RFID系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)體系研究★

李鷹，李倩，朱建紅，李金華，鄭慶川

（1.廣東省射頻識別公共技術(shù)支持中心，廣東 廣州 510610；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

1 引言

《中國RFID技術(shù)政策白皮書》的發(fā)布以及國家金卡工程的啟動實施，促進(jìn)了RFID系統(tǒng)的應(yīng)用，RFID技術(shù)迅速滲透到各行各業(yè)，因此，在紛繁復(fù)雜的應(yīng)用中理出脈絡(luò)，重點測試，動態(tài)調(diào)整，建立一個能夠滿足RFID系統(tǒng)發(fā)展和信息技術(shù)發(fā)展，適應(yīng)全系統(tǒng)、全壽命管理要求，以及能夠充分反映RFID發(fā)展水平的等級測試標(biāo)準(zhǔn)體系就具有十分重要的意義。

目前，基于RFID系統(tǒng)的測試標(biāo)準(zhǔn)只是單純地針對系統(tǒng)中的某個對象或環(huán)節(jié)，缺乏全局性的考慮，亦未形成體系架構(gòu)的測試框架，不能對RFID系統(tǒng)從研制、生產(chǎn)、試驗、使用、維護(hù)及保障等全壽命周期的開發(fā)和管理進(jìn)行規(guī)范和指導(dǎo)，不能深入地分析RFID系統(tǒng)的各種需求，缺乏面向應(yīng)用的測試框架體系。同時，測試標(biāo)準(zhǔn)體系的建立將有利于統(tǒng)一規(guī)劃和督促標(biāo)準(zhǔn)編制工作，有利于盡快推出適合于RFID系統(tǒng)所用的標(biāo)準(zhǔn)，為在研及新研產(chǎn)品提供技術(shù)支撐和保障。

2 RFID測試標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 RFID測試標(biāo)準(zhǔn)

目前，國際上主要有IC31和IC17兩個委員會分別制定的識別卡以及自動識別方面的相關(guān)測試方法的標(biāo)準(zhǔn)，主要以18046-1和18046-2標(biāo)準(zhǔn)為主，面向的對象是RFID設(shè)備性能測試方法；18047是針對18000空中接口協(xié)議所進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)符合性測試方法的標(biāo)準(zhǔn)，目前已針對各個不同頻段的空中接口，制訂了相應(yīng)的符合性測試方法。

在國內(nèi)，工業(yè)和信息化部成立的電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)工作組也已開展RFID標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，在測試標(biāo)準(zhǔn)方面，主要是識別卡測試方法，也就是我們知道的GDT 17554系列標(biāo)準(zhǔn)，第一部分是一般性測試方法，正在研究與制定的RFID測試方法標(biāo)準(zhǔn)，包括接近式卡測試方法，針對RFID的一系列標(biāo)準(zhǔn)，主要包括空中接口符合性標(biāo)準(zhǔn)、實時定位標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，這些都有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)計劃，并按照計劃穩(wěn)步推進(jìn)。

可見，已有的RFID測試標(biāo)準(zhǔn)都是單項的，針對的是某個具體的測試對象或某個測試過程，缺乏測試的全局性，即未考慮系統(tǒng)的連貫性和業(yè)務(wù)性，于是，具有導(dǎo)向作用的RFID系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)體系的建立至關(guān)重要！

2.2 RFID測試技術(shù)

每一個RFID通信系統(tǒng)都必須通過監(jiān)管要求并符合所用的標(biāo)準(zhǔn)，對于RFID通信系統(tǒng)的設(shè)計師所面臨的測試挑戰(zhàn)為監(jiān)管測試、標(biāo)準(zhǔn)一致性測試和優(yōu)化。RFID技術(shù)有幾種特殊的工程測試挑戰(zhàn)，例如：瞬時信號、帶寬效率低的調(diào)制技術(shù)和反向散射數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的掃頻調(diào)諧頻譜分析儀、矢量信號分析儀和示波器已被用于無線數(shù)據(jù)鏈路的開發(fā)。然而，這些工具用于RFID測試時都存在一些缺點：掃頻調(diào)諧頻譜分析儀難以準(zhǔn)確地捕獲和刻畫瞬時RF信號；矢量信號分析儀實際上不支持頻譜效率低的RFID調(diào)制技術(shù)及特殊解碼要求；快速示波器的測量動態(tài)范圍小，不具備調(diào)制和解碼功能。由此可見，現(xiàn)階段RFID測試環(huán)節(jié)還停留在單純用工具測試產(chǎn)品或某一環(huán)節(jié)的系統(tǒng)，沒有形成系統(tǒng)的測試思想，整體的測試?yán)砟?，統(tǒng)一的測試規(guī)劃，不利于測試技術(shù)的發(fā)展和RFID系統(tǒng)的優(yōu)化。

3 RFID系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)體系

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定情況，以及實際應(yīng)用的需求，目前把測試方法、測試技術(shù)分為三大類：設(shè)備類，主要是前端的標(biāo)簽和讀寫器的物理特性測試等；空中接口符合性測試；RFID應(yīng)用系統(tǒng)互操作性測試。從這個層面上來講，凡采用RFID系統(tǒng)的廣度分析和分類測試原則，針對RFID系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲中所關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)都將被納入到測試的方案中。這樣看來的確是對RFID系統(tǒng)最全面的測試技術(shù)，但是，我們是否忽略了RFID系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)的差異點：計算機(jī)系統(tǒng)每個部件雖然型號不同但對外的接口標(biāo)準(zhǔn)都一致，而RFID系統(tǒng)是面對不同的頻段，不同頻段特有的設(shè)備、種類繁多的應(yīng)用，不同應(yīng)用中的數(shù)據(jù)處理過程，不同的接口等，這些都說明RFID的測試不能簡單地針對獨立的產(chǎn)品測試，那種測試形式可以作為產(chǎn)品出廠時候的合格驗證，當(dāng)放入系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)把業(yè)務(wù)流的因素整合進(jìn)去，體現(xiàn)系統(tǒng)的連貫性和統(tǒng)一性。于是本文首先建立了標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新和測試標(biāo)準(zhǔn)的制定（SITSE：Standard Innovation&Testing Standard Establishment）模型，規(guī)范測試標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)形成過程，在根據(jù)SITSE模型建立指標(biāo)原則的基礎(chǔ)上，提出了三維的測試標(biāo)準(zhǔn)體系，分別從廣度、深度和分等級三方面建立RFID測試標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.1 SITSE模型測試體系框架

技術(shù)決定標(biāo)準(zhǔn)，測試標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，測試標(biāo)準(zhǔn)就像一個標(biāo)尺，衡量著標(biāo)準(zhǔn)可實施性的強弱和測試項目的準(zhǔn)確度，檢測著系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)性能。無論是對即將上線的系統(tǒng)還是已運行的系統(tǒng)，測試標(biāo)準(zhǔn)都將起到至關(guān)重要的作用，它將不合格的被測系統(tǒng)發(fā)掘出來，消除任何隱蔽的安全隱患。

那么，如何保障測試標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)的一致性，如何規(guī)范測試標(biāo)準(zhǔn)的制定，如何確保測試標(biāo)準(zhǔn)的時效性，SITSE模型就將完成這個使命，用于支撐測試標(biāo)準(zhǔn)革新之后，測試標(biāo)準(zhǔn)如何調(diào)整測試策略，并保持與標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)一致和目標(biāo)統(tǒng)一，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展策略，如圖1所示。

該模型有4種輸入：新技術(shù)需求、新應(yīng)用需求、國外測試項需求和國內(nèi)測試項需求。新技術(shù)需求是指RFID系統(tǒng)對新技術(shù)的追蹤，實現(xiàn)高效測試；新應(yīng)用需求是指RFID系統(tǒng)對新應(yīng)用的不斷追求，實現(xiàn)全能測試；國外測試項目需求是指國外對RFID系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定，實時把握前沿測試項；國內(nèi)測試項需求是指依據(jù)國內(nèi)RFID系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，抓住實際的測試要求。

SITSE模型有3種輸出：專利新技術(shù)、新測試標(biāo)準(zhǔn)和新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。專利新技術(shù)是在新技術(shù)和新應(yīng)用的推動下，是測試標(biāo)準(zhǔn)的升級和創(chuàng)新；新測試標(biāo)準(zhǔn)是在滿足新技術(shù)和新應(yīng)用的條件下，新一輪的測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是在新測試標(biāo)準(zhǔn)的帶動下，挖掘出有價值、實用的新技術(shù)，將其列入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中。

此模型框架就是針對4種輸入項的分析和研究，同時通過實踐和應(yīng)用驗證研究結(jié)果，根據(jù)不同的研究走向，最后輸出3個項目，框架中的箭頭并不代表方向，而是代表數(shù)據(jù)流，由此框架圖可以看出，SITSE模型提出了一整套方法，將系統(tǒng)中的技術(shù)創(chuàng)新和測試標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系在一起，并進(jìn)行了概括和抽象。使用這個模型可以幫助我們快速地建立起標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新和測試標(biāo)準(zhǔn)制定體系，這樣一個體系能夠建立起有利于創(chuàng)新的溫床，且適用于各種應(yīng)用系統(tǒng)，培育出更多的新技術(shù)和新測試標(biāo)準(zhǔn)，同時帶動新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，達(dá)到良性循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展道路：擁有大量的自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

但需要注意的是，SITSE模型只是一種方法，再好的方法也需要人來執(zhí)行，由制度來保障。因此，在模型的實際運用中，還需要很多外部資源和相關(guān)的措施。

在SITSE模型的基礎(chǔ)上，便可以根據(jù)此模型的指導(dǎo)，逐步分析、提出測試指標(biāo)，為建立合適的指標(biāo)提供理論原則支撐，使測試指標(biāo)具有可追溯性，滿足標(biāo)準(zhǔn)制定的嚴(yán)謹(jǐn)過程。

3.2 三維RFID測試標(biāo)準(zhǔn)體系

依據(jù)SITSE模型原則，設(shè)計出三維RFID測試標(biāo)準(zhǔn)體系，使本體系結(jié)構(gòu)不脫離本質(zhì)和應(yīng)用，理解測試標(biāo)準(zhǔn)體系的形成過程，保障整個流程都有理可據(jù)，不失科學(xué)性和可追溯性。

圖2所示為三維RFID測試標(biāo)準(zhǔn)體系，從3個維度剖析RFID測試 ，盡量使此測試標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面廣和通用性強。這3個維度分別是通用測評G、應(yīng)用A和等級L。其中，通用測評G主要包括功能測試、性能測試、質(zhì)量測試和安全測試；應(yīng)用A主要包括證照防偽、智能交通系統(tǒng)、物流領(lǐng)域、電子支付和資產(chǎn)追蹤管理；等級L分為一級到五級不同層次。

通用測評（General Assessment）的旨意是針對基礎(chǔ)的測評項目而展開，所有的應(yīng)用測評（Application Assessment）和等級測評（Level Assessment）都是以通用測評G為基礎(chǔ)點，按照需求，逐級擴(kuò)展。所以通用測評G是基石，是建設(shè)好整個測評體系的關(guān)鍵點，于是，參照國際、國內(nèi)RFID測試技術(shù)發(fā)展的動向，RFID測試技術(shù)將由功能測試向性能測試發(fā)展。所以在本論文研究中將RFID測試標(biāo)準(zhǔn)分為四大模塊：功能測試、性能測試、質(zhì)量測試和安全性測試。

功能測試參照OSI模型，從物理層面、數(shù)據(jù)鏈路層面、網(wǎng)絡(luò)層面和應(yīng)用層面對RFID系統(tǒng)的功能進(jìn)行測試，物理層面包括通信接口、物理特性、環(huán)境適應(yīng)性和天線設(shè)備等；數(shù)據(jù)鏈路層面包括調(diào)制方式、傳輸速率和接收/發(fā)送功率等；網(wǎng)絡(luò)層面包括傳輸協(xié)議、代碼協(xié)議和防碰撞等；應(yīng)用層面包括中間件、應(yīng)用軟件功能測試等。

性能測試（這方面可以參照有關(guān)集成電路裸片的測試方法）主要針對封裝的標(biāo)簽，采用ISO/IEC 18046進(jìn)行測試。ISO/IEC 18046定義了射頻識別設(shè)備的性能檢測方法，包括兩個方面的檢測內(nèi)容：1）標(biāo)簽性能檢測，如標(biāo)簽檢測參數(shù)、檢測速度、標(biāo)簽形狀、標(biāo)簽檢測方向、單個標(biāo)簽檢測及多個標(biāo)簽檢測；2）識讀器性能檢測，如識讀范圍、識讀率、單個及多個標(biāo)簽識讀。

在質(zhì)量測試中，針對非接觸卡或塑料封裝（采用英類或模塊），首先采用ISO 10373等測試非接觸卡的方法進(jìn)行測試：一致性測試，是在同一個生產(chǎn)批次中所有標(biāo)簽的一致性（電性能、封裝質(zhì)量，可參照集成電路測試方法）；標(biāo)簽與讀寫器（這個系統(tǒng)的一致性），也就是符合某標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽要能夠被符合相同標(biāo)準(zhǔn)的讀寫器讀寫。其次就是參照ISO 18047進(jìn)行，ISO/IEC 18047對確定射頻識別設(shè)備（標(biāo)簽和識讀器）一致性的方法進(jìn)行定義。

安全測試包括正面的風(fēng)險評估和壓力測試。風(fēng)險評估能積極地發(fā)現(xiàn)當(dāng)前RFID系統(tǒng)的風(fēng)險狀態(tài)，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，不斷改進(jìn)，有效地控制風(fēng)險，所以，風(fēng)險評估能夠發(fā)現(xiàn)RFID系統(tǒng)中存在的物理安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全等弱點，主動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏洞，增強系統(tǒng)抗抵賴能力；壓力測試從攻擊者的角度出發(fā)，產(chǎn)生各種攻擊手段，驗證系統(tǒng)的冗余度，檢查系統(tǒng)的安全級別，主要測試內(nèi)容為DDOS、SQL注入等。

應(yīng)用測評A是根據(jù)我國2009年RFID主要應(yīng)用市場的分析結(jié)果，有選擇性地選擇主要RFID應(yīng)用，將有限的資源投入到重點發(fā)展項目中，加快了RFID應(yīng)用發(fā)展。于是主要涉及的應(yīng)用為：

a）證照防偽

證照防偽是目前RFID應(yīng)用最廣、規(guī)模最大的領(lǐng)域，主要包括二代身份證、大型活動電子門票等。有了2007年上海特奧會和2008年奧運會對RFID技術(shù)的成功運用經(jīng)驗，2009年RFID正廣泛地運用到各種票證以及人員的管理中，方便、快捷，如駕駛執(zhí)照、電子車牌、會議門票。

b）智能交通系統(tǒng)

RFID技術(shù)在中國智能交通中應(yīng)用非常廣，成功的應(yīng)用案例包括：國內(nèi)最大的鐵路機(jī)車車號識別系統(tǒng)（已遍及全國18個鐵路局、7萬多公里鐵路線）、各省在實施與運營中的聯(lián)網(wǎng)高速公路不停車收費系統(tǒng)、全國各地數(shù)千個停車場RFID收費系統(tǒng)、公交車站車輛進(jìn)出站管理系統(tǒng)，海關(guān)車輛進(jìn)出檢驗系統(tǒng)，北京市城市汽車環(huán)保檢測RFID環(huán)保信息卡系統(tǒng)（涉及車輛總?cè)萘窟_(dá)300萬輛），還有正在杭州和北京推行的快速公交系統(tǒng)。

c）物流領(lǐng)域

物流是RFID技術(shù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。研究表明，采用RFID技術(shù)的商場或大型超市補充脫銷貨物的效率比普通的高63%。RFID系統(tǒng)可對整個物流過程進(jìn)行監(jiān)控和管理，保證物品在運輸流通中不會被誤送或丟失，降低物流成本，提高運輸?shù)男省?/p>

d）電子支付

目前，電子支付已經(jīng)突破了現(xiàn)金支付的諸多瓶頸，受到人們的廣泛歡迎，發(fā)展迅速。電子支付用RFID的應(yīng)用已經(jīng)涉及交通卡、校園卡和計量儀表（水、電、煤氣等）等與大眾生活息息相關(guān)的領(lǐng)域。

e）資產(chǎn)追蹤管理

將RFID系統(tǒng)用于固定資產(chǎn)或倉庫貨物管理，可以有效地解決資產(chǎn)的盤點、維修以及貨物流向等相關(guān)信息管理，監(jiān)控貨物信息，實時了解產(chǎn)品情況，自動識別貨物，確定貨物的位置等，如RFID圖書館應(yīng)用管理系統(tǒng)。

等級測評L主要分為五個級別，劃分的原則是依據(jù)測試對象的重要程度和測試對象被破壞后的嚴(yán)重程度，一般分為不嚴(yán)重，輕微嚴(yán)重，嚴(yán)重，很嚴(yán)重和非常嚴(yán)重。表1為定級和各要素之間的關(guān)系，其中N/A表示沒有符合項。

表1 測試定級矩陣表

由表1可見，一般行業(yè)不涉及最高等級，秘密行業(yè)不涉及最低等級，重要行業(yè)主要處理的是中間等級的對象。根據(jù)表1的矩陣圖，我們就可以根據(jù)測試對象的重要程度和測試對象破壞后的嚴(yán)重程度來定級。

在分別分析了通用測評、應(yīng)用測評和等級測評后，需將三者合理地結(jié)合和系統(tǒng)地工作。當(dāng)?shù)弥獪y評對象后，根據(jù)測試對象的重要程度和被破壞的嚴(yán)重程度來定級，定級完對象后，應(yīng)針對每個級別的通用測評項來選擇相應(yīng)的測試內(nèi)容，最終完成等級化的測試要求，更具針對性。例如：在一級的時候，可能測評項目就不涉及網(wǎng)絡(luò)層面的功能測試、安全層面的壓力測試和風(fēng)險評估等，在選擇通用測試指標(biāo)的時候就選擇相應(yīng)等級的測試項目。

4 結(jié)束語

在國內(nèi)外測評標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)還處于萌芽階段的時刻，本論文在充分分析RFID測試技術(shù)后，建立SITSE模型框架，明確了測試標(biāo)準(zhǔn)的建立過程和原則，隨后，提出三維RFID測試標(biāo)準(zhǔn)體系，把通用的平面測試升級為三維測試，擴(kuò)大測試內(nèi)容，使每項測試內(nèi)容更加細(xì)致和準(zhǔn)確。本課題的測試體系結(jié)構(gòu)為RFID測試領(lǐng)域提供了系統(tǒng)化的測試總結(jié)和分類化的測試指導(dǎo)，同時具有可擴(kuò)充性，使RFID測試過程走向良性的、螺旋上升的發(fā)展道路。

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