實(shí)際且有效的UHF RFID系統評估與測試

本文將探討對于UHF RFID系統應有的期望及目標。首先將檢視目前讀取率的實(shí)際狀況，并介紹因時(shí)間和經(jīng)費限制而造成的各種實(shí)際應用落差。接著(zhù)討論如何選擇正確的標簽型態(tài)，以及實(shí)際且有效的系統評估和測試方法。最后針對如何設定符合實(shí)際效能預期的RFID 系統提供建議。設定正確的期待和目標
許多初次接觸無(wú)線(xiàn)射頻辨識系統（RFID）的使用者，常期待利用此種黏貼于外包裝箱上的低成本被動(dòng)性標簽系統，便能讓會(huì )計盤(pán)點(diǎn)作業(yè)有如神助，并以為只要交易伙伴安裝感應讀取機，包裝上的標簽在任何地方都能輕易地自動(dòng)讀取。但是，當發(fā)現堆滿(mǎn)整個(gè)棧板的一箱箱貨物中，竟然只有少數幾箱的標簽能夠確實(shí)被系統所讀取，這時(shí)，現實(shí)的殘酷如當頭棒喝般，狠狠地將他們從虛幻的美夢(mèng)中敲醒。

在每個(gè)包裝箱上貼上一個(gè)具無(wú)線(xiàn)辨識功能的小標簽，然后將調諧器（亦即讀取器）調至正確頻率，這個(gè)看似簡(jiǎn)單容易的程序，實(shí)際上在智能型標簽讀取時(shí)，會(huì )發(fā)生許多問(wèn)題。

問(wèn)題形成的因素非常多，但是追根究底，最核心的原因皆是如何以極少的電力來(lái)完成大量的工作。與其他所有種類(lèi)的被動(dòng)性標簽一樣，零售業(yè)供應鏈中所使用的智能型被動(dòng)性標簽，本身不供應電源，而是靠讀取器能量來(lái)運作。許多信號源可能遭受微弱信號的干擾，例如：週遭環(huán)境中的射頻干擾、被貼上標簽的產(chǎn)品本身的物理特性，以及在搬運過(guò)程中不小心對標簽產(chǎn)生的損害等等，都很容易造成標簽無(wú)法讀取。

有幾種產(chǎn)品類(lèi)別的可讀性幾乎可達100％。一般來(lái)說(shuō)，這些產(chǎn)品大多是不帶水分、無(wú)金屬物質(zhì)，且密度較低。若需辨識的產(chǎn)品是像衣服或早餐榖片這類(lèi)東西，標簽的讀取就很容易，但絕大多數產(chǎn)品都不太容易讀取。

堆滿(mǎn)于棧板上的貨物，讀取更不容易，因為位置較里面的貨物比較難以讀取。雖然嚴格來(lái)說(shuō)，射頻并非直視性（line of sight）技術(shù)，但其所使用的微弱信號很容易被遮蔽，造成位于貨物堆外側的標簽很容易被讀取，但較里面的標簽卻無(wú)法讀取。 100％標簽讀取率不切實(shí)際
許多曾建置過(guò) RFID 系統的使用者都體認到，以目前的技術(shù)成熟度，期望所有的讀取點(diǎn)皆達到100％標簽讀取率并不切實(shí)際。然而，若要求標簽至少被整個(gè)系統里的某個(gè)讀取點(diǎn)成功讀取，則是較合理的期盼，因為供應鏈里一般會(huì )有數個(gè)讀取點(diǎn)。下列為一些可能的讀取點(diǎn)位置： 制造廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn) 制造廠(chǎng)出貨碼頭 經(jīng)銷(xiāo)商進(jìn)貨碼頭及出貨碼頭 零售業(yè)者物流中心（DC；Distribution Center） 零售店進(jìn)貨碼頭 零售店庫房出口點(diǎn) 零售業(yè)者紙箱壓縮機

一個(gè)「射頻特性較弱」的產(chǎn)品在單一讀取點(diǎn)或許只有50％左右的讀取率，但是根據機率原則，在一個(gè)前后具備5個(gè)讀取點(diǎn)的系統中，產(chǎn)品至少被讀取一次，讀取率就高達97％（大約每33個(gè)產(chǎn)品中，有一個(gè)產(chǎn)品未被讀?。?。

下表為增加標簽可讀性或是增加讀取點(diǎn)數目后所得的結果，只要將單一讀取點(diǎn)的讀取成功率由50％增至60％，五個(gè)讀取點(diǎn)的讀取成功率可高達99％（100個(gè)產(chǎn)品中1個(gè)讀不到）。若將讀取成功率增加到90％，那么五個(gè)讀取點(diǎn)就可以達成理想目標，也就是所謂的五個(gè)9的效能等級— 99.999％（100,000個(gè)產(chǎn)品中，只有1個(gè)讀不到）。
　

讀取點(diǎn)數目 系統讀取機率1 40％ 50％ 60％ 70％ 80％ 90％2 64.000％ 75.000％ 84.000％ 91.000％ 96.000％ 99.000％3 78.400％ 87.500％ 93.600％ 97.300％ 99.200％ 99.900％4 87.040％ 93.750％ 97.440％ 99.190％ 99.840％ 99.990％5 92.224％ 96.875％ 98.976％ 99.757％ 99.968％ 99.999％6 95.334％ 98.438％ 99.590％ 99.927％ 99.994％ 100.000％7 97.201％ 99.219％ 99.836％ 99.978％ 99.999％ 100.000％8 98.320％ 99.609％ 99.934％ 99.993％ 100.000％ 100.000％9 98.992％ 99.805％ 99.974％ 99.998％ 100.000％ 100.000％10 99.395％ 99.902％ 99.990％ 99.999％ 100.000％ 100.000％

表：RFID讀取點(diǎn)數目與系統讀取機率對照
　

首先，必須探討的是如何提高系統整體效能。此問(wèn)題有許多解決方法，包括：使用感應度更高的標籤，採用更強的天線(xiàn)以升級偵測區域，以及增加新的偵測區域以便在不同讀取點(diǎn)進(jìn)行讀取。事實(shí)上選擇方案不勝枚舉，而決定的關(guān)鍵在于必須適合各組織及既定目標。

值得注意的是，出口至其它國家的貨物，在當地可能會(huì )由不同頻率的偵測器進(jìn)行讀取。舉例來(lái)說(shuō)，歐洲地區使用的頻率約在860 MHZ，北美洲是915 MHZ，而日本是960 MHZ，如果可行，應在不同頻率范圍下量測標簽效能。採用國際型標籤，例如德州儀器Gen2裸晶黏接型或卷帶型標簽等，就可以解決貨物須跨越國界的問(wèn)題。

如果希望節省時(shí)間和金錢(qián)，最快的方法可能是採購品質(zhì)較佳的電子標簽。如果不在乎開(kāi)發(fā)時(shí)間長(cháng)短，而是考量投資成本，可以考慮目前所安裝系統以外的選擇，以提升系統效能，透過(guò)天線(xiàn)升級，或增加企業(yè)軟件智能型功能，來(lái)達到更好的讀取效能。當然，最后決定仍取決于何者符合終端使用者的目標。

建立效能基準線(xiàn)
如果某家公司決定升級至Gen2或轉換不同的標簽，不妨假設該公司已有一套運作中的系統。清楚了解既有系統效能非常重要，因此，第一步是建立一個(gè)比較用的基準線(xiàn)。

首先，找出一些現行流程中幾個(gè)重要的參數，例如完成某項任務(wù)所需的時(shí)間、讀取率、偵測區域效率，或者所需要的人力介入等等。接著(zhù)，在一段時(shí)間內量測這些因素，以充分瞭解流程。建立正確量測值后，就可以用此新的基準線(xiàn)對已升級流程進(jìn)行比較，或是展示改良后的流程，或針對可能出現種種問(wèn)題提出變通的解決方法。 新標簽的效能分析
建立比較基準線(xiàn)后，便可以開(kāi)始量測新系統的效能，分析它究竟有沒(méi)有超越由原系統所設下的效能比較基準，以及是否符合使用者的期望和目標。

一個(gè)較好的方法是以新系統效能來(lái)建立可量測的現行測量標準，如此可將這些新的測量標準與舊系統進(jìn)行比較，以確定改變是否對效能產(chǎn)生明顯影響。如果是安裝全新的系統，應該盡快依上述步驟建立一個(gè)比較基準線(xiàn)。

要成功量測改變的最好方式，就是瞭解新引入的各種變動(dòng)因子（即新的標簽、新的天線(xiàn)及新的系統） 如何影響系統整體效能。 根據需要選擇最合適工具（標簽）
零售供應商必須確保其標簽的可讀取性。單靠在自由空氣中及無(wú)反射實(shí)驗室（anechoic chamber） 內比較標簽效能的一般性測試，不足以應付射頻特性較弱之產(chǎn)品的一致性讀取需求。事實(shí)上，真正應該進(jìn)行的是現行特定應用的測試實(shí)驗。每個(gè)供應商的標簽需求都不同，須視其產(chǎn)品種類(lèi)和流程而定。以下只是少數的幾種變項： 產(chǎn)品材質(zhì)及密度 主要包裝材料 次要包裝材料 標簽粘貼位置可能受自動(dòng)化設備所限制 棧板大小以及箱子數量

顯然，大部分的使用者一定不愿意針對其產(chǎn)品所提供的各種智能型標簽進(jìn)行測試，這太花時(shí)間，也不合乎經(jīng)濟效益。有一些自然因素可幫助測試者直接縮小測試范圍：

優(yōu)選的供應商 可用的標簽大小或外觀(guān)限制 效能量測標準的確認—標簽
什么樣的效能才稱(chēng)得上是「夠好的」呢? 此問(wèn)題在能夠收集更多實(shí)驗資料，及主要零售商完成更縝密的商業(yè)分析之前，并無(wú)法回答?，F階段來(lái)說(shuō)，應該思考的問(wèn)題是，「如何去量測效能，而哪些效能參數才是最重要的?」一旦定義量測標準，就可以使用統計及可行之理論確定最低的效能標準。

大多數的效能量測資料及比較性測試都著(zhù)重標簽讀取。但是，除非這些標簽在還未購買(mǎi)之前就已經(jīng)預先被設定好了，否則，標簽也需要被寫(xiě)入。對于自動(dòng)化且高速的生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，寫(xiě)入速度也是非常重要。如果Gen2的標準寫(xiě)入模式（每次寫(xiě)入1個(gè)區塊，也就是16個(gè)位元） 無(wú)法滿(mǎn)足速度上的要求，可能需要采用支援一次寫(xiě)入，或刪除多個(gè)區塊的進(jìn)階模式標簽。這種方式比標準模式來(lái)得更有效率。

所測試的標簽數量必須要夠多，實(shí)驗數據才具有統計意義，這個(gè)觀(guān)念非常重要。如果只測試少數幾個(gè)樣本，所得的數據資料可能不足以用來(lái)判斷生產(chǎn)效能。雖然究竟多少樣本數量才具「統計顯著(zhù)性」仍有爭論，但是原則上可以從20到30個(gè)標簽來(lái)著(zhù)手。如果時(shí)間和資源皆允許，測試數百個(gè)樣本所得的實(shí)驗度量數據，將能提供更精準的一致性及效能范圍，此外，對于不同的生產(chǎn)批別進(jìn)行標簽測試，有助于取得一致性的測量值。復雜的測試還包含實(shí)驗方法論設計，不在本文的討論范疇內。

測試實(shí)驗的另一項實(shí)務(wù)考量，是在一般真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行測試實(shí)驗。雖然協(xié)力廠(chǎng)商的比較實(shí)驗具有一定的參考價(jià)值，也可當做第一道效能估計的依據，但是畢竟，真正的智能型標簽是用在真實(shí)世界的復雜環(huán)境里，而非各種隔離和控制的單純實(shí)驗室。真實(shí)的倉庫和零售店面存在多個(gè)射頻干擾源，多種金屬材質(zhì)結構，以及其他更多無(wú)法預測的獨特建筑配置。如果實(shí)在無(wú)法在實(shí)際的使用環(huán)境里進(jìn)行測試，建議可嘗試尋找一個(gè)現實(shí)倉庫中設置實(shí)驗室。靜態(tài)測試
靜態(tài)測試是所有測試方法中，最簡(jiǎn)單，最容易復制，且最好比較的測試方法。簡(jiǎn)單地說(shuō)，標簽是靜止于自由空氣中時(shí)，以一讀取器和一個(gè)單一天線(xiàn)來(lái)測試，其可能在中性射頻材料之上，或于實(shí)際的產(chǎn)品上。一般說(shuō)來(lái)，實(shí)驗目標是企圖判定產(chǎn)品上的最佳位置，或者求出特定標簽/產(chǎn)品組合中之可讀取范圍及靈敏性。

某些制造商及獨立實(shí)驗室聲稱(chēng)其所做的實(shí)驗顯示X型標簽在30英尺遠的地方就可以讀取得到。這聽(tīng)來(lái)雖然極具吸引力，但是其可靠性仍需要進(jìn)一步的驗證。一般的出入口區域在4 MPH的狀況下可讀取區域寬度為10英尺（與讀取點(diǎn)相距5英尺），至600 FPM的情況下可讀取區域寬度為3英尺（距讀取點(diǎn)1.5英尺），而這兩個(gè)極端之間的任何值都有可能出現。如果這些可讀取區域緊緊相鄰，一個(gè)強度高的標簽可能會(huì )形成不正確的讀取，而造成系統混亂。因此，標簽的選擇顯得格外重要，必須選擇符合可讀取區域特性的標簽。

靜態(tài)測試方法如下表：
　 測試類(lèi)型 簡(jiǎn)單說(shuō)明 量測標準 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)可讀取距離 標簽放置于一個(gè)大型房間里的自由空氣中，或者室外，并漸漸地向讀取天線(xiàn)移進(jìn)，以找出可讀取的最遠距離。 最大寫(xiě)入/讀取范圍和距離（英尺或公尺）
　 非專(zhuān)業(yè)人士容易理解量測標準

無(wú)須任何特制的實(shí)驗儀器或特別的環(huán)境架設

　

高度依賴(lài)環(huán)境及儀器

不同情境之實(shí)驗結果無(wú)法直接進(jìn)行比較

標簽靈敏性 通常在無(wú)反射波實(shí)驗室中進(jìn)行，以阻隔外界射頻干擾。漸漸地將讀取器的功率降低，以找出標簽可被讀取/寫(xiě)入的最低功率值。 最低功率（dBm 或 瓦） 嚴謹的實(shí)驗控制，而不同的實(shí)驗可以相互做比較

能建立可讀取距離之關(guān)聯(lián)性

需要特別之儀器以及專(zhuān)業(yè)的知識和技能甜蜜點(diǎn)（sweet spot）

　 測試 將產(chǎn)品靜止地放置，然后將標簽于產(chǎn)品各處不同位置移動(dòng)，以找出產(chǎn)品上最佳的標簽粘貼位置。 數種方法 可對于射頻特性較弱之產(chǎn)品提供寶貴的分析資料

可以手動(dòng)或自動(dòng)化操作

如果要對眾多的產(chǎn)品及智能標簽進(jìn)行實(shí)驗，會(huì )非常耗時(shí)動(dòng)態(tài)測試
動(dòng)態(tài)測試必須讓貼有標簽的產(chǎn)品移動(dòng)，增加了實(shí)驗的困難度。但這是一項很有效的實(shí)驗方式，因為使用者可找出一套較符合于真實(shí)世界產(chǎn)品標簽使用效能的量測標準，亦是評估何種標簽最適合本身使用的準確方式。

動(dòng)態(tài)測試方法如下表：
　 測試類(lèi)型 簡(jiǎn)單說(shuō)明 量測標準 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)傳送帶測試 貼上標簽之產(chǎn)品放置在速度快至 650 英尺/分鐘（3.3 公尺/秒） 的傳送帶上（通常為一傳送環(huán)鏈），并通過(guò)具備3 至 4 條天線(xiàn)的讀取器出入口 每次通過(guò)能讀取幾次

成功率*

實(shí)驗結果可直接運用在實(shí)際的系統應用

可以同時(shí)對數個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行測試

不同狀況下的實(shí)驗結果無(wú)法直接比較出入口棧板測試
　 一個(gè)堆滿(mǎn)產(chǎn)品的棧板通過(guò)具備 2 至 8 條天線(xiàn)的出入口 每次通過(guò)能讀取幾次

成功率*

實(shí)驗結果可直接運用在實(shí)際的系統應用 不同狀況下的實(shí)驗結果無(wú)法直接比較

需要許多產(chǎn)品及標簽

熱縮式包膜塔或轉盤(pán)測試 一個(gè)堆滿(mǎn)產(chǎn)品的棧板被放置在一個(gè)轉盤(pán)上旋轉，并施以包膜熱縮處理準備進(jìn)行貨運。這是產(chǎn)品運送過(guò)程中相當常見(jiàn)的步驟，也是點(diǎn)算產(chǎn)品的好時(shí)機。 成功率* 實(shí)驗結果可直接運用在實(shí)際的系統應用 不同狀況下的實(shí)驗結果無(wú)法直接比較

需要許多產(chǎn)品及標簽

註：讀取成功率－通過(guò)出入口時(shí)，至少具備一次成功讀取的次數。
　

動(dòng)態(tài)的測試需要較昂貴之測試儀器，且儀器一般放置在很大的區域之中，通常是利用獨立的測試實(shí)驗機構，提供所需的儀器及專(zhuān)業(yè)技能服務(wù)。

標簽危險注意事項
標簽的不當使用和操作，可能會(huì )造成系統中的許多問(wèn)題。標簽如同其他的電子元件，應小心翼翼地使用。在裝卸過(guò)程中，員工如果亂丟擲標簽盒，可能會(huì )讓公司損失10％的可用標簽庫存，標簽在尚未粘貼至產(chǎn)品前最為脆弱，公司員工也是在此時(shí)進(jìn)行使用操作。維持標簽完整性最好的方法，就是確保經(jīng)手標簽的員工皆受過(guò)訓練且非常小心。

另外，必須經(jīng)常對會(huì )接觸到產(chǎn)品及標簽的儀器進(jìn)行適當維修。許多的紙箱夾鉗及電器夾鉗都有塑膠墊，長(cháng)期使用后，墊子會(huì )老化，表面出現裂縫而形成產(chǎn)品上的「夾損點(diǎn)」，對標簽產(chǎn)生損害。要確保這些儀器具有足夠壓力以固定產(chǎn)品，但也須配合良好的靈敏性，因為對產(chǎn)品所施加的壓力越大，對產(chǎn)品或產(chǎn)品上的標簽造成傷害的機會(huì )就越大。

確保貨物運送者確實(shí)遵守貨物操作運送過(guò)程的指示和規定也很重要。一個(gè)不遵守指示和規定的貨物運送者很有可能會(huì )傷害到標簽，無(wú)論是碰撞擠壓、刮傷或受潮等等，都會(huì )對標簽造成損害。

對于可能會(huì )遭到較粗暴處理的產(chǎn)品，使用者在設計過(guò)程應考慮是否使用耐用度較高之標簽。目前有專(zhuān)門(mén)實(shí)驗室在做這類(lèi)型的測試，企業(yè)本身若具備適當的時(shí)間和設備，部分的測試也可自行進(jìn)行。結論
雖然有些使用者一開(kāi)始會(huì )抱著(zhù)錯誤的期待，但是經(jīng)過(guò)適當的測試和驗證，所有的企業(yè)都能找到最適合本身使用條件和目標的RFID標簽。

用以區分過(guò)高的期待和實(shí)際情況的關(guān)鍵方法有： 真實(shí)環(huán)境中之實(shí)務(wù)測試 接近真實(shí)使用狀況的測試方法 與實(shí)際應用相關(guān)的測量
　

系統整體效能，比個(gè)別標簽的強度和靈敏性來(lái)得更重要，系統能在越多讀取點(diǎn)成功讀取標簽中資料越好。資訊系統設計完善，搭配優(yōu)秀的產(chǎn)品標簽粘貼技術(shù)，可確保極佳的可讀性，并發(fā)揮RFID系統對企業(yè)的真正價(jià)值。成功的關(guān)鍵，在于能否找到一個(gè)優(yōu)良的解決方案供應商，根據其經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識，幫助企業(yè)進(jìn)行測試及評估。在此過(guò)程中，如果與整合供應商密切合作，可以讓過(guò)程更快速、更順利。

每家企業(yè)都是獨一無(wú)二的，應根據本身目標及需求，選擇一套最合適的系統，以達成自身目標，發(fā)揮系統最大價(jià)值。