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手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

作者:毛富利
來源:傳感器技術(shù)
日期:2018-10-12 10:07:44
摘要:NFC即近距離無線通訊技術(shù)。這個技術(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即近距離無線通訊技術(shù)。這個技術(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。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  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)。飛利浦派了一個團(tuán)隊(duì)到日本和sony工程師一起閉關(guān)三個月,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)。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  該技術(shù)規(guī)范定義了兩個 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:主動模式和被動模式。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ECMA(歐洲計(jì)算機(jī)制造協(xié)會)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NFC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,當(dāng)時的飛利浦、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)能夠快速自動地建立無線網(wǎng)絡(luò),為蜂窩、藍(lán)牙或WiFi設(shè)備提供一個“虛擬連接”使設(shè)備間在很短距離內(nèi)通信,適合移動設(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:主動模式、被動模式和雙向模式。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  主動模式下,每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時,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??焖俚倪B接設(shè)置。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  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,它只在其他設(shè)備發(fā)出的射頻場中被動響應(yīng),被讀/寫信息。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

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

  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是一個人戴著胸牌方便別人了解他,那么NFC就是兩個人都戴著胸牌,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。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  NFC與RFID在物理層面看上去很相似,但實(shí)際上是兩個完全不同的領(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,包括移動支付與交易、對等式通信及移動中信息訪問等。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

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  用于非接觸移動支付,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

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  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

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  兩個具備 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,它不僅僅會消滅信用卡,還將消滅現(xiàn)金。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  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。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  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)展的一個重要驅(qū)動力。”NFC可以幫助交通系統(tǒng)在效率上提高一個數(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,但卻極少有人會去掃描讀取,這是因?yàn)槎S碼需要對準(zhǔn)讀取,而人在動態(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)。在動態(tài)時,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(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)用并且儲存每個病人的醫(yī)療數(shù)據(jù)以及用藥情況,整個系統(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,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。

手機(jī)里的NFC到底是什么鬼?

  而英國某公司則通過NFC進(jìn)行醫(yī)護(hù)工作人員的管理,在每個需要醫(yī)療護(hù)理的家庭安裝一個NFC標(biāo)簽,醫(yī)護(hù)工作者到達(dá)和離去時都要進(jìn)行一次讀取,與此同時,后臺還會實(shí)時傳遞合適的任務(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)時查詢醫(yī)護(hù)情況。

  身份識別

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  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。

人物訪談