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        NFC專題 NFC技術   |   原理   |  應用模式  |  NFC產品   |   前景構想與面臨問題   |   NFC技術在中國的競爭技術   
        NFC相關鏈接
        NFC技術原理

        近距離無線通信
        支持NFC的設備可以在主動或被動模式下交換數據。在被動模式下,啟動NFC通信的設備,也稱為NFC發起設備(主設備),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106kbps、212kbps或424kbps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,而使用負載調制(load modulation)技術,即可以相同的速度將數據傳回發起設備。此通信機制與基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接觸式智能卡兼容,因此,NFC發起設備在被動模式下,可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標設備,并與之建立聯系。


        圖1:NFC主動通信模式

        在主動模式下,每臺設備要向另一臺設備發送數據時,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。這是對等網絡通信的標準模式,可以獲得非?焖俚倪B接設置。

        圖2:NFC被動通信模式。

        如圖2所示,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。

        1. 標準化
        NFC是符合ECMA 340與ETSI TS 102 190 V1.1.1以及ISO/IEC 18092標準的一種開放式平臺技術。這些標準詳細規定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。
        NFC空中接口符合以下標準:
        ISO/IEC 18092 NFCIP-1 / ECMA-340 / ETSI TS 102 190 V1.1.1 (2003-03)
        ISO/IEC 21481 NFCIP-2 / ECMA-352 / ETSI TS 102 312 V1.1.1 (2004-02)
        NFC測試方法符合以下標準:
        ISO/IEC 22536 NFCIP-1 RF 接口測試方法 / ECMA-356 / ETSI TS 102 345 V1.1.1 (2004-08)
        ISO/IEC 23917 有關NFC 的協議測試方法 / ECMA-362
        ISO/IEC 21481和ECMA 352中定義的NFC IP-2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數據傳輸速度、鄰近耦合設備(PCD)和接近耦合設備(VCD)。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接口和協議測試方法。
        這意味著符合NFCIP-2規范的產品將可以用作ISO 14443 A和B以及Felica(Proximity)和ISO 15693(Vicinity)的讀寫器。

        2. NFC與藍牙和紅外技術的比較
        作為一種面向消費者的交易機制,NFC比紅外更快、更可靠而且要簡單得多。另一方面,藍牙則是一種彌補NFC通訊距離不足的缺點,適用于較長距離數據通信。NFC面向近距離交易交互,適用于交換財務信息或敏感的個人信息等重要數據。NFC和藍牙相互為補充,共同存在。事實上,快捷輕型的NFC協議可以用于引導兩臺設備之間的藍牙配對過程,并在這方面促進藍牙的使用。 模式的典型應用是:建立藍牙連接、交換手機名片等。

        NFC與其他近距離通信技術的比較

        圖

        技術分析

        電磁場決定無線電波

        術語“近場”是指無線電波的臨近電磁場。無線電波由正交電磁場組成,在工作頻率下天線周圍大約10波長的范圍內,無線電波的行為遵循麥克斯韋方程。

        電磁場在從發射天線傳播到接收天線的過程相互交換能量并相互增強,這樣的電磁場稱之為遠場。而在10個波長以內,電磁場是相互獨立的,即為近場,近場內電場沒有多大意義,但磁場可用于短距離通訊。

        由于在初級線圈(發射天線)和次級線圈之間仍有相當大的距離,因此可以將NFC看做是一個耦合系數非常低的互感器。近磁場的主要問題是信號傳播過程中信號強度會以大約1/d6的速率下降(這里d為通訊距離或范圍),因此使近場通訊成為名副其實的短程通訊技術,而在稱之為無線電波的遠場中,信號強度以1/d2的速率下降。

        NXP公司和索尼公司發明了NFC技術,Ecma International公司首次采用它做為一項標準(NFCIP-1或ECMA-340),并提交給國際標準化組織(ISO)/國際電工委員會(IEC),成為ISO/IEC 18092標準,同時也得到了歐洲電信標準協會的承認,從此后已經有多個半導體公司開始生產兼容性和互操作芯片。

        這個標準類似于智能卡中所采用的NFC技術,并與其兼容,其內部芯片能夠使消費者通過銷售點(POS)終端閱讀器進行支付。在某些工作模式下NFC的功能類似于射頻識別(RFID)。NXP公司的MIFARE和索尼公司的FeliCa產品就采用了已經制定的智能卡標準。

        該標準規定了一個13.56MHz的工作頻率,這是一個免許可國際通用頻帶,是美國ISM帶15/18頻帶之一。數據傳輸速率為106、212或424kbps,取決于通訊范圍,在20cm或大約8英寸時傳輸速率最大,實際通訊范圍只有幾英寸或不大于10cm,該標準規定了多種工作模式。

        在主動模式下,通訊雙方收發器加電后,任何一方可以采用“發送前偵聽”協議來發起一個半雙工發送。在一個以上NFC設備試圖訪問一個閱讀器時這個功能可以防止沖突,其中一個設備是發起者,而其它設備則是目標。

        在被動模式下,象RFID標簽一樣,目標是一個被動設備。標簽從發起者傳輸的磁場獲得工作能量,然后通過調制磁場將數據傳送給發起者(后掃描調制,AM的一種)。

        象任何先進的無線技術一樣,NFC同樣面臨安全問題。但是NFC設備非常小的通訊范圍完全可以將黑客排除在外。在這樣小的范圍內,完全可以放心地進行通訊。如果需要更高的安全性,可以使用帶智能卡技術的NFC,智能卡技術內置了重載加密認證功能。


        讓我們看看任何無線關聯模型的兩個基本要求:
        a. 安全的鏈接
        加密無線鏈接需要一個公鑰,而且在帶內通道必須是不可見的。鏈接密鑰通過手動PIN(比如在藍牙中)或Diffie-Hellman自動交換(比如在無線USB中)“實時”生成。建立鏈接密鑰后,便可啟用對稱加密(基于3DES和AES等)。

        b. 設備身份驗證
        即確保鏈接密鑰以預期的驗證設備而不是偽裝的被動/主動中間人生成。此設置的常規方法要求連接一根線纜,以便關聯和交換鏈接密鑰和/或要求用戶在兩臺設備上輸入PIN碼。將此方法與使用NFC來關聯和設置相比較,具有如下優點:無需瀏覽查閱菜單或配置屏幕;只需將兩臺設備彼此靠攏即可觸發相關軟件和用戶界面;建立此環境以后將自動交換相關數據。

        用戶只需確認交易,而且只需查看相關的信息。此過程將減少設備關聯所需的步驟,并最大限度地減少用戶交互操作。用戶無需增加任何開銷即可改善安全功能。而且可以加快連接過程,同時又保留了像完成/錯誤確認和錯誤修正等功能。用NFC可以使藍牙、無線USB和W-LAN等的配對與設備關聯變得非常簡單、快捷和直觀,而且同時可以彌合移動和消費類電子產品之間的缺口。

        將NFC集成到移動電話平臺

        1.移動電話集成NFC的好處
        擁有NFC的移動電話將會刺激消費者產生消費,為無線運營商、零售商和手機廠商帶來商機。配備NFC的電話通過讓消費者體驗直觀的連接方式,進而改變信息和服務的分配、付費和訪問方式。NFC電話能夠進行安全的移動支付和交易,還可以在移動過程中,方便地進行點對點通信以及輕松獲取信息。

        越來越多的消費者都在用移動電話下載付費內容,例如為其電話下載鈴聲(當前,移動運營商10%到15%的收入都來自于下載鈴聲或基于Java的小游戲)。NFC提供的下一代標準化連接,將使消費者可以訪問海報、雜志和報刊亭等項目中的數字內容(鈴聲、歌曲、游戲、Web鏈接、地址和優惠券等),還支持配備NFC的手機之間的點對點傳輸。

        現今的大多數手機都配備了藍牙(以后還有WiFi)相關功能,所以NFC可以充當啟動設備,使電話之間的數據交換傳輸更加便捷。NFC還支持多臺手機間進行多人游戲。當今市場上的設備界面一點都不直觀,從而很難利用這項技術(例如,通過滾動菜單來選擇特定的藍牙設備)。NFC允許用戶與環境交互,無需瀏覽復雜的菜單或執行復雜的設置程序。

        2.確保安全性的架構形式
        將NFC集成到移動電話平臺考慮過各種架構。下面是已有或正在實施的幾個架構示例:NFC器件可以集成到電話功能蓋中,這與諾基亞為其3220機型開發的解決方案一致;NFC器件可以集成到電話主印刷電路板上,例如NFC器件可以集成到Wireless Dynamics公司最近發布的Secure Digital(SD)卡中。

        為了支持像支付這樣的安全應用,NFC可以和一個安全芯片配合(前面介紹的智能卡仿真模式)。在這方面,該領域的幾大廠商也都在考慮下面不同的選項:

        NFC+SIM(用戶標識模塊)安全模式:用一條或幾條線路將SIM卡連接到符合NFC技術標準的非接觸式芯片。在這種情況下,SIM將托管移動商務應用程序和安全密鑰。天線直接連接到NFC芯片。飛利浦目前制造的NFC和智能卡IC都支持雙線數字接口。NFC芯片和安全芯片之間的這個接口(S2C)與現有的非接觸式標準完全兼容,并已提交給ECMA進行標準化。

        繞過SIM保障NFC的安全:在這種情況下,將特定的智能卡器件安裝到電話功能蓋、電話主PCB或者甚至是SD卡中。支付/票證應用程序和相關的安全密鑰則要存儲在智能卡IC中。將NFC和智能卡IC組合在單一封裝或芯片中,其單位成本最具吸引力,也可作為候選方案。

        還可能最終考慮將NFC與SIM卡和專用智能卡IC結合在一起,由后面二者提供安全性能。實際上,最終選擇哪種NFC和安全實施方案將受許多因素的影響。安全應用的所有權、不同參與者(移動運營商、金融服務提供商和手機廠商等)之間形成的業務伙伴關系,以及這些安全應用實際的個性化過程都將在定義最佳實施方案時起重要的作用。

         

         

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