淺析近距離無線通訊技術(shù)

NFC即近距離無線通訊技術(shù)。這個(gè)技術(shù)由非接觸式射頻識別(RFID)演變而來，由飛利浦半導(dǎo)體(現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體公司)、諾基亞和索尼共同研制開發(fā)，其基礎(chǔ)是RFID及互連技術(shù)。近場通信是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運(yùn)行于10厘米距離內(nèi)。其傳輸速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三種。

NFC在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對點(diǎn)的功能，能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識別和數(shù)據(jù)交換。工作頻率為13.56MHz，但是使用這種手機(jī)支付方案的用戶必須更換特制的手機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)在日韓被廣泛應(yīng)用，他們的手機(jī)可以用作機(jī)場登機(jī)驗(yàn)證、大廈的門禁鑰匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等。

NFC的起源

大概在 2003 年，當(dāng)時(shí)的 philips 半導(dǎo)體和 Sony 公司計(jì)劃基于非接觸式卡技術(shù)發(fā)展一種與之兼容的無線通訊技術(shù)。飛利浦派了一個(gè)團(tuán)隊(duì)到日本和sony工程師一起閉關(guān)三個(gè)月，然后聯(lián)合對外發(fā)布關(guān)于一種兼容當(dāng)前 ISO14443 非接觸式卡協(xié)議的無線通訊技術(shù)，取名NFC(Near Field Communication)。

該技術(shù)規(guī)范定義了兩個(gè) NFC 設(shè)備之間基于 13.56MHz 頻率的無線通訊方式，在 NFC 的世界里沒有讀卡器，沒有卡，只有 NFC 設(shè)備。該規(guī)范定義了 NFC 設(shè)備通訊的兩種模式:主動(dòng)模式和被動(dòng)模式。并且分別定義了兩種模式的選擇和射頻場防沖突方法、設(shè)備防沖突方法，定義了不同波特率通訊速率下的編碼方式、調(diào)制解調(diào)方式等等最最底層的通訊方式和協(xié)議，說白了就是解決了如何交換數(shù)據(jù)流的問題。

該規(guī)范最終被提交到ISO標(biāo)準(zhǔn)組織獲得批準(zhǔn)成為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)，這就是 ISO18092，后來增加了 ISO15693 的兼容，形成新的 NFC 國際標(biāo)準(zhǔn)IP2，也就是 ISO21481。同時(shí)ECMA(歐洲計(jì)算機(jī)制造協(xié)會(huì))也頒布了針對 NFC 的標(biāo)準(zhǔn)，分別是 ECMA340和 ECMA352，對應(yīng)的是ISO18092[2] 與ISO21481 ，其實(shí)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容大同小異，只是 ECMA 的是免費(fèi)的，大家可以到網(wǎng)上下載到,而ISO標(biāo)準(zhǔn)是收費(fèi)的。不過，所幸的是，為了促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，ISO/IEC 18092：2013 和ISO/IEC 21481：2012版均可在ISO官方網(wǎng)站上下載到免費(fèi)的電子版。

為了加快推動(dòng)NFC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當(dāng)時(shí)的飛利浦、SONY 和諾基亞聯(lián)合發(fā)起成立了 NFC 論壇，旨在推動(dòng)行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，定義相關(guān)基于NFC應(yīng)用的中間層規(guī)范，包括一些數(shù)據(jù)交換通訊協(xié)議NDEF，包括基于非接觸式標(biāo)簽的幾種NFC tag規(guī)范，主要涉及到卡片內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，NFC 設(shè)備(手機(jī))如何識別一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 NFC 論壇兼容的標(biāo)簽，如何解析具體應(yīng)用數(shù)據(jù)等等相關(guān)規(guī)范，目的是為了讓不同的NFC設(shè)備之間可以互連互通。比如不同手機(jī)如何交換數(shù)據(jù)，如何識別同一個(gè)電子海報(bào)等等。

NFC技術(shù)的工作原理

NFC技術(shù)能夠快速自動(dòng)地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩、藍(lán)牙或WiFi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接”使設(shè)備間在很短距離內(nèi)通信，適合移動(dòng)設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品、PC和智能控件間的通信工作。

NFC通信在發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備間發(fā)生，任何的NFC裝置都可以為發(fā)起設(shè)備或目標(biāo)設(shè)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(jìn)行載波調(diào)制，傳輸數(shù)字信號。發(fā)起設(shè)備產(chǎn)生無線射頻磁場來初始化(調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與RF接口的幀格式);目標(biāo)設(shè)備則響應(yīng)發(fā)起設(shè)備所發(fā)出的命令，并選擇由發(fā)起設(shè)備所發(fā)出的或是自行產(chǎn)生的無線射頻磁場進(jìn)行通信。

NFC有三種工作模式：主動(dòng)模式、被動(dòng)模式和雙向模式。

主動(dòng)模式下，每臺(tái)設(shè)備要向另一臺(tái)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。如上所示，發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場，以便進(jìn)行通信。

這是點(diǎn)對點(diǎn)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非常快速的連接設(shè)置。

被動(dòng)通信模式正好和主動(dòng)模式相反，此時(shí)NFC終端則被模擬成一張卡，它只在其他設(shè)備發(fā)出的射頻場中被動(dòng)響應(yīng)，被讀/寫信息。

雙向模式下NFC終端雙方都主動(dòng)發(fā)出射頻場來建立點(diǎn)對點(diǎn)的通信。相當(dāng)于兩個(gè)NFC設(shè)備都處于主動(dòng)模式。

NFC與RFID區(qū)別

RFID，Radio Frequency Identification，即射頻識別，又名電子標(biāo)簽。顧名思義，RFID的工作原理就是給一件件物品上貼上一個(gè)包含RFID射頻部分和天線環(huán)路的RFID電路。

攜帶該標(biāo)簽的物品進(jìn)入人為設(shè)置的特定磁場后，會(huì)發(fā)出特定頻率的信號，閱讀器就可獲得之前該物品被寫入的信息。

這有點(diǎn)像工作人員脖子上掛的胸牌，而你就是他的主管，當(dāng)他進(jìn)入你的視線，你就可以知道他的姓名職業(yè)等信息，還可以改寫他胸牌的內(nèi)容。

如果說RFID是一個(gè)人戴著胸牌方便別人了解他，那么NFC就是兩個(gè)人都戴著胸牌，而且他們可以在看到對方后任意更改胸牌上的內(nèi)容，改變對方接收到的信息。

NFC與RFID在物理層面看上去很相似，但實(shí)際上是兩個(gè)完全不同的領(lǐng)域，因?yàn)镽FID本質(zhì)上屬于識別技術(shù)，而NFC屬于通信技術(shù)。

首先，NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對點(diǎn)功能整合進(jìn)一塊單芯片，而rfid必須有閱讀器和標(biāo)簽組成。RFID只能實(shí)現(xiàn)信息的讀取以及判定，而NFC技術(shù)則強(qiáng)調(diào)的是信息交互。通俗的說NFC就是RFID的演進(jìn)版本，雙方可以近距離交換信息。NFC手機(jī)內(nèi)置NFC芯片，組成RFID模塊的一部分，可以當(dāng)作RFID無源標(biāo)簽使用進(jìn)行支付費(fèi)用;也可以當(dāng)作RFID讀寫器，用作數(shù)據(jù)交換與采集，還可以進(jìn)行NFC手機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。

其次，NFC傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米，但由于NFC采取了獨(dú)特的信號衰減技術(shù)，相對于RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。

第三、應(yīng)用方向不同。NFC看更多的是針對于消費(fèi)類電子設(shè)備相互通訊，有源RFID則更擅長在長距離識別。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，手機(jī)作為互聯(lián)網(wǎng)最直接的智能終端，必將會(huì)引起一場技術(shù)上的革命，如同以前藍(lán)牙、USB、GPS等標(biāo)配，NFC將成為日后手機(jī)最重要的標(biāo)配，通過NFC技術(shù)，手機(jī)支付、看電影、坐地鐵都能實(shí)現(xiàn) 。

NFC的技術(shù)特征

與RFID一樣，NFC信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無線連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID小。其次，NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)。再次，NFC還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設(shè)備間輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。

NFC、紅外線、藍(lán)牙同為非接觸傳輸方式，它們具有各自不同的技術(shù)特征，可以用于各種不同的目的，其技術(shù)本身沒有優(yōu)劣差別。

NFC手機(jī)內(nèi)置NFC芯片，比原先僅作為標(biāo)簽使用的RFID更增加了數(shù)據(jù)雙向傳送的功能，這個(gè)進(jìn)步使得其更加適合用于電子貨幣支付的;特別是RFID所不能實(shí)現(xiàn)的，相互認(rèn)證和動(dòng)態(tài)加密和一次性鑰匙(OTP)能夠在NFC上實(shí)現(xiàn)。NFC技術(shù)支持多種應(yīng)用，包括移動(dòng)支付與交易、對等式通信及移動(dòng)中信息訪問等。通過NFC手機(jī)，人們可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間，通過任何設(shè)備，與他們希望得到的娛樂服務(wù)與交易聯(lián)系在一起，從而完成付款，獲取海報(bào)信息等。NFC設(shè)備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設(shè)備對設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，其應(yīng)用主要可分為以下四個(gè)基本類型：用于付款和購票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數(shù)據(jù)。

NFC的工作應(yīng)用模式

卡模式

用于非接觸移動(dòng)支付，如商場、交通等應(yīng)用，用戶只需將手機(jī)靠近讀卡器，然后用戶只需輸入密碼確認(rèn)交易或者直接接收交易即可。例如門禁管制，車票，門票等。 卡片由讀卡器供電，如卡片攜帶設(shè)備電量耗盡，也可正常使用。

讀寫模式

即非接觸采集數(shù)據(jù)(讀取或?qū)懭刖蓪?shí)現(xiàn))，比如從海報(bào)或者展覽信息電子標(biāo)簽上讀取相關(guān)信息。

點(diǎn)對點(diǎn)模式

兩個(gè)具備 NFC 功能的設(shè)備鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，如下載音樂，交換圖片或者同步設(shè)備地址薄。因此通過 NFC，個(gè)設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)，計(jì)算機(jī)，手機(jī)之間，均可實(shí)現(xiàn)無線連接。

NFC技術(shù)主要應(yīng)用

金融支付

NFC 在金融支付當(dāng)中的應(yīng)用是最為紅火的，各大銀行巨頭齊推的支付錢包，也讓人產(chǎn)生了一種錯(cuò)覺，NFC只應(yīng)用在支付。無論褒貶，NFC對金融支付行業(yè)的顛覆是無可厚非的。在未來，人們將通過NFC與手機(jī)錢包的配合進(jìn)行日常支付，更甚者，它不僅僅會(huì)消滅信用卡，還將消滅現(xiàn)金。

交通

交通可以說是NFC應(yīng)用最為基礎(chǔ)的功能，通過NFC設(shè)備觸碰閘機(jī)口的讀卡區(qū)域，可以自動(dòng)打開閘道，這是將城市交通卡的功能集成到NFC設(shè)備之上，通過卡模擬實(shí)現(xiàn)。實(shí)際案例上，國內(nèi)手機(jī)深圳通雖然使用的是2.4G技術(shù)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)上與NFC有所不同，但使用方式都是一樣的，而NFC技術(shù)也可以在地鐵公交的小額支付環(huán)境中大展神威。

業(yè)內(nèi)認(rèn)為，“公交服務(wù)和交通服務(wù)特別是在亞洲NFC發(fā)展的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力?！盢FC可以幫助交通系統(tǒng)在效率上提高一個(gè)數(shù)量級，而交通系統(tǒng)對NFC的支持，也將助推NFC，使之完成良好生態(tài)系統(tǒng)的初步也是基本構(gòu)架。

廣告

NFC標(biāo)簽因其可重復(fù)讀寫，并且可記錄讀取的次數(shù)，在廣告業(yè)也將掀起一番變革。在深圳地鐵，扶梯隨處可見二維碼，但卻極少有人會(huì)去掃描讀取，這是因?yàn)槎S碼需要對準(zhǔn)讀取，而人在動(dòng)態(tài)的扶梯當(dāng)中是難以對準(zhǔn)的，從人性化設(shè)計(jì)來說，扶梯上的二維碼雞肋非常。而NFC則可以在這種情況下實(shí)現(xiàn)對二維碼相關(guān)功能缺乏的互補(bǔ)。在動(dòng)態(tài)時(shí)，NFC更利于讀取。

圖書出版

對于圖書而言，一直存在的爭議是電子圖書是否會(huì)替代紙質(zhì)圖書，而現(xiàn)在NFC技術(shù)的到來，也將改變圖書出版的原有模式。

通過NFC設(shè)備讀取可以瀏覽多媒體，互動(dòng)性、信息娛樂、個(gè)性化、社交媒體等都可以添加，如此可以帶來不一樣的閱讀體驗(yàn)，特別是在視頻、游戲、社交功能的添加之后，紙質(zhì)圖書也變得繽紛多彩。

出版不僅僅可以是圖書，在光碟唱片上，NFC也可以應(yīng)用，首先是一個(gè)盜版的防止，二維碼雖然也有一定的防偽功能，但是可復(fù)制性太強(qiáng)，安全上難以與NFC比肩。索尼就試圖通過NFC進(jìn)行游戲的防偽，杜絕二手游戲的流通，游戲的光碟將內(nèi)置NFC標(biāo)簽，通過游戲主機(jī)的讀取之后激活程序，而且該光碟需與特定的播放設(shè)備或用戶帳戶掛鉤之后才能運(yùn)行，這樣其它設(shè)備及用戶將無法使用該光碟。視頻聲效和防偽的結(jié)合，在一定程度上可以豐富圖書出版的形式，增加可閱讀性。隨著NFC標(biāo)簽成本的逐漸降低，NFC在圖書出版中的應(yīng)用也將隨之增加。

.通信

NFC繼承了RFID該有的人機(jī)交互、機(jī)器與機(jī)器交互等功能都將走出專業(yè)工廠應(yīng)用，走向人們?nèi)粘＜译姰?dāng)中，實(shí)現(xiàn)人們對家電的簡單可控。

當(dāng)下比較多的NFC家電應(yīng)用有NFC藍(lán)牙音箱、支持NFC的筆記本、NFC數(shù)碼相機(jī)、NFC智能電視，而NFC手機(jī)不必多說的成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫碾娮釉O(shè)備，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的興起，NFC也將逐漸進(jìn)入人們的生活當(dāng)中。

.醫(yī)療

醫(yī)療行業(yè)需要的是化繁為簡的技術(shù)，數(shù)據(jù)的管理至關(guān)重要，近日，哈佛大學(xué)也試圖通過NFC進(jìn)行藥品追蹤管理。追蹤系統(tǒng)使用的是谷歌Nexus 7 NFC設(shè)備，使用該設(shè)備可以運(yùn)行最新的應(yīng)用并且儲(chǔ)存每個(gè)病人的醫(yī)療數(shù)據(jù)以及用藥情況，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用的NFC標(biāo)簽可以作為腕帶，系在病人的手上，也可以在醫(yī)療袋和員工卡上附帶。當(dāng)需要進(jìn)行用藥情況管理時(shí)，護(hù)士使用NFC設(shè)備觸碰上述擁有NFC標(biāo)簽的物品，設(shè)備中的應(yīng)用將檢查是否藥物的種類和劑量使用得當(dāng)，并且記錄本次用藥情況以及用藥人，很好的保證了醫(yī)護(hù)工作人員對用藥的責(zé)任審查。

而英國某公司則通過NFC進(jìn)行醫(yī)護(hù)工作人員的管理，在每個(gè)需要醫(yī)療護(hù)理的家庭安裝一個(gè)NFC標(biāo)簽，醫(yī)護(hù)工作者到達(dá)和離去時(shí)都要進(jìn)行一次讀取，與此同時(shí)，后臺(tái)還會(huì)實(shí)時(shí)傳遞合適的任務(wù)(如在附近的工作)，并且將相關(guān)信息發(fā)送至工作者的手機(jī)。當(dāng)然，受到醫(yī)護(hù)照料的家庭也可以實(shí)時(shí)查詢醫(yī)護(hù)情況。

身份識別

NFC由于天生通信距離短，傳輸范圍上也許比不上藍(lán)牙、紅外等通信手段，但是其安全性與生俱來，特別是在SE安全元件的幫助下，NFC卡模擬功能成為身份識別的重要手段。

NFC汽車鑰匙是NFC卡模擬的經(jīng)典應(yīng)用，也是身份識別領(lǐng)域的新銳應(yīng)用，而身份識別涉及的安全問題，國外已有廠商通過NFC將線下的實(shí)體證件與線上的社交賬號結(jié)合，完成安全的身份識別登錄。

NFC技術(shù)在手機(jī)上的主要應(yīng)用

1、接觸通過(Touch and Go)，如門禁管理、車票和門票等，用戶將儲(chǔ)存車票證或門控密碼的設(shè)備靠近讀卡器即可，也可用于物流管理。

2、接觸支付(Touch and Pay)，如非接觸式移動(dòng)支付，用戶將設(shè)備靠近嵌有NFC模塊的POS機(jī)可進(jìn)行支付，并確認(rèn)交易。

3、接觸連接(Touch and Connect)，如把兩個(gè)NFC設(shè)備相連接，進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)(Peer-to-Peer)數(shù)據(jù)傳輸，例如下載音樂、圖片互傳和交換通訊錄等。

4、接觸瀏覽(Touch and Explore)，用戶可將NFC手機(jī)接靠近街頭有NFC功能的智能公用電話或海報(bào)，來瀏覽交通信息等。

5、下載接觸(Load and Touch)，用戶可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)接收或下載信息，用于支付或門禁等功能，如前述，用戶可發(fā)送特定格式的短信至家政服務(wù)員的手機(jī)來控制家政服務(wù)員進(jìn)出住宅的權(quán)限。