰撞能力强于待测读写器B ;
步骤309 :断开控制计算机13与待测读写器12、频谱分析仪9、滑块控制器4之间 的通信连接，关闭设备。 如图4所示，图4为本发明确定电子标签阵列位置的方法流程图，通过控制计算机 控制导轨滑块移动的步骤包括以下步骤 步骤431 :通过控制计算机13设定待测读写器12的发射功率为所在地区规 定读写器发射功率的最大值，如在中国发射功率最大为2WERP，重复发送符合IS0/IEC 18000-6C标准的读取多个电子标签指令； 步骤432 :通过控制计算机13获得待测读写器12的读取电子标签列表； 步骤433 :判断读取电子标签列表中非重复的电子标签ID数量是否等于Ni，如果
等于A,则结束，如果不等于Ni，则通过控制计算机13设定滑块控制器4发送指令驱动导轨
滑块3沿着水平导轨2向发射天线11移动A d = 0. 05m，回到步骤431。 如图5所示，图5为本发明统计待测读写器空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所
用时间t。、tptk的方法流程图，包括以下步骤 步骤541 :通过控制计算机13设定进入频谱分析仪9的进入频域模板触发模式 准备状态，同时通过控制计算机13设定待测读写器12的传输速率为64kbps，调制方式为 PR-ASK，发送符合ISO/IEC 18000-6C标准的读取多个电子标签指令； 步骤542 :频谱分析仪9对待测读写器12发射的信号进行触发，并记录触发点后1 秒的待测读写器12与电子标签之间的无线通信信号； 步骤543 :在控制计算机13端下载频谱分析仪9记录的无线通信信号，判别其 中的空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙的起始点和终止点位置，如起始点为第3604个 采样点，终止点为第3782个采样点，计算本时隙的采样点共有178个采样点，采样频率为 2048Hz，则该时隙所用的时间为178/2048 = 86. 9ms，测量多次取平均值可得到空闲时隙、 成功读取时隙及碰撞时隙所用的平均时间t。、 tk。 如图6所示，图6为本发明统计待测读写器空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出 现次数^、 5、 ^的方法流程图，包括以下步骤 步骤651 :通过控制计算机13设定频谱分析仪9进入频域模板触发模式准备状 态，同时通过控制计算机13设定待测读写器12的传输速率为64kbps，调制方式为PR-ASK， 防碰撞算法初始参数Q = 7，发送一次符合ISO/IEC 18000-6C标准的读取多标签指令；
步骤652 :频谱分析仪9对待测读写器12发射的信号进行触发，并根据经验值记 录触发点后5Ni ^秒的待测读写器12与电子标签之间的无线通信信号，记录时间过长将 造成资源浪费，降低测试效率，记录时间过短又有可能无法记录一次完整的通信周期，因此 根据经验值选择5Ni ^秒; 步骤653 :通过控制计算机13获得待测读写器12的读取标签列表； 步骤654 :判断读取标签列表中非重复的电子标签ID数量是否等于Ni，如果等于
Ni，则进入步骤655，如果不等于Ni，则回到步骤651 ; 步骤655 :在控制计算机13端下载频谱分析仪9记录的无线通信信号，统计其中 空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙的个数c。m、 clm、 cta， M = M+l，其中M为事先设定的测试 采样次数，为自然数； 步骤656 :判断M值是否与预设的测试采样次数50相等，如果与预设的测试采样
12次数相等，则进入步骤657，如果如果与预设的测试采样次数不相等，则回到步骤651 ;
步骤657 :计算空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所出现次数的平均值
<formula>formula see original document page 13</formula> 上面描述是用于实现本发明及其一个实施例，本发明还可以有许多种实施例不再 赘述，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均 属于本发明权利要求来限定的范围。
权利要求
一种反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于包括标准测试环境、水平导轨、导轨滑块、标签支架、电子标签阵列、接收天线支架、接收天线、发射天线支架、发射天线、滑块控制器、频谱分析仪、待测读写器、控制计算机，其中水平导轨、导轨滑块、标签支架、电子标签阵列、接收天线支架、接收天线、发射天线支架、发射天线置于标准测试环境的内部；滑块控制器、频谱分析仪、待测读写器、控制计算机置于标准测试环境的外部；水平导轨置于标准测试环境的水平地面上，导轨滑块与水平导轨机械相连，标签支架置于导轨滑块上方，电子标签阵列置于标签支架上，标签支架与标准测试环境的水平地面垂直；发射天线置于发射天线支架的上方，发射天线支架的下方固定于水平导轨的一端，发射天线与待测读写器通过射频馈线相连；接收天线置于接收天线支架的上方，接收天线支架的下方固定于水平导轨上并位于电子标签阵列与发射天线之间，接收天线与频谱分析仪相连，用于捕获待测读写器和电子标签阵列之间的无线通信信号；控制计算机通过数据线与滑块控制器、频谱分析仪及待测读写器相连，分别用于向滑块控制器发送指令驱动导轨滑块沿着水平导轨方向运动、配置待测读写器参数及接收待测读写器读取的结果数据、解调频谱分析仪传回的信号并做统计。
2. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于所述 标准测试环境外部的频谱分析仪、待测读写器的射频接口和电源接口 、以及滑块控制器和 控制计算机的电源接口发出的电磁辐射被标准测试环境隔离。
3. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于导轨 滑块在静止时与水平导轨直接接触，导轨滑块运动时通过电力、磁力或摩擦力作用而使导 轨滑块与水平导轨之间发生相对位移的机械结构。
4. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于电子 标签阵列具有多个电子标签，并且电子标签阵列的几何中心和发射天线的几何中心保持在 同一高度，且两几何中心之间组成的连线与水平导轨平行。
5. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于接收 天线与发射天线的几何中心保持在同一高度，且接收天线与发射天线之间的距离d。 > 2D7 入，其中D为发射天线的最大尺寸，A为读写器发射的电磁波波长。
6. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于所述 发射天线支架、接收天线支架和标签支架采用传导率低且介电常数小于1. 5的材料。
7. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于所述 发射天线是增益在10dBi以上的标准增益喇叭天线，在测试带宽范围内，发射天线的增益 基本保持不变。
8. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于所述 接收天线是增益在2dBi以上的双偶极子天线。
9. 根据权利要求1所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统，其特征在于所述 频谱分析仪是能够进行频域触发并记录一段时间周期内无线信号时域波形的仪器。
10. —种反向测试RFID读写器防碰撞能力的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1 :设备初始化，分别建立控制计算机与待测读写器、频谱分析仪、滑块控制器之 间的通信连接，使待测读写器、频谱分析仪和滑块控制器进入工作准备状态；步骤2 :在控制计算机端通过滑块控制器将导轨滑块从水平导轨的一端移动至水平导 轨另一端并靠近发射天线，在电子标签阵列处放置一组数量为Ni个电子标签的阵列，i = 1，2，3，…；步骤3 :通过控制计算机控制导轨滑块移动，使电子标签阵列中的&个电子标签全部 处于待测读写器发射天线的有效读取范围内；步骤4 :通过频谱分析仪捕获待测读写器与电子标签之间的无线通信信号，频谱分析 仪分别统计无线通信信号中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间t。、 tk ;步骤5 :通过频谱分析仪记录M次成功读取全部电子标签的无线通信信号，频谱分析仪分别统计每次中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现的次数C。m、C吣Ckm，并计算空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现次数的平均值为^、 ^、步骤6 :在控制计算机端计算多个电子标签读取吞吐率为<formula>formula see original document page 3</formula>步骤7:i二i + l，更换下一组电子标签阵列，回到步骤2，如果不更换下一组电子标签阵 列，则执行步骤8;步骤8 :全部电子标签阵列测试完毕后，在控制计算机端绘制横坐标为电子标签数、纵 坐标为吞吐率的曲线，其中，数据点为(Ni， PJ，并将该待测读写器的吞吐率曲线与其它待 测读写器的吞吐率曲线测试结果放在同一图表中进行对比，相同的电子标签数量K下，吞 吐率Pti越高则该待测读写器的防碰撞能力越强；步骤9 :断开控制计算机与待测读写器、频谱分析仪、滑块控制器之间的通信连接，关 闭设备。
11. 根据权利要求10所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的方法，其特征在于所述通过控制计算机控制导轨滑块移动的步骤包括步骤31 :通过控制计算机设定待测读写器的发射功率为所在地区规定读写器发射功 率的最大值，重复发送读取多个电子标签指令；步骤32 :通过控制计算机获得待测读写器的读取电子标签列表；步骤33 :判断读取电子标签列表中非重复的电子标签ID数量是否等于Ni，如果等于Ni，则结束本步骤，如果不等于Ni，则通过控制计算机设定滑块控制器发送指令驱动导轨滑 块沿着水平导轨向发射天线移动Ad，回到步骤31。
12. 根据权利要求10所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的方法，其特征在于所 述统计无线通信信号中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间t。、 tk的步骤包括步骤41 :通过控制计算机设定进入频谱分析仪的频域模板触发模式准备状态，同时通 过控制计算机设定待测读写器的传输速率和调制方式，发送读取多个电子标签指令；步骤42 :频谱分析仪对待测读写器发射的信号进行触发，并记录触发点后1秒的待测 读写器与电子标签之间的无线通信信号；步骤43:在控制计算机端下载频谱分析仪记录的无线通信信号，判别其中的空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙的起始点和终止点位置，计算采样点个数，与采样频率相乘得到一个空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间，测量多次取平均值得到空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所用的时间t。、 tk。
13.根据权利要求10所述的反向测试RFID读写器防碰撞能力的方法，其特征在于所述计算空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙出现次数的平均值的步骤包括步骤51 :通过控制计算机设定频谱分析仪进入频域模板触发模式准备状态，同时通过控制计算机设定待测读写器的传输速率、调制方式和防碰撞算法初始参数，发送一次读取多标签指令；步骤52 :频谱分析仪对待测读写器发射的信号进行触发，并记录触发点后5Ni *^秒的待测读写器与电子标签之间的无线通信信号；步骤53 :通过控制计算机获得待测读写器的读取标签列表；步骤54 :判断读取标签列表中非重复的电子标签ID数量是否等于Ni，如果等于K，则进入步骤55，如果不等于Ni，则回到步骤51 ;步骤55 :在控制计算机端下载频谱分析仪记录的无线通信信号，统计其中空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙的个数c。m、 clm、 Ckm， M = M+l，其中M为事先设定的测试采样次数，为自然数；步骤56 :判断M值是否与预设的测试采样次数相等，如果与预设的测试采样次数相等，则进入步骤57，如果与预设的测试采样次数不相等，则回到步骤51 ;步骤5 7 :计算空闲时隙、成功读取时隙及碰撞时隙所出现次数的平均值
全文摘要
本发明公开了一种反向测试RFID读写器防碰撞能力的系统及方法，由标准测试环境、水平导轨、导轨滑块、滑块控制器、标签支架、电子标签阵列、接收天线支架、接收天线、频谱分析仪、发射天线支架、发射天线、待测读写器、控制计算机组成，其方法是在自由空间中对读写器和标签之间的无线通信信号进行捕获和分析，统计空闲时隙、有效时隙和碰撞时隙的数量和时间，并以此计算读写器读取多标签时的吞吐率，用以在可重复条件下通过对电子标签和读写器之间的空中接口通信过程进行分析，实现对一款RFID读写器在读取多标签时所表现出的多目标快速识别能力的快速评价。
文档编号G06K17/00GK101770587SQ200910087130
公开日2010年7月7日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者关强, 刘怀达, 刘禹, 朱智源 申请人:中国科学院自动化研究所