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NFC近距離傳輸方案解析

發布時間:2012/8/28 21:22:00 訪問次數:577 發布企業:深圳市金嘉銳電子有限公司

2012年伴隨著移動互聯網的快速發展,智能手機在廠家、運營商等多方推動下繼續快速發展。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,意欲在移動互聯網上和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。可以替代現在大量的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,可用于數據交換,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,能實現數據點對點傳輸,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。

讀卡器模式

NFC的優勢

  NFC技術在未來的機遇

  其實現在已經出現了很多基于NFC的應用,如移動(電子)票務,移動/手機支付(前述的google wallet),數據共享。而在未來,尤其是方興未艾的物聯網和移動互聯網則賦予了NFC技術更多的前景,比如:

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NFC技術的前景

  1. 各種電子標簽識別,在物聯網時代,任何物品都是數字化的,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(就像手機曾經干掉MP3,MP4一樣),而一個手機,里面幾乎能干所有的事。

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  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。這項開放技術規格NFCIP-1被認可為ECMA-340標準,并由ECMA向ISO/IEC提交標準,現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,數據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議,其中包括協議啟動和數據交換方法等。

  NFCIP-2則指定了一種靈活的網關系統,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動作。網關標準還具體規定了RF接口測試方法(ISO/IEC 22536和ECMA-356)和協議測試方法(ISO/IEC 23917和ECMA-362)。這意味著符合NFCIP-2規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)與現有的非接觸式智能卡國際標準相兼容;

  (5)數據傳輸速率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;避免信息遭監控與竄改。NFC的安全機制也可通過加/解密系統來確保移動裝置間的安全通信。數據安全方面除標簽的密碼保護外,數據部分可用一些算法實現安全管理,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、身份確認到數據存取只需要約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展的主流。

  NFC標簽是儲存數據的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通信通常在發起設備和目標設備間發生,任何的NFC裝置都可以為發起設備或目標設備。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,傳輸數字信號。發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)。目標設備則響應發起設備所發出的命令,并選擇由發起設備所發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送數據時,都必須產生自己的射頻場。如圖1所示,發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,可以獲得非常快速的連接設置。

  4.2、被動模式

  在被動模式下,NFC發起設備(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,將數據發送到另一臺設備。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)技術進行數據收發。

  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,而不是發起設備。

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