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NFC近距離傳輸方案解析
摘要: 近場通訊(NFC),,又稱近距離無線通訊,,是一種短距離的高頻無線通訊技術,允許電子設備之間進行非接觸式點對點資料傳輸,,在十厘米內,交換資料。
Abstract:
Key words :

2012年伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,,智能手機在廠家、運營商等多方推動下繼續(xù)快速發(fā)展。智能手機的硬件技術在過去的一年中有了質的飛躍,,雙核處理器幾乎成為了標配,。在這一領域,ARM架構大行其道,,占據(jù)了壟斷地位,。為了迎擊ARM,Intel公司推出低功耗處理器Atom,,意欲在移動互聯(lián)網(wǎng)上和ARM一較高下,。

 

NFC簡介

 

近場通訊(Near Field Communication,簡稱NFC),,又稱近距離無線通訊,,是一種短距離的高頻無線通訊技術,允許電子設備之間進行非接觸式點對點資料傳輸,,在十厘米(3.9英吋)內,,交換資料。

 

這個技術由免接觸式射頻識別(RFID)演變而來,,并向下兼容RFID,,由于近場通訊具有天然的安全性,因此,,NFC技術被認為在手機支付等領域具有很大的應用前景,。

 

 

 

芯片結構圖
芯片結構圖

NFC工作模式

 

卡模式(Card emulation):這個模式其實就是相當于一張采用RFID技術的IC卡??梢蕴娲F(xiàn)在大量的IC卡(包括信用卡)場合商場刷卡,、公交卡、門禁管制,,車票,,門票等等。此種方式下,,有一個極大的優(yōu)點,,那就是卡片通過非接觸讀卡器的 RF 域來供電,即便是寄主設備(如手機)沒電也可以工作,。

 

點對點模式(P2P mode):這個模式和紅外差不多,,可用于數(shù)據(jù)交換,只是傳輸距離比較短,,傳輸建立速度快很多,,傳輸速度也快些,功耗低(藍牙也類似),。將兩個具備 NFC 功能的設備鏈接,,能實現(xiàn)數(shù)據(jù)點對點傳輸,,如下載音樂,,交換圖片或者同步設備地址薄,。因此通過NFC,多個設備如數(shù)字相機,PDA,,計算機,,手機之間,都可以交換資料或者服務,。

 

讀卡器模式(Reader/writer mode):作為非接觸讀卡器使用,,比如從海報或者展覽信息電子標簽上讀取相關信息。

NFC近距離傳輸方案解析

NFC近距離傳輸方案解析

 

NFC技術在未來的機遇

 

其實現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于NFC的應用,,如移動(電子)票務,,移動/手機支付(前述的google wallet),數(shù)據(jù)共享,。而在未來,,尤其是方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)則賦予了NFC技術更多的前景,比如:

 

 

 

NFC近距離傳輸方案解析

 

 

1. 各種電子標簽識別,,在物聯(lián)網(wǎng)時代,,任何物品都是數(shù)字化的,因此,,很可能具有一個電子標簽,,這個電子標簽可能就是一個RFID tag(類似取代現(xiàn)在的條形碼,但成本高點,,但高不了多少),,只需要將NFC設備(如手機)靠近任何物品/商品。即可以通過網(wǎng)絡獲取物品的相關信息(對于有些商品,,可以直接將信息存儲在電子標簽里,,但可能增加成本)。

 

2. 點對點付款,,這和普通的手機支付不同,,點對點付款是指兩個人直接用NFC設備(如手機)進行交易,比如A要給B n元錢,,直接兩個人連上就可以完成轉賬,。(這個安全性很重要,而NFC的安全性貌似有很多保障,,手機掉了通過遠程手段鎖定NFC功能),。

 

3. 各種身份識別,也許未來,,可能做到,,一個帶NFC的手機就能作為身份的證明(不過這也感覺很可怕),。

 

4. 各種場合的信息記錄,如醫(yī)院,,也許以后病例直接能夠寫到NFC設備中,。

 

一句話,也許在未來,,各種卡片,,各種門票,火車票,,各種證件都會消失,,只剩下一個手機(就像手機曾經(jīng)干掉MP3,MP4一樣),,而一個手機,,里面幾乎能干所有的事。

 

NFC技術詳細介紹

 

1.NFC標準

 

NFC技術由Philips,、Nokia和Sony主推的一種近距離無線通信技術(NFCIP-1),,并向ECMA國際組織提交標準草案。這項開放技術規(guī)格NFCIP-1被認可為ECMA-340標準,,并由ECMA向ISO/IEC提交標準,,現(xiàn)在該技術被批準納入ISO/IEC18092。2003年NFCIP-1被ETSI批準為TS 102 190 v1.1.1,。為了兼容非接觸式智能卡,,2004年NFC論壇又推出了NFCIP-2規(guī)范,并被相關組織批準為ECMA-352,、ISO/IEC 21481和ETSI TS 102 312 V1.1.1,。

 

其中NFCIP-1標準詳細規(guī)定NFC設備的調制方案、編碼,、傳輸速度與RF接口的幀格式,,以及主動與被動NFC模式初始化過程中,數(shù)據(jù)沖突控制所需的初始化方案和條件,。此外,,這些標準還定義了傳輸協(xié)議,其中包括協(xié)議啟動和數(shù)據(jù)交換方法等,。

 

NFCIP-2則指定了一種靈活的網(wǎng)關系統(tǒng),,用來檢測和選擇三種操作模式之一:NFC卡模擬模式、讀寫器模式和點對點通信模式,。選擇既定模式以后,,按照所選的模式進行后續(xù)動作。網(wǎng)關標準還具體規(guī)定了RF接口測試方法(ISO/IEC 22536和ECMA-356)和協(xié)議測試方法(ISO/IEC 23917和ECMA-362),。這意味著符合NFCIP-2規(guī)范的產品將可以用作ISO/IEC 14443 A和B以及Felica(Proximity Cards)和ISO 15693(Vicinity Cards)的讀寫器,。

 

2. NFC技術特點

 

NFC技術的要點有:

 

(1)在ISO/IEC 18092 NFCIP-1下進行標準化;

 

(2)以13.56MHz RFID技術為基礎;

 

(3)通信距離為20cm;

 

(4)與現(xiàn)有的非接觸式智能卡國際標準相兼容;

 

(5)數(shù)據(jù)傳輸速率106kbit/s,、212 kbit/s或424kbit/s。

2.1,、近距離感應

 

NFC設備之間的極短距離接觸,,主動通信模式為20cm,被動通信模式為10cm,,讓信息能夠在NFC設備之間點對點快速傳遞,。

 

2.2,、安全的通信

 

除了極短距離通信先天的安全性;避免信息遭監(jiān)控與竄改,。NFC的安全機制也可通過加/解密系統(tǒng)來確保移動裝置間的安全通信。數(shù)據(jù)安全方面除標簽的密碼保護外,,數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理,,如DES、RSA,、DSA,、MD5等,讀卡機與卡之間也可相互認證,,實現(xiàn)安全通信和存儲;

 

2.3,、快速的處理速度

 

從NFC移動設備偵測、身份確認到數(shù)據(jù)存取只需要約0.1s的時間即可完成,。

 

2.4,、服務的配對訪問

 

通過NFC技術可在單一移動設備上提供多種應用服務。這些應用服務一一對應到移動設備上有,,而啟用每一服務時必須輸入對應的密鑰才能訪問,,這樣的管理方式讓單一移動設備上的多個服務能夠確保其安全性。

 

2.5,、主被動通信模式切換

 

手機內信息既能夠被讀卡器讀取,,手機本身也能作為讀卡器,還能實現(xiàn)兩個手機間的近距通信,。

 

3. NFC設備

 

NFC設備是NFC通信的讀寫設備,,可作為發(fā)起設備或目標設備,集成于個人移動通信終端的NFC多媒體手機是目前發(fā)展的主流,。

 

NFC標簽是儲存數(shù)據(jù)的IC,,可被NFC設備讀取,通常應用在被動通信模式下,。如符合ISO/IEC 14443規(guī)范的Philips公司的MIFARE卡和Sony公司的Felica卡,。

 

4. 通信模式

 

NFC通信通常在發(fā)起設備和目標設備間發(fā)生,任何的NFC裝置都可以為發(fā)起設備或目標設備,。兩者之間是以交流磁場方式相互耦合,,并以ASK方式或FSK方式進行載波調制,,傳輸數(shù)字信號。發(fā)起設備產生無線射頻磁場來初始化NFCIP-1的通信(調制方案,、編碼,、傳輸速度與RF接口的幀格式)。目標設備則響應發(fā)起設備所發(fā)出的命令,,并選擇由發(fā)起設備所發(fā)出的或是自行產生的無線射頻磁場進行通信,。

 

4.1、主動模式

 

在主動模式下,,每臺設備要向另一臺設發(fā)送數(shù)據(jù)時,,都必須產生自己的射頻場。如圖1所示,,發(fā)起設備和目標設備都要產生自己的射頻場,,以便進行通信。這是點對點通信的標準模式,,可以獲得非??焖俚倪B接設置。

 

4.2,、被動模式

 

在被動模式下,,NFC發(fā)起設備(也叫主設備,啟動NFC通信的設備),,擰U饈塹愣緣閫ㄐ諾謀曜寄J劍梢曰竦梅淺?燜俚牧由柚謾?

 

4.2,、被動模式

 

在被動模式下,NFC發(fā)起設備(也叫主設備,,啟動NFC通信的設備),,在整個通信過程中提供射頻場(RF-field),如圖2所示,。它可以選擇106kbit/s,、212kbit/s或424 kbit/s其中一種傳輸速度,將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設備,。另一臺設備稱為NFC目標設備(從設備),,不必產生射頻場,利用感應的電動勢提供工作所需的電源,,使用負載調制(Load Modulation)技術進行數(shù)據(jù)收發(fā),。

 

移動設備主要以被動模式操作,可以大幅降低功耗,,并延長電池壽命,。在一個應用會話過程中,NFC設備可以在發(fā)起設備和目標設備之間切換自己的角色,。利用這項功能,,電池電量較低的設備可以要求以被動模式充當目標設備,,而不是發(fā)起設備。

 

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