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基于NFC的大容量信息推送技術(shù)研究

作者:劉秋妍 李銘軒 林敏
來源:研究與開發(fā)
日期:2014-03-25 11:29:44
摘要:文章通過分析NFC技術(shù)特點(diǎn),指出NFC應(yīng)用現(xiàn)狀存在問題的同時,提出基于NFC和3G融合技術(shù)的大容量信息推送方案,為高數(shù)據(jù)速率要求的NFC業(yè)務(wù)提供解決方案。
關(guān)鍵詞:NFC智能卡移動終端

  引言

  隨著移動互聯(lián)數(shù)據(jù)、無線應(yīng)用業(yè)務(wù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速興起,手機(jī)日益成為人們?nèi)粘I钪斜貍涞囊豁?xiàng)隨身工具?,F(xiàn)在,手機(jī)不僅可以用來打電話,而且能夠?qū)崿F(xiàn)更多的日常生活服務(wù)。不久的將來,手機(jī)將取代現(xiàn)代人身上的很多卡片,比如信用卡、積分卡、交通卡等,能幫助人們完成購票、支付賬單以及積分購物等服務(wù)。不僅如此,手機(jī)之間也可以實(shí)現(xiàn)交換影像以及下載音樂,甚至,移動終端還可以通過讀取智能海報(bào)下載娛樂信息[1]。這些功能不僅對消費(fèi)者來說很有吸引力,而且也將大大擴(kuò)展手機(jī)的應(yīng)用與銷售市場。近場通信技術(shù)

  NFC的誕生與應(yīng)用,將使這一切成為可能[2]。但是,目前的NFC技術(shù)只能支持幾百kb/s數(shù)據(jù)速率的無線業(yè)務(wù),極大地限制了視頻圖像類應(yīng)用,同時也成為NFC技術(shù)推廣的瓶頸。

  1 NFC技術(shù)特征

  NFC 作為一種近距離無線通信技術(shù),它結(jié)合了非接觸式感應(yīng)(Radio Frequency Identification,RFID)以及無線連接技術(shù),采用13.56MHz頻帶[3]。雖然通信距離僅為10cm左右,但和非接觸式智能卡 (IntelligentCard,IC)卡技術(shù)一樣,“只需碰一下”,便可在不同的電子產(chǎn)品間交換數(shù)據(jù)[4]。由于NFC技術(shù)的通訊距離有限,而且單一的點(diǎn)對點(diǎn)連接也限制了遭到攔截的可能性,因此NFC的主要優(yōu)點(diǎn)是其較高的安全性水平。此外,NFC技術(shù)支持高級加密,這使得基于NFC的系統(tǒng)更適合于金融等涉及安全交易的業(yè)務(wù)。

  與非接觸式IC卡不同的是,NFC可進(jìn)行雙向通信。只要是支持NFC的產(chǎn)品和IC卡,就可以讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù),還可在手機(jī)等便攜產(chǎn)品間進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)傳輸速度不高,有106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s以及848kbit/s四種速度可供選擇,將來可提高至1Mb左右。

  2 基于近場通信的大容量信息推送技術(shù)

  智能信息推送是一種全新的基于網(wǎng)絡(luò)的信息發(fā)布和業(yè)務(wù)推廣平臺,它和其他網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布平臺一樣,可以用于信息的發(fā)布和業(yè)務(wù)的推廣。可以主動向特定的用戶群推送定制的業(yè)務(wù)信息、重要通知等;可以分析用戶行為,了解用戶消費(fèi)習(xí)慣;網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以使用它來及時通知用戶的套餐話費(fèi)使用狀態(tài),催繳欠費(fèi);實(shí)現(xiàn)用戶的透明消費(fèi),改善用戶的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn),提高用戶的滿意度。

  基于NFC的大容量信息推送方案是在NFC和寬帶移動通信技術(shù)的基礎(chǔ)上定向?qū)崿F(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間信息的交互和推送,該系統(tǒng)主要由移動終端、智能信息終端和系統(tǒng)平臺組成,系統(tǒng)框架如圖1所示。

基于NFC的大容量信息推送技術(shù)研究

  2.1 移動終端

  移動終端是指具有NFC功能的用戶手持通信設(shè)備,具有獲取定向推送的信息(如優(yōu)惠券、廣告的產(chǎn)品信息等)和主動查詢信息等功能。NFC終端技術(shù)主要涉及 NFC芯片、天線、讀卡器等硬件結(jié)構(gòu),基于目前現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案,即按照NFC芯片(CLF)與安全單元(SE)的關(guān)系來劃分,NFC終端實(shí)現(xiàn)方式主要有三種:全終端方式、基于SD卡(Secure Digital Memory Card)方式以及基于SIM(Subscriber Identity Module)卡的方式。全終端方式主要是指在終端中集成了包括非接觸通信模塊、安全模塊(Secure Element,SE)以及天線等所

  有單元。由于全終端方式中SE面臨被破解的可能性較大,因此全終端方式不適合應(yīng)用于涉及個人信息安全的金融業(yè)務(wù)。SD-based方案是將智能終端的SD卡模擬成一張具有高安全性的SE安全模塊,將用戶信息等重要內(nèi)容保存在SD卡上。由于SD-based方式獨(dú)占了存儲接口,又和智能卡的通信功能分離,為后續(xù)的應(yīng)用管理和存儲管理帶來麻煩,在未來移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中仍然存在諸多問題。由此可見,兼具安全性和靈活性基于SIM卡的解決方案是目前國際上普遍采用的NFC功能實(shí)現(xiàn)方式,如圖2所示。

  2.2 智能信息終端

  智能信息終端主要針對部署在戶外的信息推送終端設(shè)備,可完成廣告信息的循環(huán)展示、定期更新,并可實(shí)現(xiàn)將用戶所需信息通過NFC功能推送給用戶的功能。智能信息終端與移動終端之間采用NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)高安全性的快速便捷無線連接。智能信息終端由主控模塊和NFC模塊組成,其架構(gòu)圖如圖3所示。主控模塊主要負(fù)責(zé)智能信息終端的管理、運(yùn)行、信息的存儲、與業(yè)務(wù)平臺的信息交互等功能。因此,該模塊通常安裝Linux系統(tǒng)的ARM(Advanced RISC Machines)芯片,可以編寫視頻解碼播放模塊,具有強(qiáng)大的可移植性。NFC模塊是一個帶有NFC功能的讀卡器或者開發(fā)板,主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與具有NFC 功能的移動終端的實(shí)時通信。

基于NFC的大容量信息推送技術(shù)研究

  2.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺

  系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺主要針對業(yè)務(wù)管理平臺以及簡單的業(yè)務(wù)支撐平臺。系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺與移動終端通過第三代移動通信系統(tǒng)(3Generation,3G)、第四代移動通信系統(tǒng)(Long Time Evolution Advanced,LTE-A)等寬帶移動通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速無線連接。依據(jù)智能信息終端的部署特性,系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺可以通過有線鏈路或者無線局域網(wǎng) (Wireless Local Area Network,WLAN)建立連接。系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺主要包括以下功能。

  1)用戶信息管理。管理用戶的開通退訂,記錄用戶的詳細(xì)信息和使用日志習(xí)慣等,方便統(tǒng)一管理用戶相關(guān)信息。2)廣告管理。管理智能終端播放內(nèi)容、tag信息。tag信息可包含文本、圖片、多媒體,文本信息通過NFC直接傳輸,圖片和多媒體只傳輸圖片和多媒體的URL,移動終端再通過web方式獲取。3)查詢管理。當(dāng)移動終端向智能信息終端發(fā)送查詢請求信息時,系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺首先驗(yàn)證用戶身份,如果驗(yàn)證失敗,則中斷連接,否則智能信息終端將設(shè)置成讀卡模式。移動終端根據(jù)查詢結(jié)果通過Web查詢信息,并展示查詢結(jié)果。4)密鑰管理。管理員定期更新移動終端和智能信息終端的密鑰,增強(qiáng)用戶身份證書的安全性。

  2.4 基于NFC的大容量信息推送過程

  基于NFC的大容量信息推送方案通過NFC和寬帶移動通信融合系統(tǒng),充分利用NFC技術(shù)短、頻、快和寬帶移動通信系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢,實(shí)現(xiàn)高速、高安全性的信息交互,其信令流程如圖3所示。

基于NFC的大容量信息推送技術(shù)研究

  當(dāng)手持移動終端的用戶看到智能信息終端上有感興趣的信息,用戶側(cè)的移動通信終端通過上傳NDEF(NFCData Exchange Format)消息或者掃描智能信息終端的NFC標(biāo)簽發(fā)送建立NFC鏈路請求,這種交互提供了比其他無線技術(shù)(如藍(lán)牙)更容易的數(shù)據(jù)發(fā)送方法,因?yàn)镹FC 不需要手動設(shè)備發(fā)現(xiàn)或配對要求,兩個設(shè)備在接近到一定范圍時會自動連接;然后智能信息終端通過讀取移動終端SE模塊內(nèi)身份證書,鑒別移動終端是否具有建立 NFC鏈路的授權(quán)證書;當(dāng)移動終端通過身份認(rèn)證后,移動終端NDEF數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?,并啟動對該類?shù)據(jù)感興趣的應(yīng)用程序,聲明一個意圖 (Intent)過濾器,并請求相應(yīng)的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù);工作在“閱讀器”模式下的智能信息終端獲取到用戶的請求信息后并不通過NFC鏈路傳送業(yè)務(wù)信息,而向系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺發(fā)送URL消息查詢請求;系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺收到查詢請求后進(jìn)行信息查詢,將查詢到的URL消息通過智能信息終端發(fā)送到移動終端;獲得URL消息的移動終端可以結(jié)合寬帶移動通信系統(tǒng)提供的短信、彩信以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)惹赖顷懴到y(tǒng)業(yè)務(wù)平臺,實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用下載。

  3 商業(yè)應(yīng)用

  采用基于NFC的大容量信息推送方案的NFC終端不僅可以模擬卡片,而且可以實(shí)現(xiàn)高速、高安全性的數(shù)據(jù)傳輸。例如,在音像制品店里,如圖4所示,用戶可以通過NFC鏈路快速讀取智能海報(bào)上的NFC標(biāo)簽,獲取大量音像制品的廣告簡介。如果用戶想進(jìn)一步了解某一音像制品的具體內(nèi)容,可以通過NFC鏈路發(fā)送 NDEF消息獲取音像制品部分片段的URL消息,通過移動終端與系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺建立的寬帶移動通信鏈路,下載或?yàn)g覽音像制品的部分片段,快速了解相應(yīng)產(chǎn)品的內(nèi)容;如果移動用戶想購買此產(chǎn)品,只需將移動終端轉(zhuǎn)換到卡模擬工作模式,即可實(shí)現(xiàn)搜索、預(yù)覽、支付的一站式自助購物體驗(yàn)。

基于NFC的大容量信息推送技術(shù)研究

  4 結(jié)論

  本文提出了一種基于近距離通信技術(shù)和寬帶公眾移動通信系統(tǒng)相結(jié)合的大容量信息推送方案。從技術(shù)角度而言,該方案融合了13.56MHz近距離通信技術(shù)和寬帶移動通信技術(shù),兼具短、頻、快、安全性高和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。與傳統(tǒng)的近距離通信技術(shù)幾百Kbit/s的傳輸速率相比,該方案最大傳輸速率與寬帶移動通信系統(tǒng)相當(dāng),極大地提高了移動數(shù)據(jù)傳輸速率;另一方面,與單一的寬帶移動通信系統(tǒng)相比,安全性和便捷性也得到了顯著的提升。因此,該方案尤為適合為涉及金融信息、身份信息的視頻、圖片等移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供解決方案。

  作者簡介:

  劉秋妍,博士,主要研究方向?yàn)閷拵б苿油ㄐ畔到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與干擾抑制技術(shù)。

  李銘軒,碩士,工程師,主要研究方向?yàn)橐苿踊ヂ?lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、NFC技術(shù)等。

  林敏,博士,工程師,主要研究方向?yàn)橐苿踊ヂ?lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、NFC技術(shù)等。