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手机里的NFC到底是什么鬼?

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【摘要】 NFC 即近距离无线通讯技术。这个技术由非接触式射频识别 ( RFID ) 演变而来,由飞利浦半导体 ( 现恩智浦半导体公司 ) 、诺基亚和索尼共同研制开发,其基础是 RFID 及......

NFC 即近距离无线通讯技术。这个技术由非接触式射频识别 ( RFID ) 演变而来,由飞利浦半导体 ( 现恩智浦半导体公司 ) 、诺基亚和索尼共同研制开发,其基础是 RFID 及互连技术。近场通信是一种短距高频的无线电技术,在 13.56MHz 频率运行于 10 厘米距离内。其传输速度有 106Kbit/ 秒、212Kbit/ 秒或者 424Kbit/ 秒三种。

NFC 在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能,能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。工作频率为 13.56MHz,但是使用这种手机支付方案的用户必须更换特制的手机。这项技术在日韩被广泛应用,他们的手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等。

NFC 的起源

大概在 2003 年,当时的飞利浦半导体和索尼公司计划基于非接触式卡技术发展一种与之兼容的无线通讯技术。飞利浦派了一个团队到日本和索尼工程师一起闭关三个月,然后联合对外发布关于一种兼容当前 ISO14443 非接触式卡协议的无线通讯技术,取名 NFC ( Near Field Communication ) 。

该技术规范定义了两个 NFC 设备之间基于 13.56MHz 频率的无线通讯方式,在 NFC 的世界里没有读卡器,没有卡,只有 NFC 设备。该规范定义了 NFC 设备通讯的两种模式 : 主动模式和被动模式。并且分别定义了两种模式的选择和射频场防冲突方法、设备防冲突方法,定义了不同波特率通讯速率下的编码方式、调制解调方式等等最最底层的通讯方式和协议,说白了就是解决了如何交换数据流的问题。

该规范最终被提交到 ISO 标准组织获得批准成为正式的国际标准,这就是 ISO18092,后来增加了 ISO15693 的兼容,形成新的 NFC 国际标准 IP2,也就是 ISO21481。同时 ECMA ( 欧洲计算机制造协会 ) 也颁布了针对 NFC 的标准,分别是 ECMA340 和 ECMA352,对应的是 ISO18092 [ 2 ] 与 ISO21481 ,其实两个标准内容大同小异,只是 ECMA 的是免费的,大家可以到网上下载到 , 而 ISO 标准是收费的。不过,所幸的是,为了促进标准化,ISO/IEC 18092:2013 和 ISO/IEC 21481:2012 版均可在 ISO 官方网站上下载到免费的电子版。

为了加快推动 NFC 产业的发展,当时的飞利浦、SONY 和诺基亚联合发起成立了 NFC 论坛,旨在推动行业应用的发展,定义相关基于 NFC 应用的中间层规范,包括一些数据交换通讯协议 NDEF,包括基于非接触式标签的几种 NFC tag 规范,主要涉及到卡片内部数据结构定义,NFC 设备 ( 手机 ) 如何识别一个标准的 NFC 论坛兼容的标签,如何解析具体应用数据等等相关规范,目的是为了让不同的 NFC 设备之间可以互连互通。比如不同手机如何交换数据,如何识别同一个电子海报等等。

NFC 技术的工作原理

NFC 技术能够快速自动地建立无线网络,为蜂窝、蓝牙或 WiFi 设备提供一个 " 虚拟连接 " 使设备间在很短距离内通信,适合移动设备、消费电子产品、PC 和智能控件间的通信工作。

NFC 通信在发起设备和目标设备间发生,任何的 NFC 装置都可以为发起设备或目标设备。两者之间是以交流磁场方式相互耦合,并以 ASK 方式或 FSK 方式进行载波调制,传输数字信号。发起设备产生无线射频磁场来初始化 ( 调制方案、编码、传输速度与 RF 接口的帧格式 ) ; 目标设备则响应发起设备所发出的命令,并选择由发起设备所发出的或是自行产生的无线射频磁场进行通信。

NFC 有三种工作模式:主动模式、被动模式和双向模式。

主动模式下,每台设备要向另一台设备发送数据时,都必须产生自己的射频场。如上所示,发起设备和目标设备都要产生自己的射频场,以便进行通信。

这是点对点通信的标准模式,可以获得非常快速的连接设置。

被动通信模式正好和主动模式相反,此时 NFC 终端则被模拟成一张卡,它只在其他设备发出的射频场中被动响应,被读 / 写信息。

双向模式下 NFC 终端双方都主动发出射频场来建立点对点的通信。相当于两个 NFC 设备都处于主动模式。

NFC 与 RFID 区别

RFID,Radio Frequency Identification,即射频识别,又名电子标签。顾名思义,RFID 的工作原理就是给一件件物品上贴上一个包含 RFID 射频部分和天线环路的 RFID 电路。

携带该标签的物品进入人为设置的特定磁场后,会发出特定频率的信号,阅读器就可获得之前该物品被写入的信息。

这有点像工作人员脖子上挂的胸牌,而你就是他的主管,当他进入你的视线,你就可以知道他的姓名职业等信息,还可以改写他胸牌的内容。

如果说 RFID 是一个人戴着胸牌方便别人了解他,那么 NFC 就是两个人都戴着胸牌,而且他们可以在看到对方后任意更改胸牌上的内容,改变对方接收到的信息。

NFC 与 RFID 在物理层面看上去很相似,但实际上是两个完全不同的领域,因为 RFID 本质上属于识别技术,而 NFC 属于通信技术。

首先,NFC 将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片,而 RFID 必须有阅读器和标签组成。RFID 只能实现信息的读取以及判定,而 NFC 技术则强调的是信息交互。通俗的说 NFC 就是 RFID 的演进版本,双方可以近距离交换信息。NFC 手机内置 NFC 芯片,组成 RFID 模块的一部分,可以当作 RFID 无源标签使用进行支付费用 ; 也可以当作 RFID 读写器,用作数据交换与采集,还可以进行 NFC 手机之间的数据通信。

其次,NFC 传输范围比 RFID 小,RFID 的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于 NFC 采取了独特的信号衰减技术,相对于 RFID 来说 NFC 具有距离近、带宽高、能耗低等特点。

第三、应用方向不同。NFC 看更多的是针对于消费类电子设备相互通讯,有源 RFID 则更擅长在长距离识别。

随着互联网的普及,手机作为互联网最直接的智能终端,必将会引起一场技术上的革命,如同以前蓝牙、USB、GPS 等标配,NFC 将成为日后手机最重要的标配,通过 NFC 技术,手机支付、看电影、坐地铁都能实现 。

NFC 的技术特征

与 RFID 一样,NFC 信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递,但两者之间还是存在很大的区别。首先,NFC 是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术,其传输范围比 RFID 小。其次,NFC 与现有非接触智能卡技术兼容,已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次,NFC 还是一种近距离连接协议,提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比,NFC 是一种近距离的私密通信方式。

NFC、红外线、蓝牙同为非接触传输方式,它们具有各自不同的技术特征,可以用于各种不同的目的,其技术本身没有优劣差别。

NFC 手机内置 NFC 芯片,比原先仅作为标签使用的 RFID 更增加了数据双向传送的功能,这个进步使得其更加适合用于电子货币支付的;特别是 RFID 所不能实现的,相互认证和动态加密和一次性钥匙 ( OTP ) 能够在 NFC 上实现。NFC 技术支持多种应用,包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。通过 NFC 手机,人们可以在任何地点、任何时间,通过任何设备,与他们希望得到的娱乐服务与交易联系在一起,从而完成付款,获取海报信息等。NFC 设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路,其应用主要可分为以下四个基本类型:用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据。

NFC 的工作应用模式

卡模式

用于非接触移动支付,如商场、交通等应用,用户只需将手机靠近读卡器,然后用户只需输入密码确认交易或者直接接收交易即可。例如门禁管制,车票,门票等。卡片由读卡器供电,如卡片携带设备电量耗尽,也可正常使用。

读写模式

即非接触采集数据 ( 读取或写入均可实现 ) ,比如从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。

点对点模式

两个具备 NFC 功能的设备链接,实现数据点对点传输,如下载音乐,交换图片或者同步设备地址薄。因此通过 NFC,个设备如数码相机,计算机,手机之间,均可实现无线连接。

NFC 技术主要应用

金融支付

NFC 在金融支付当中的应用是最为红火的,各大银行巨头齐推的支付钱包,也让人产生了一种错觉,NFC 只应用在支付。无论褒贬,NFC 对金融支付行业的颠覆是无可厚非的。在未来,人们将通过 NFC 与手机钱包的配合进行日常支付,更甚者,它不仅仅会消灭信用卡,还将消灭现金。

交通

交通可以说是 NFC 应用最为基础的功能,通过 NFC 设备触碰闸机口的读卡区域,可以自动打开闸道,这是将城市交通卡的功能集成到 NFC 设备之上,通过卡模拟实现。实际案例上,国内手机深圳通虽然使用的是 2.4G 技术,技术实现上与 NFC 有所不同,但使用方式都是一样的,而 NFC 技术也可以在地铁公交的小额支付环境中大展神威。

业内认为," 公交服务和交通服务特别是在亚洲 NFC 发展的一个重要驱动力。"NFC 可以帮助交通系统在效率上提高一个数量级,而交通系统对 NFC 的支持,也将助推 NFC,使之完成良好生态系统的初步也是基本构架。

广告

NFC 标签因其可重复读写,并且可记录读取的次数,在广告业也将掀起一番变革。在深圳地铁,扶梯随处可见二维码,但却极少有人会去扫描读取,这是因为二维码需要对准读取,而人在动态的扶梯当中是难以对准的,从人性化设计来说,扶梯上的二维码鸡肋非常。而 NFC 则可以在这种情况下实现对二维码相关功能缺乏的互补。在动态时,NFC 更利于读取。

图书出版

对于图书而言,一直存在的争议是电子图书是否会替代纸质图书,而现在 NFC 技术的到来,也将改变图书出版的原有模式。

通过 NFC 设备读取可以浏览多媒体,互动性、信息娱乐、个性化、社交媒体等都可以添加,如此可以带来不一样的阅读体验,特别是在视频、游戏、社交功能的添加之后,纸质图书也变得缤纷多彩。

出版不仅仅可以是图书,在光碟唱片上,NFC 也可以应用,首先是一个盗版的防止,二维码虽然也有一定的防伪功能,但是可复制性太强,安全上难以与 NFC 比肩。索尼就试图通过 NFC 进行游戏的防伪,杜绝二手游戏的流通,游戏的光碟将内置 NFC 标签,通过游戏主机的读取之后激活程序,而且该光碟需与特定的播放设备或用户帐户挂钩之后才能运行,这样其它设备及用户将无法使用该光碟。视频声效和防伪的结合,在一定程度上可以丰富图书出版的形式,增加可阅读性。随着 NFC 标签成本的逐渐降低,NFC 在图书出版中的应用也将随之增加。

通信

NFC 继承了 RFID 该有的人机交互、机器与机器交互等功能都将走出专业工厂应用,走向人们日常家电当中,实现人们对家电的简单可控。

当下比较多的 NFC 家电应用有 NFC 蓝牙音箱、支持 NFC 的笔记本、NFC 数码相机、NFC 智能电视,而 NFC 手机不必多说的成为人们日常生活中最常用的电子设备,随着物联网概念的兴起,NFC 也将逐渐进入人们的生活当中。

医疗

医疗行业需要的是化繁为简的技术,数据的管理至关重要,近日,哈佛大学也试图通过 NFC 进行药品追踪管理。追踪系统使用的是谷歌 Nexus 7 NFC 设备,使用该设备可以运行最新的应用并且储存每个病人的医疗数据以及用药情况,整个系统应用的 NFC 标签可以作为腕带,系在病人的手上,也可以在医疗袋和员工卡上附带。当需要进行用药情况管理时,护士使用 NFC 设备触碰上述拥有 NFC 标签的物品,设备中的应用将检查是否药物的种类和剂量使用得当,并且记录本次用药情况以及用药人,很好的保证了医护工作人员对用药的责任审查。

而英国某公司则通过 NFC 进行医护工作人员的管理,在每个需要医疗护理的家庭安装一个 NFC 标签,医护工作者到达和离去时都要进行一次读取,与此同时,后台还会实时传递合适的任务 ( 如在附近的工作 ) ,并且将相关信息发送至工作者的手机。当然,受到医护照料的家庭也可以实时查询医护情况。

身份识别

NFC 由于天生通信距离短,传输范围上也许比不上蓝牙、红外等通信手段,但是其安全性与生俱来,特别是在 SE 安全元件的帮助下,NFC 卡模拟功能成为身份识别的重要手段。

NFC 汽车钥匙是 NFC 卡模拟的经典应用,也是身份识别领域的新锐应用,而身份识别涉及的安全问题,国外已有厂商通过 NFC 将线下的实体证件与线上的社交账号结合,完成安全的身份识别登录。

NFC 技术在手机上的主要应用

1、接触通过 ( Touch and Go ) ,如门禁管理、车票和门票等,用户将储存车票证或门控密码的设备靠近读卡器即可,也可用于物流管理。

2、接触支付 ( Touch and Pay ) ,如非接触式移动支付,用户将设备靠近嵌有 NFC 模块的 POS 机可进行支付,并确认交易。

3、接触连接 ( Touch and Connect ) ,如把两个 NFC 设备相连接,进行点对点 ( Peer-to-Peer ) 数据传输,例如下载音乐、图片互传和交换通讯录等。

4、接触浏览 ( Touch and Explore ) ,用户可将 NFC 手机接靠近街头有 NFC 功能的智能公用电话或海报,来浏览交通信息等。

5、下载接触 ( Load and Touch ) ,用户可通过 GPRS 网络接收或下载信息,用于支付或门禁等功能,如前述,用户可发送特定格式的短信至家政服务员的手机来控制家政服务员进出住宅的权限。

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