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手機內隱藏的NFC是什麽來的?

NFC即近距離無線通訊技術。這個技術由非接觸式射頻識別(RFID)演變而來,由飛利浦半導體(現恩智浦半導體公司)、諾基亞和索尼共同研製開發,其基礎是RFID及互連技術。近場通信是一種短距高頻的無線電技術,在13.56MHz頻率運行於10厘米距離內。其傳輸速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三種。

NFC在單一芯片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能,能在短距離內與兼容設備進行識別和數據交換。工作頻率為13.56MHz,但是使用這種手機支付方案的用戶必須更換特製的手機。這項技術在日韓被廣泛應用,他們的手機可以用作機場登機驗證、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,當時的 philips 半導體和 Sony 公司計劃基於非接觸式卡技術發展一種與之兼容的無線通訊技術。飛利浦派了一個團隊到日本和sony工程師一起閉關三個月,然後聯合對外發布關於一種兼容當前 ISO14443 非接觸式卡協議的無線通訊技術,取名NFC(Near Field Communication)。

該技術規範定義了兩個 NFC 設備之間基於 13.56MHz 頻率的無線通訊方式,在 NFC 的世界裏沒有讀卡器,沒有卡,隻有 NFC 設備。該規範定義了 NFC 設備通訊的兩種模式:主動模式和被動模式。並且分別定義了兩種模式的選擇和射頻場防衝突方法、設備防衝突方法,定義了不同波特率通訊速率下的編碼方式、調製解調方式等等最最底層的通訊方式和協議,說白了就是解決了如何交換數據流的問題。

該規範最終被提交到ISO標準組織獲得批準成為正式的國際標準,這就是 ISO18092,後來增加了 ISO15693 的兼容,形成新的 NFC 國際標準IP2,也就是 ISO21481。同時ECMA(歐洲計算機製造協會)也頒布了針對 NFC 的標準,分別是 ECMA340和 ECMA352,對應的是ISO18092[2] 與ISO21481 ,其實兩個標準內容大同小異,隻是 ECMA 的是免費的,大家可以到網上下載到,而ISO標準是收費的。不過,所幸的是,為了促進標準化,ISO/IEC 18092:2013 和ISO/IEC 21481:2012版均可在ISO官方網站上下載到免費的電子版。

為了加快推動NFC產業的發展,當時的飛利浦、SONY 和諾基亞聯合發起成立了 NFC 論壇,旨在推動行業應用的發展,定義相關基於NFC應用的中間層規範,包括一些數據交換通訊協議 NDEF,包括基於非接觸式標簽的幾種 NFC tag 規範,主要涉及到卡片內部數據結構定義,NFC 設備(手機)如何識別一個標準的 NFC 論壇兼容的標簽,如何解析具體應用數據等等相關規範,目的是為了讓不同的 NFC設備之間可以互連互通。比如不同手機如何交換數據,如何識別同一個電子海報等等。

NFC技術的工作原理

NFC技術能夠快速自動地建立無線網絡,為蜂窩、藍牙或WiFi設備提供一個“虛擬連接”使設備間在很短距離內通信,適合移動設備、消費電子產品、PC和智能控件間的通信工作。

NFC通信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,並以ASK方式或FSK方式進行載波調製,傳輸數字信號。發起設備產生無線射頻磁場來初始化(調製方案、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,並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。

NFC有三種工作模式:主動模式、被動模式和雙向模式



主動模式下,每台設備要向另一台設備發送數據時,都必須產生自己的射頻場。如上所示,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。



被動通信模式正好和主動模式相反,此時NFC終端則被模擬成一張卡,它隻在其他設備發出的射頻場中被動響應,被讀/寫信息。



雙向模式下NFC終端雙方都主動發出射頻場來建立點對點的通信。相當於兩個NFC設備都處於主動模式。

NFC與RFID區別

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

攜帶該標簽的物品進入人為設置的特定磁場後,會發出特定頻率的信號,閱讀器就可獲得之前該物品被寫入的信息。

這有點像工作人員脖子上掛的胸牌,而你就是他的主管,當他進入你的視線,你就可以知道他的姓名職業等信息,還可以改寫他胸牌的內容。

如果說RFID是一個人戴著胸牌方便別人了解他,那麽NFC就是兩個人都戴著胸牌,而且他們可以在看到對方後任意更改胸牌上的內容,改變對方接收到的信息。



NFC與RFID在物理層麵看上去很相似,但實際上是兩個完全不同的領域,因為RFID本質上屬於識別技術,而NFC屬於通信技術。

首先,NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點對點功能整合進一塊單芯片,而rfid必須有閱讀器和標簽組成。RFID隻能實現信息的讀取以及判定,而NFC技術則強調的是信息交互。通俗的說NFC就是RFID的演進版本,雙方可以近距離交換信息。NFC手機內置NFC芯片,組成RFID模塊的一部分,可以當作RFID無源標簽使用進行支付費用;也可以當作RFID讀寫器,用作數據交換與采集,還可以進行NFC手機之間的數據通信。

其次,NFC傳輸範圍比RFID小,RFID的傳輸範圍可以達到幾米、甚至幾十米,但由於NFC采取了獨特的信號衰減技術,相對於RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。

第三、應用方向不同。NFC看更多的是針對於消費類電子設備相互通訊,有源RFID則更擅長在長距離識別。

隨著互聯網的普及,手機作為互聯網最直接的智能終端,必將會引起一場技術上的革命,如同以前藍牙、USB、GPS等標配,NFC將成為日後手機最重要的標配,通過NFC技術,手機支付、看電影、坐地鐵都能實現 。

NFC的技術特征

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耦合方式傳遞,但兩者之間還是存在很大的區別。首先,NFC是一種提供輕鬆、安全、迅速的通信的無線連接技術,其傳輸範圍比RFID小。其次,NFC與現有非接觸智能卡技術兼容,已經成為得到越來越多主要廠商支持的正式標準。再次,NFC還是一種近距離連接協議,提供各種設間輕鬆、安全、迅速而自動的通信。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、藍牙同為非接觸傳輸方式,它們具有各自不同的技術特征,可以用於各種不同的目的,其技術本身沒有優劣差別。

NFC手機內置NFC芯片,比原先僅作為標簽使用的RFID更增加了數據雙向傳送的功能,這個進步使得其更加適合用於電子貨幣支付的;特別是RFID所不能實現的,相互認證和動態加密和一次性鑰匙(OTP)能夠在NFC上實現。NFC技術支持多種應用,包括移動支付與交易、對等式通信及移動中信息訪問等。通過NFC手機,人們可以在任何地點、任何時間,通過任何設備,與他們希望得到的娛樂服務與交易聯係在一起,從而完成付款,獲取海報信息等。NFC設備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設備對設備的數據傳輸鏈路,其應用主要可分為以下四個基本類型:用於付款和購票、用於電子票證、用於智能媒體以及用於交換、傳輸數據。

NFC的工作應用模式

卡模式



用於非接觸移動支付,如商場、交通等應用,用戶隻需將手機靠近讀卡器,然後用戶隻需輸入密碼確認交易或者直接接收交易即可。例如門禁管製,車票,門票等。 卡片由讀卡器供電,如卡片攜帶設備電量耗盡,也可正常使用。

讀寫模式



即非接觸采集數據(讀取或寫入均可實現),比如從海報或者展覽信息電子標簽上讀取相關信息。

點對點模式



兩個具備 NFC 功能的設備鏈接,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,個設備如數碼相機,計算機,手機之間,均可實現無線連接。

NFC技術主要應用

金融支付

NFC 在金融支付當中的應用是最為紅火的,各大銀行巨頭齊推的支付錢包,也讓人產生了一種錯覺,NFC隻應用在支付。無論褒貶,NFC對金融支付行業的顛覆是無可厚非的。在未來,人們將通過NFC與手機錢包的配合進行日常支付,更甚者,它不僅僅會消滅信用卡,還將消滅現金。



交通

交通可以說是NFC應用最為基礎的功能,通過NFC設備觸碰閘機口的讀卡區域,可以自動打開閘道,這是將城市交通卡的功能集成到NFC設備之上,通過卡模擬實現。實際案例上,國內手機深圳通雖然使用的是2.4G技術,技術實現上與NFC有所不同,但使用方式都是一樣的,而NFC技術也可以在地鐵公交的小額支付環境中大展神威。



業內認為,“公交服務和交通服務特別是在亞洲NFC發展的一個重要驅動力。”NFC可以幫助交通係統在效率上提高一個數量級,而交通係統對NFC的支持,也將助推NFC,使之完成良好生態係統的初步也是基本構架。

廣告

NFC標簽因其可重複讀寫,並且可記錄讀取的次數,在廣告業也將掀起一番變革。在深圳地鐵,扶梯隨處可見二維碼,但卻極少有人會去掃描讀取,這是因為二維碼需要對準讀取,而人在動態的扶梯當中是難以對準的,從人性化設計來說,扶梯上的二維碼雞肋非常。而NFC則可以在這種情況下實現對二維碼相關功能缺乏的互補。在動態時,NFC更利於讀取。

圖書出版

對於圖書而言,一直存在的爭議是電子圖書是否會替代紙質圖書,而現在NFC技術的到來,也將改變圖書出版的原有模式。

通過NFC設備讀取可以瀏覽多媒體,互動性、信息娛樂、個性化、社交媒體等都可以添加,如此可以帶來不一樣的閱讀體驗,特別是在視頻、遊戲、社交功能的添加之後,紙質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也可以應用,首先是一個盜版的防止,二維碼雖然也有一定的防偽功能,但是可複製性太強,安全上難以與NFC比肩。索尼就試圖通過NFC進行遊戲的防偽,杜絕二手遊戲的流通,遊戲的光碟將內置NFC標簽,通過遊戲主機的讀取之後激活程序,而且該光碟需與特定的播放設備或用戶帳戶掛鉤之後才能運行,這樣其它設備及用戶將無法使用該光碟。視頻聲效和防偽的結合,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標簽成本的逐漸降低,NFC在圖書出版中的應用也將隨之增加。

通信

NFC繼承了RFID該有的人機交互、機器與機器交互等功能都將走出專業工廠應用,走向人們日常家電當中,實現人們對家電的簡單可控。

當下比較多的NFC家電應用有NFC藍牙音箱、支持NFC的筆記本、NFC數碼相機、NFC智能電視,而NFC手機不必多說的成為人們日常生活中最常用的電子設備,隨著物聯網概念的興起,NFC也將逐漸進入人們的生活當中。

醫療

醫療行業需要的是化繁為簡的技術,數據的管理至關重要,近日,哈佛大學也試圖通過NFC進行藥品追蹤管理。追蹤係統使用的是穀歌Nexus 7 NFC設備,使用該設備可以運行最新的應用並且儲存每個病人的醫療數據以及用藥情況,整個係統應用的NFC標簽可以作為腕帶,係在病人的手上,也可以在醫療袋和員工卡上附帶。當需要進行用藥情況管理時,護士使用NFC設備觸碰上述擁有NFC標簽的物品,設備中的應用將檢查是否藥物的種類和劑量使用得當,並且記錄本次用藥情況以及用藥人,很好的保證了醫護工作人員對用藥的責任審查。

而英國某公司則通過NFC進行醫護工作人員的管理,在每個需要醫療護理的家庭安裝一個NFC標簽,醫護工作者到達和離去時都要進行一次讀取,與此同時,後台還會實時傳遞合適的任務(如在附近的工作),並且將相關信息發送至工作者的手機。當然,受到醫護照料的家庭也可以實時查詢醫護情況。

身份識別



NFC由於天生通信距離短,傳輸範圍上也許比不上藍牙、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卡模擬的經典應用,也是身份識別領域的新銳應用,而身份識別涉及的安全問題,國外已有廠商通過NFC將線下的實體證件與線上的社交賬號結合,完成安全的身份識別登錄。

NFC技術在手機上的主要應用

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

2、接觸支付(Touch and Pay),如非接觸式移動支付,用戶將設備靠近嵌有NFC模塊的POS機可進行支付,並確認交易。

3、接觸連接(Touch and Connect),如把兩個NFC設備相連接,進行點對點(Peer-to-Peer)數據傳輸,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手機接靠近街頭有NFC功能的智能公用電話或海報,來瀏覽交通信息等。

5、下載接觸(Load and Touch),用戶可通過GPRS網絡接收或下載信息,用於支付或門禁等功能,如前述,用戶可發送特定格式的短信至家政服務員的手機來控製家政服務員進出住宅的權限。

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