NFC關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀研究

顧琰 揚(yáng)州市國(guó)土資源信息中心

引言

NFC是由諾基亞、飛利浦和索尼等公司聯(lián)合研發(fā)提出的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在ISO18092、ETSITS102190和ECMA340等框架標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行應(yīng)用，提高了通信傳輸?shù)撵`活性和方便性。NFC可以部署于多種設(shè)備，比如智能手機(jī)、平板電腦、PDA設(shè)備、門禁卡等，數(shù)據(jù)傳輸速率也高，覆蓋通信距離為10CM或20CM，功耗較小，能夠延長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)備電池壽命，采用多種非對(duì)稱加密技術(shù)、電子數(shù)據(jù)簽名技術(shù)，具有較高的安全性，能夠避免信息被監(jiān)控和篡改，實(shí)現(xiàn)了短距離的信息服務(wù)功能。

1 近場(chǎng)通訊的原理

近場(chǎng)通訊的基本原理和RFID相似，但是在功能上又與RFID有所不同。市面上比較常見(jiàn)的NFC芯片有NXP公司推出的PN544、PN533、PN531、PN512等，這些芯片都支持讀寫(xiě)功能與NFC功能同時(shí)存在，一般均采用13.56MHZ的信道為工作頻率，作用的范圍在10cm左右，其感應(yīng)的距離也決定了這些芯片需要在互相接近的條件下方可以實(shí)現(xiàn)通訊。在通訊的速率上現(xiàn)有424KB/s、212KB/s等等，隨著科技的進(jìn)步，1MB/s的芯片也會(huì)被推出。NFC與RFID相比，都是工作在頻率13.56MHz上，同時(shí)兼容RFLICA與ISO14443標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)電感耦合的方式來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。但是NFC與RFID又有所不同，相對(duì)來(lái)說(shuō)，RFID的傳輸范圍比NFC要大，NFC的傳輸范圍僅有10cm。小范圍的傳輸為管理帶來(lái)了方便，但是也為使用者帶來(lái)了麻煩。NFC具有雙向傳輸連接和識(shí)別的功能，而且NFC的傳輸速率可以改變，這是RFID射頻識(shí)別技術(shù)沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在的手機(jī)一般攜帶了PN544第二代NFC控制器，在傳輸速度上接近甚至超過(guò)1Mb/s,支持完整的卡協(xié)議，支持加密算法，增加了內(nèi)核處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)多種接口通訊。隨著移動(dòng)支付的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，NFC技術(shù)的應(yīng)用在未來(lái)廣被消費(fèi)者看好。

2 NFC關(guān)鍵技術(shù)研究

NFC通信模式包括主動(dòng)式通信模式和被動(dòng)式通信。NFC主動(dòng)通信模式的主設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備均通過(guò)射頻場(chǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)，是一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信模式，可以非常快速地連接。NFC被動(dòng)通信模式主設(shè)備產(chǎn)生射頻場(chǎng)，選擇一個(gè)目標(biāo)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，目標(biāo)設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生射頻場(chǎng)，利用負(fù)載調(diào)制方式接收主設(shè)備命令。NFC調(diào)制編碼標(biāo)準(zhǔn)很多，常用標(biāo)準(zhǔn)包括NRZ-L編碼、變形米勒（ModifiedMiller）編碼和曼徹斯特（Manchester）編碼。NRZ-L編碼時(shí)，高電位表示邏輯1，低電位表示邏輯0，利用電位的高低實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼通信。Manchester編碼將每一個(gè)位劃分為兩段，前半段為高電位、后半段為低電位則表示邏輯1，前半段為低電位、后半段為高電位則表示邏輯0。變形米勒編碼同樣將每一個(gè)位劃分為兩端，后半段起始有一個(gè)低電位脈沖則表示邏輯1，高電位脈沖起始則可以表示邏輯0，特殊情況為邏輯1之后為邏輯0，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生低電位脈沖，通信信號(hào)依然保持高電位。

3 NFC的主要應(yīng)用形式

3.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式

針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式來(lái)講，其關(guān)鍵指的是把兩個(gè)均具有NFC功能的設(shè)備進(jìn)行連接，從而使點(diǎn)和點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)把點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式作為前提，讓具備NFC功能的手機(jī)與計(jì)算機(jī)等相關(guān)設(shè)備，真正達(dá)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線連接與數(shù)據(jù)傳輸，并且在后續(xù)的關(guān)聯(lián)應(yīng)用中，不僅可為本地應(yīng)用，同時(shí)也可為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。因此，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式的應(yīng)用，對(duì)于不同設(shè)備間的迅速藍(lán)牙連接，及其通信數(shù)據(jù)傳輸方面有著十分重要的作用。

3.2 讀卡器模式

讀卡器模式的NFC通信作為非接觸讀卡器使用，可以從展覽信息電子標(biāo)簽、電影海報(bào)、廣告頁(yè)面等讀取相關(guān)信息。讀卡器模式的NFC手機(jī)可以從TAG中采集數(shù)據(jù)資源，按照一定的應(yīng)用需求完成信息處理功能，有些應(yīng)用功能可以直接在本地完成，有些需要與TD-LTE等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合完成?；谧x卡器模式的NFC應(yīng)用領(lǐng)域包括廣告讀取、車票讀取、電影院門票銷售等，比如電影海報(bào)后面貼有TAG標(biāo)簽，此時(shí)用戶就可以攜帶一個(gè)支持NFC協(xié)議的手機(jī)獲取電影信息，也可以連接購(gòu)買電影票。讀卡器NFC模式還可以支持公交車站點(diǎn)信息、旅游景點(diǎn)地圖信息的獲取，提高人們旅游交通的便捷性。

3.3 卡模擬形式

卡模擬形式關(guān)鍵指的是把具有NFC功能的設(shè)備進(jìn)行模擬，使之變成非接觸卡的模式，比如，銀行卡與門禁卡等。這種形式關(guān)鍵應(yīng)用于商場(chǎng)或者交通等非接觸性移動(dòng)支付當(dāng)中，在具體應(yīng)用過(guò)程中，用戶僅需把自身的手機(jī)或者其他有關(guān)的電子設(shè)備貼近讀卡器，同時(shí)輸入相應(yīng)密碼則可使交易達(dá)成。針對(duì)卡模擬形式中的卡片來(lái)講，其關(guān)鍵是經(jīng)過(guò)和非接觸讀卡器的RF域?qū)嵭泄╇娞幚?，這樣即便NFC設(shè)備無(wú)電也同樣可以繼續(xù)開(kāi)展工作。另外，針對(duì)卡模擬形式的應(yīng)用，還可經(jīng)過(guò)在具備NFC功能的相關(guān)設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，進(jìn)而把數(shù)據(jù)傳輸至對(duì)應(yīng)處理系統(tǒng)中做出有關(guān)處理，并且，這種形式還可應(yīng)用于禁系統(tǒng)與本地支付等各個(gè)方面。

4 國(guó)內(nèi)發(fā)展

早在2006年，中國(guó)便已出現(xiàn)了第一款NFC手機(jī)，諾基亞和中國(guó)移動(dòng)、飛利浦、易通卡公司在廈門試點(diǎn)NFC手機(jī)支付，用戶使用內(nèi)嵌NFC模塊的諾基亞3220手機(jī)，可在廈門市任何一個(gè)易通卡覆蓋的營(yíng)業(yè)網(wǎng)進(jìn)行支付?，F(xiàn)今，北京移動(dòng)用戶已經(jīng)可以到指定的營(yíng)業(yè)廳辦理更換支持NFC功能的SIM卡，并且使用NFC手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)刷手機(jī)乘坐公交地鐵。近些年，越來(lái)越多的中國(guó)廠商開(kāi)始嘗試研究并研發(fā)NFC設(shè)備。目前我國(guó)已經(jīng)成為NFCForum成員的單位有華為技術(shù)有限公司、中國(guó)移動(dòng)通信有限公司、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院等。目前NFC技術(shù)在中國(guó)主要應(yīng)用于門禁系統(tǒng)、電子付費(fèi)、手機(jī)游戲、健康保障、市場(chǎng)宣傳、零售及付費(fèi)、交通、旅行住宿、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。2017年，ofo小黃車的電子車鎖也開(kāi)始嘗試引進(jìn)NFC技術(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)鎖的控制。隨著物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市在國(guó)內(nèi)的持續(xù)發(fā)展，NFC技術(shù)可應(yīng)用的場(chǎng)景也將越來(lái)越多，在金融支付方面，銀聯(lián)與中國(guó)移動(dòng)以及廣發(fā)、光大等銀行已經(jīng)開(kāi)始著手推出基于NFC技術(shù)的手機(jī)錢包；在交通方面，支持NFC技術(shù)的手機(jī)已經(jīng)可以對(duì)公交卡充值，深圳一些公司也在合作研究NFC手機(jī)公交一卡通的解決方案；在媒體方面，NFC標(biāo)簽可以結(jié)合線上線下的信息，使商家了解廣告位的冷熱程度以及廣告的投放時(shí)效；對(duì)于圖書(shū)出版等行業(yè)，NFC技術(shù)既可以用作防偽，也可以用來(lái)增強(qiáng)圖書(shū)的互動(dòng)性與個(gè)性化；在通信行業(yè)，基于NFC技術(shù)的NFC數(shù)碼相機(jī)、NFC智能家電也開(kāi)始逐漸走入人們的生活。隨著NFC技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，NFC技術(shù)的規(guī)范和應(yīng)用規(guī)范始終保持了一個(gè)較高頻率的迭代更新，NFC技術(shù)也在持續(xù)融合和發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

近距離通訊業(yè)務(wù)與遠(yuǎn)程無(wú)線業(yè)務(wù)不同，近距離通訊業(yè)務(wù)解決的是設(shè)備與設(shè)備之間的非接觸性交流業(yè)務(wù)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的推出，近距離通訊業(yè)務(wù)會(huì)朝著解決設(shè)備近距離通訊交流的功用上發(fā)展。