李 東

（襄陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，襄陽(yáng)441021）

基于VXI總線的RFID空中接口協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 東

（襄陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，襄陽(yáng)441021）

RFID測(cè)試技術(shù)對(duì)加速RFID技術(shù)的普及與推廣起著關(guān)鍵作用，而RFID空中接口協(xié)議的一致性測(cè)試是RFID測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。根據(jù)RFID空中接口的相關(guān)要求，提出了RFID空中接口協(xié)議一致性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的完整硬件框架，系統(tǒng)的頻譜分析儀RSA3308A和信號(hào)發(fā)生器E4438C都通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)連接方式連接起來(lái)，并支持VXI－11 Rev.1.0協(xié)議規(guī)范。對(duì)軟件模塊中的系統(tǒng)功能和應(yīng)用功能分別進(jìn)行了分析。最終開(kāi)發(fā)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，成功應(yīng)用于多款讀寫(xiě)器和標(biāo)簽的空中接口協(xié)議一致性測(cè)試，并通過(guò)手動(dòng)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了自動(dòng)測(cè)試方法的正確性。

RFID無(wú)線射頻識(shí)別；空中接口；VXI總線；協(xié)議一致性；自動(dòng)測(cè)試；架構(gòu)

1 引 言

RFID技術(shù)逐步融入日常生活的方方面面，協(xié)議一致性測(cè)試的范圍也越來(lái)越廣，測(cè)試條目逐漸增加，測(cè)試工作量也會(huì)不斷增大。開(kāi)發(fā)RFID協(xié)議一致性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于提高測(cè)試效率、節(jié)約測(cè)試成本等具有重要意義。本文設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)RFID空中接口協(xié)議一致性的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有開(kāi)放的接口，通用的測(cè)試方法，簡(jiǎn)單的操作流程以及可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

2 相關(guān)概念

RFID空中接口，指的是RFID設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳遞和對(duì)話過(guò)程。其中RFID設(shè)備包括讀寫(xiě)器和標(biāo)簽，所以將空中接口說(shuō)得更通俗一點(diǎn)就是讀寫(xiě)器和標(biāo)簽之間的對(duì)話方式和無(wú)線信息傳遞過(guò)程［1］。

空中接口協(xié)議的一致性指的是讀寫(xiě)器和標(biāo)簽等RFID設(shè)備的通信方式和通信過(guò)程是否符合協(xié)議當(dāng)中的規(guī)范［2］。ISO/IEC 18000－6C協(xié)議給出了860MHz到960MHz頻段的RFID 設(shè)備空中通信規(guī)范，ISO/IEC18047－6C協(xié)議規(guī)定了RFID設(shè)備空中通信的測(cè)試方法規(guī)范，系統(tǒng)是對(duì)860MHz到960MHz頻段的RFID設(shè)備的空中通信過(guò)程進(jìn)行測(cè)試。基于以上兩個(gè)協(xié)議，可以總結(jié)得到RFID空中接口協(xié)議一致性的測(cè)試環(huán)境、測(cè)試方法、測(cè)試步驟和測(cè)試結(jié)果分析方法等。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

RFID空中接口協(xié)議一致性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)首先決定于選取的數(shù)據(jù)傳輸總線技術(shù)。VXI總線是計(jì)算機(jī)操縱的模塊化自動(dòng)儀器系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，它依靠有效的標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊化方式，實(shí)現(xiàn)了系列化、通用化，以及VXI總線儀器的互換性和互操作性［3］。VXI總線儀器和系統(tǒng)已為世人普遍接受，并已成為自動(dòng)儀器系統(tǒng)發(fā)展的主流［4］。

基于VXI總線接口協(xié)議規(guī)范文件VXI－11 Rev.1.0（TCP/IP儀器協(xié)議規(guī)范）［5］，RFID空中接口協(xié)議一致性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)組成包括被測(cè)試對(duì)象、可程控儀器和連接方式幾個(gè)方面，圖1給出了系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖［6］。首先，被測(cè)試對(duì)象標(biāo)簽或者讀寫(xiě)器不用選擇，連接方式?jīng)Q定于用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。本系統(tǒng)中，由于需要在不同的服務(wù)器上對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行操控，所以選擇以太網(wǎng)絡(luò)連接的方式，而且相對(duì)于其它幾種連接方式，以太網(wǎng)連接的速度是最快的?？沙炭貎x器主要是指用于分析信號(hào)的頻譜分析儀和用于產(chǎn)生仿真讀寫(xiě)器信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器。系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖中頻譜分析儀RSA3308A和信號(hào)發(fā)生器E4438C都通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)連接方式連接起來(lái)，并與控制計(jì)算機(jī)相連，二者均需要支持VXI－11 Rev.1.0協(xié)議規(guī)范。

圖1 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)圖

RFID空中接口協(xié)議一致性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的首要關(guān)鍵問(wèn)題是讓可程控設(shè)備能夠讀懂用戶通過(guò)上位機(jī)傳輸?shù)闹噶钫Z(yǔ)句，而上位機(jī)和程控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的協(xié)議解釋過(guò)程，它們之間的對(duì)話方式如圖2所示。

圖2 上位機(jī)和頻譜分析儀連接

上位機(jī)通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的程序界面控制測(cè)試的開(kāi)始和結(jié)束。當(dāng)測(cè)試開(kāi)始之后，應(yīng)用程序發(fā)送一系列指令給底層，這些指令通過(guò)底層的儀器驅(qū)動(dòng)器IO Library傳送給VISA翻譯成標(biāo)準(zhǔn)的VXI規(guī)范語(yǔ)言，通過(guò)TCP/IP傳輸給頻譜分析儀的VXI總線接口。接口總線收到消息之后，會(huì)通過(guò)儀器驅(qū)動(dòng)器通知頻譜儀的分析軟件去操作［7］。如此循環(huán)，完成所有從上位機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的命令語(yǔ)句。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件結(jié)構(gòu)包含三部分，輸入輸出接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)軟件以及應(yīng)用軟件，如圖3所示。

圖3 虛擬儀器的軟件體系結(jié)構(gòu)

RFID測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)的模塊結(jié)構(gòu)大體可以分為三個(gè)層面，自底向上依次為設(shè)備層、測(cè)試層和數(shù)據(jù)層［8］。設(shè)備層主要完成測(cè)試設(shè)備的管理和測(cè)試數(shù)據(jù)的采集，向測(cè)試層提供I/O接口。測(cè)試層主要完成測(cè)試項(xiàng)目的管理和測(cè)試項(xiàng)目的運(yùn)行，向數(shù)據(jù)層提供測(cè)試數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)層主要完成測(cè)試數(shù)據(jù)的處理和分析評(píng)估功能。

在VC環(huán)境下，選擇MFC作為測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件的界面開(kāi)發(fā)工具［9］。根據(jù)ISO－IEC18047－6C對(duì)讀寫(xiě)器和標(biāo)簽參數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，設(shè)定測(cè)試流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。對(duì)于不同的被測(cè)對(duì)象，我們調(diào)用不同的測(cè)試程序模塊，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

5 系統(tǒng)測(cè)試情況總結(jié)

基于VXI總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件VXI－11Rev.1.0，可以設(shè)計(jì)RFID標(biāo)簽協(xié)議一致性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件連接圖如圖5所示。該圖中，利用信號(hào)發(fā)生器充當(dāng)讀寫(xiě)器仿真器，發(fā)送查詢指令信號(hào)，而頻譜分析儀用來(lái)捕獲RFID空中接口信號(hào)，并進(jìn)行相關(guān)的結(jié)果分析。

圖4 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)框圖

圖5 標(biāo)簽測(cè)試硬件連接圖

系統(tǒng)針對(duì)各款讀寫(xiě)器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件，對(duì)歐姆龍和CSL兩款讀寫(xiě)器的協(xié)議一致性參數(shù)進(jìn)行了自動(dòng)測(cè)試，并且對(duì)歐姆龍的若干標(biāo)簽的協(xié)議一致性進(jìn)行了自動(dòng)測(cè)試，得到的結(jié)果與手動(dòng)測(cè)試結(jié)果一致。而且克服了肉眼識(shí)別不了捕獲波形包含標(biāo)簽信號(hào)的缺點(diǎn)。表1是歐姆龍測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)照。

表1 讀寫(xiě)器參數(shù)自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試

通過(guò)表1可以看出，標(biāo)簽參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試相對(duì)于手動(dòng)測(cè)試通過(guò)率要高，這主要是由于標(biāo)簽信號(hào)比較微弱，肉眼無(wú)法分辨造成的。讀寫(xiě)器參數(shù)的測(cè)試對(duì)照結(jié)果相同，這表明自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)不僅提高了測(cè)試速度，還得到了更高的測(cè)試正確率。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)線通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，RFID技術(shù)在全世界范圍內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在我國(guó)，RFID在各個(gè)方面的迅速發(fā)展和應(yīng)用在不久的將來(lái)就會(huì)到來(lái)。RFID空中接口協(xié)議一致性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是RFID測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一個(gè)基礎(chǔ)。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅從根本上清晰給出了測(cè)試的整個(gè)軟件設(shè)計(jì)流程和模塊圖，而且指明了基于虛擬儀器和總線結(jié)構(gòu)的RFID測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法。協(xié)議一致性測(cè)試作為RFID測(cè)試的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在RFID的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，必將發(fā)揮重要的作用。

［1］ E.W.T.Ngai，Karen K.L.Moon，F(xiàn)rederick J.Riggins，Candace Y.Yi.RFID research：An academic literature review（1995－2005）and future research directions［J］.Int.J.Production Economics 112（2008）：510－520.

［2］ Xiaolin Jia，Quanyuan Feng，Chengzhen Ma.An Efficient Anti－Collision Protocol for RFID Tag Identification［J］.IEEE Communications Letters，November2010，14（11）：1014－1016.

［3］ Thomas F.La Porta，Gaia Maselli.Chiara Petrioli Anticollision Protocols for Single－Reader RFID Systems：Temporal Analysis and Optimization［J］.IEEE Transactions on mobile computing，2011，10（2）：267－279.

［4］ Dheeraj K.Klair，Kwan－Wu Chin，Raad Raad.A Survey and Tutorial of RFID Anti－Collision Protocols［J］.IEEE Communications Surveys＆Tutorials，2010，12（3）：400－421.

［5］ Leite Bruno，Mota André.A Comparison between LAN and GPIB Instrument Interfaces in aAutomated Test System［J］.ICEMI，2007（1）：761－762.

［6］ Thomas F.La Porta，F(xiàn)ellow，et al.Anticollision Protocols for Single－Reader RFID Systems：Temporal Analysis and Optimization［J］.IEEE TRANSACTIONS ON MOBILE COMPUTING，2011，10（2）：267－279.

［7］ Yuan－Cheng Lai，Ling－Yen Hsiao.General Binary Tree Protocol for Coping with the Capture Effect in RFID Tag Identification［J］.IEEE Communications Letters，2010，14（3）：209－210.

［8］ Jihoon Choi，Inkyu Lee，Ding－Zhu Du，et al.FTTP：A Fast Tree Traversal Protocol for Efficient Tag Identification in RFID Networks［J］.IEEE Communications Letters，2010，14（8）：713－715.

［9］ Ching－Nung Yang，Yu－Ching Kun，Chih－Yang Chiu，et al.A New Adaptive Query Tree on Resolving RFID Tag Collision［C］.Program for the IEEE International Conference on RFID－Technology and Applications，17－19 June 2010：153－158.

Design of RFID Air Interface Protocol Test System Based on VXIBus System

Li Dong
（Xiangyang Vocational and Technical College，Xiangyang 441021，China）

RFID test technology plays a key role in speeding up the popularization and promotion of RFID technology.The test of RFID air interface protocol is an important part of RFID test technology.According to the relevant requirements of RFID air interface，a complete hardware framework of the test system for RFID automatic air interface protocol conformance is put forward，spectrum analyzer E4438C and signal generator RSA3308A，supporting the VXI－11 rev.1.0 protocol specification，are connected via Ethernet network in parallel connection mode.In this paper，the system function and application function in the software module are analyzed respectively.Ultimately，the automatic test system is successfully used in air interface conformance test for several readers and tags and the correctness is validated bymanual test results.

RFID；Air interface；VXIbus；Protocol Conformance；Automatic Test；Framework

10.3969/j.issn.1002－2279.2015.06.024

TN98

B

1002－2279（2015）06－0090－03

李東（1975－），男，湖北省南漳縣人，碩士研究生，講師，主研方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)/物聯(lián)網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)安全。

2015－01－19