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NFC近距离传输方案解析

信息来源: 维库开发网 发布时间:2012年8月1日

  2012年伴随着移动互联网的快速发展,智能手机在厂家、运营商等多方推动下继续快速发展。智能手机的硬件技术在过去的一年中有了质的飞跃,双核处理器几乎成为了标配。在这一领域,ARM架构大行其道,占据了垄断地位。为了迎击ARM,INTEL公司推出低功耗处理器Atom,意欲在移动互联网上和ARM一较高下。

  NFC简介

  近场通讯(Near Field Communication,简称NFC),又称近距离无线通讯,是一种短距离的高频无线通讯技术,允许电子设备之间进行非接触式点对点资料传输,在十厘米(3.9英吋)内,交换资料。

  这个技术由免接触式射频识别(RFID)演变而来,并向下兼容RFID,由于近场通讯具有天然的安全性,因此,NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。

芯片结构图

  芯片结构图

  NFC工作模式

  卡模式(Card emulation):这个模式其实就是相当于一张采用RFID技术的IC卡。可以替代现在大量的IC卡(包括信用卡)场合商场刷卡、公交卡、门禁管制,车票,门票等等。此种方式下,有一个极大的优点,那就是卡片通过非接触读卡器的 RF 域来供电,即便是寄主设备(如手机)没电也可以工作。

  点对点模式(P2P mode):这个模式和红外差不多,可用于数据交换,只是传输距离比较短,传输建立速度快很多,传输速度也快些,功耗低(蓝牙也类似)。将两个具备 NFC 功能的设备链接,能实现数据点对点传输,如下载音乐,交换图片或者同步设备地址薄。因此通过NFC,多个设备如数字相机,PDA,计算机,手机之间,都可以交换资料或者服务。

  读卡器模式(Reader/writer mode):作为非接触读卡器使用,比如从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。

读卡器模式

NFC的优势

  NFC技术在未来的机遇

  其实现在已经出现了很多基于NFC的应用,如移动(电子)票务,移动/手机支付(前述的google wallet),数据共享。而在未来,尤其是方兴未艾的物联网和移动互联网则赋予了NFC技术更多的前景,比如:

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NFC技术的前景

  1. 各种电子标签识别,在物联网时代,任何物品都是数字化的,因此,很可能具有一个电子标签,这个电子标签可能就是一个RFID tag(类似取代现在的条形码,但成本高点,但高不了多少),只需要将NFC设备(如手机)靠近任何物品/商品。即可以通过网络获取物品的相关信息(对于有些商品,可以直接将信息存储在电子标签里,但可能增加成本)。

  2. 点对点付款,这和普通的手机支付不同,点对点付款是指两个人直接用NFC设备(如手机)进行交易,比如A要给B n元钱,直接两个人连上就可以完成转账。(这个安全性很重要,而NFC的安全性貌似有很多保障,手机掉了通过远程手段锁定NFC功能)。

  3. 各种身份识别,也许未来,可能做到,一个带NFC的手机就能作为身份的证明(不过这也感觉很可怕)。

  4. 各种场合的信息记录,如医院,也许以后病例直接能够写到NFC设备中。

  一句话,也许在未来,各种卡片,各种门票,火车票,各种证件都会消失,只剩下一个手机(就像手机曾经干掉MP3,MP4一样),而一个手机,里面几乎能干所有的事。

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  NFC技术详细介绍

  1.NFC标准

  NFC技术由Philips、Nokia和Sony主推的一种近距离无线通信技术(NFCIP-1),并向ECMA国际组织提交标准草案。这项开放技术规格NFCIP-1被认可为ECMA-340标准,并由ECMA向ISO/IEC提交标准,现在该技术被批准纳入ISO/IEC18092。2003年NFCIP-1被ETSI批准为TS 102 190 v1.1.1。为了兼容非接触式智能卡,2004年NFC论坛又推出了NFCIP-2规范,并被相关组织批准为ECMA-352、ISO/IEC 21481和ETSI TS 102 312 V1.1.1。

  其中NFCIP-1标准详细规定NFC设备的调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式,以及主动与被动NFC模式初始化过程中,数据冲突控制所需的初始化方案和条件。此外,这些标准还定义了传输协议,其中包括协议启动和数据交换方法等。

  NFCIP-2则指定了一种灵活的网关系统,用来检测和选择三种操作模式之一:NFC卡模拟模式、读写器模式和点对点通信模式。选择既定模式以后,按照所选的模式进行后续动作。网关标准还具体规定了RF接口测试方法(ISO/IEC 22536和ECMA-356)和协议测试方法(ISO/IEC 23917和ECMA-362)。这意味着符合NFCIP-2规范的产品将可以用作ISO/IEC 14443 A和B以及Felica(Proximity Cards)和ISO 15693(Vicinity Cards)的读写器。

  2. NFC技术特点

  NFC技术的要点有:

  (1)在ISO/IEC 18092 NFCIP-1下进行标准化;

  (2)以13.56MHz RFID技术为基础;

  (3)通信距离为20cm;

  (4)与现有的非接触式智能卡国际标准相兼容;

  (5)数据传输速率106kbit/s、212 kbit/s或424kbit/s。

  2.1、近距离感应

  NFC设备之间的极短距离接触,主动通信模式为20cm,被动通信模式为10cm,让信息能够在NFC设备之间点对点快速传递。

  2.2、安全的通信

  除了极短距离通信先天的安全性;避免信息遭监控与窜改。NFC的安全机制也可通过加/解密系统来确保移动装置间的安全通信。数据安全方面除标签的密码保护外,数据部分可用一些算法实现安全管理,如DES、RSA、DSA、MD5等,读卡机与卡之间也可相互认证,实现安全通信和存储;

  2.3、快速的处理速度

  从NFC移动设备侦测、身份确认到数据存取只需要约0.1s的时间即可完成。

  2.4、服务的配对访问

  通过NFC技术可在单一移动设备上提供多种应用服务。这些应用服务一一对应到移动设备上有,而启用每一服务时必须输入对应的密钥才能访问,这样的管理方式让单一移动设备上的多个服务能够确保其安全性。

  2.5、主被动通信模式切换

  手机内信息既能够被读卡器读取,手机本身也能作为读卡器,还能实现两个手机间的近距通信。

  3. NFC设备

  NFC设备是NFC通信的读写设备,可作为发起设备或目标设备,集成于个人移动通信终端的NFC多媒体手机是目前发展的主流。

  NFC标签是储存数据的IC,可被NFC设备读取,通常应用在被动通信模式下。如符合ISO/IEC 14443规范的Philips公司的MIFARE卡和Sony公司的Felica卡。

  4. 通信模式

  NFC通信通常在发起设备和目标设备间发生,任何的NFC装置都可以为发起设备或目标设备。两者之间是以交流磁场方式相互耦合,并以ASK方式或FSK方式进行载波调制,传输数字信号。发起设备产生无线射频磁场来初始化NFCIP-1的通信(调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式)。目标设备则响应发起设备所发出的命令,并选择由发起设备所发出的或是自行产生的无线射频磁场进行通信。

  4.1、主动模式

  在主动模式下,每台设备要向另一台设发送数据时,都必须产生自己的射频场。如图1所示,发起设备和目标设备都要产生自己的射频场,以便进行通信。这是点对点通信的标准模式,可以获得非常快速的连接设置。

  4.2、被动模式

  在被动模式下,NFC发起设备(也叫主设备,启动NFC通信的设备),在整个通信过程中提供射频场(RF-field),如图2所示。它可以选择106kbit/s、212kbit/s或424 kbit/s其中一种传输速度,将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备),不必产生射频场,利用感应的电动势提供工作所需的电源,使用负载调制(Load Modulation)技术进行数据收发。

  移动设备主要以被动模式操作,可以大幅降低功耗,并延长电池寿命。在一个应用会话过程中,NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能,电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备,而不是发起设备。

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