NFC近距離傳輸方案解析 - 全文

　　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(shù)在過去的一年中有了質(zhì)的飛躍，雙核處理器幾乎成為了標配。在這一領(lǐng)域，ARM架構(gòu)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(shù)，允許電子設(shè)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(nèi)，交換資料。

　　這個技術(shù)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(shù)被認為在手機支付等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

　　芯片結(jié)構(gòu)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(shù)的IC卡。可以替代現(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(shè)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(shè)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(shè)備地址薄。因此通過NFC，多個設(shè)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(wù)。

　　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(guān)信息。

　　NFC技術(shù)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(yīng)用，如移動（電子）票務(wù)，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(shù)更多的前景，比如：

　　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(shè)備（如手機）靠近任何物品/商品。即可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取物品的相關(guān)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(shè)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(zhuǎn)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?qū)懙絅FC設(shè)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(shù)詳細介紹

　　1.NFC標準

　　NFC技術(shù)由Philips、Nokia和Sony主推的一種近距離無線通信技術(shù)（NFCIP-1），并向ECMA國際組織提交標準草案。這項開放技術(shù)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(shù)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(guān)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(shè)備的調(diào)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(guān)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(guān)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(chǎn)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(shù)特點

　　NFC技術(shù)的要點有：

　　（1）在ISO/IEC 18092 NFCIP-1下進行標準化;

　?。?）以13.56MHz RFID技術(shù)為基礎(chǔ);

　　（3）通信距離為20cm;

　?。?）與現(xiàn)有的非接觸式智能卡國際標準相兼容;

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

　　2.1、近距離感應(yīng)

　　NFC設(shè)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(shè)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(shè)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(wù)的配對訪問

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

　　2.5、主被動通信模式切換

　　手機內(nèi)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(shè)備

　　NFC設(shè)備是NFC通信的讀寫設(shè)備，可作為發(fā)起設(shè)備或目標設(shè)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(shè)備讀取，通常應(yīng)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(shè)備和目標設(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NFCIP-1的通信（調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與RF接口的幀格式）。目標設(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行通信。

　　4.1、主動模式

　　在主動模式下，每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)時，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。如圖1所示，發(fā)起設(shè)備和目標設(shè)備都要產(chǎn)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(shè)置。

　　4.2、被動模式

　　在被動模式下，NFC發(fā)起設(shè)備（也叫主設(shè)備，啟動NFC通信的設(shè)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(shè)備。另一臺設(shè)備稱為NFC目標設(shè)備（從設(shè)備），不必產(chǎn)生射頻場，利用感應(yīng)的電動勢提供工作所需的電源，使用負載調(diào)制（Load Modulation）技術(shù)進行數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　移動設(shè)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(yīng)用會話過程中，NFC設(shè)備可以在發(fā)起設(shè)備和目標設(shè)備之間切換自己的角色。利用這項功能，電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動模式充當目標設(shè)備，而不是發(fā)起設(shè)備。


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