探討NFC近距離通訊技術(shù)

去年8月，北京地鐵開始全線支持刷手機乘車，用戶只需開通北京的市政交通一卡通，即可刷手機進(jìn)站，這個功能就是結(jié)合手機的NFC功能開發(fā)的。

本世紀(jì)初，當(dāng)人們還在把目光聚焦在介于通訊層面的五花八門的手機附加功能上時，移動支付這個全新的支付概念已經(jīng)進(jìn)入中國，這不但改變了人們賦予手機的傳統(tǒng)“身份”，更加顛覆了人們傳統(tǒng)觀念中的支付手段與支付方式。NFC技術(shù)在手機上的應(yīng)用，使得移動支付成為可能，這種技術(shù)尤其受到了年輕一族的熱捧。

目前NFC最廣泛的應(yīng)用是如上所說的手機地鐵票，在包括我國廣州在內(nèi)的多個地區(qū)試用該技術(shù)后，都得到了廣泛贊譽。方便的操作過程，將使NFC技術(shù)很有可能最終取代地鐵IC卡車票方案。

NFC近距離通訊技術(shù)

NFC近場通信（Near Field Communication，NFC），又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸（在十厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。這個技術(shù)由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，并向下兼容RFID，最早由Sony和Philips各自開發(fā)成功，主要用于手機等手持設(shè)備中提供M2M(Machine to Machine)的通信。由于近場通訊具有天然的安全性，因此，NFC技術(shù)被認(rèn)為在手機支付等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

NFC 芯片是具有相互通信功能，并具有計算能力，在Felica標(biāo)準(zhǔn)中還含有加密邏輯電路，MIFARE的后期標(biāo)準(zhǔn)也追加了加密/解密模塊(SAM)。

NFC標(biāo)準(zhǔn)兼容了索尼公司的FeliCaTM標(biāo)準(zhǔn)，以及ISO 14443 A，B，也就是使用飛利浦的MIFARE標(biāo)準(zhǔn)。在業(yè)界簡稱為TypeA，TypeB和TypeF，其中A，B為Mifare標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)為Felica標(biāo)準(zhǔn)。

為了推動 NFC 的發(fā)展和普及，業(yè)界創(chuàng)建了一個非營利性的標(biāo)準(zhǔn)組織——NFC Forum，促進(jìn) NFC 技術(shù)的實施和標(biāo)準(zhǔn)化，確保設(shè)備和服務(wù)之間協(xié)同合作。目前，NFC Forum在全球擁有數(shù)百個成員，包括：SONY、Phlips、LG、摩托羅拉、NXP、NEC、三星、atoam、Intel、其中中國成員有中國移動、華為、中興、上海同耀和***正隆等公司。

NFC技術(shù)特點

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，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。 其次，NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(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。最后，RFID更多的被應(yīng)用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上，而NFC則在門禁、公交、手機支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。

NFC、紅外、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。

支持NFC的設(shè)備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下，啟動NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備)，在整個通信過程中提供射頻場(RF-field)，如圖2所示。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設(shè)備。另一臺設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制(load modulation)技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。此通信機制與基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接觸式智能卡兼容，因此，NFC發(fā)起設(shè)備在被動模式下，可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標(biāo)設(shè)備，并與之建立聯(lián)系。

圖1：NFC主動通信模式

在主動模式下，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。如圖1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。這是對等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置。

圖2：NFC被動通信模式。

如圖2所示，移動設(shè)備主要以被動模式操作，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。在一個應(yīng)用會話過程中，NFC設(shè)備可以在發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間切換自己的角色。利用這項功能，電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備，而不是發(fā)起設(shè)備。

NFC技術(shù)的發(fā)展

2004年3月18日 為了推動 NFC 的發(fā)展和普及，NXP（原飛利浦半導(dǎo)體）、索尼和諾基亞創(chuàng)建了一個非贏利性的行業(yè)協(xié)會——NFC 論壇，旨在促進(jìn) NFC 技術(shù)的實施和標(biāo)準(zhǔn)化，確保設(shè)備和服務(wù)之間協(xié)同合作。截止2007年，NFC 論壇在全球擁有超過100個成員，包括：萬事達(dá)卡國際組織、松下電子工業(yè)有限公司、微軟公司、摩托羅拉公司、NEC 公司、瑞薩科技公司、三星公司、德州儀器制造公司和 Visa 國際組織。2006年7月復(fù)旦微電子成為首家加入NFC聯(lián)盟的中國企業(yè)，之后清華同方微電子也加入了NFC論壇。

NFC logo很好地表達(dá)了該技術(shù)的通信方式

2006年6月 NXP、諾基亞、中國移動廈門分公司與“廈門易通卡”在廈門展開NFC測試，該項合作是中國首次NFC手機支付的測試。2006年8月Nokia與銀聯(lián)商務(wù)公司宣布在上海啟動新的NFC測試，這是繼廈門之后在中國的第二個NFC試點項目，也是全球范圍首次進(jìn)行NFC空中下載試驗。參與測試使用的NFC手機均為NOKIA 3220。

2007年3月，由歐盟委員會及信息社會技術(shù)(IST)項目共同投資，多家公司、大學(xué)和用戶共同組織成立了泛歐聯(lián)盟，旨在開發(fā)開放式架構(gòu)，以進(jìn)一步開發(fā)和部署近距離無線通信(NFC)技術(shù)，并推動其在手機中的應(yīng)用。該項目名為“NFC在倉儲物流及支付領(lǐng)域的應(yīng)用(StoLPaN)”，旨在為應(yīng)用于移動設(shè)備、基于NFC的服務(wù)開發(fā)一個開放式的商用和技術(shù)框架。這些架構(gòu)將超越手機類型及服務(wù)性質(zhì)的限制，推動基于NFC的移動應(yīng)用在眾多行業(yè)市場中的部署。

在NXP、諾基亞、SONY這些巨頭的推動下，全球范圍開展了諸多的NFC試驗，進(jìn)一步促進(jìn)了NFC產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化運作及產(chǎn)業(yè)鏈的上下聯(lián)動，但在中國市場的推廣與發(fā)展仍然面臨著諸多的壁壘，對NFC在中國的市場我們持謹(jǐn)慎看好觀點，當(dāng)然國內(nèi)已經(jīng)有部分企業(yè)開始積極關(guān)注NFC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國移動成立了專門的NFC工作小組，并且中國移動與中國銀聯(lián)合資成立的聯(lián)動優(yōu)勢有著與日本NTT DoCoMo類似的集運營商和金融機構(gòu)的雙重優(yōu)勢，NFC在中國一旦獲得政策的支持與消費者認(rèn)可，市場將大規(guī)模發(fā)展，但這個至少需要到3年左右的時間。

將NFC集成到移動電話平臺

1．移動電話集成NFC的好處

擁有NFC的移動電話將會刺激消費者產(chǎn)生消費，為無線運營商、零售商和手機廠商帶來商機。配備NFC的電話通過讓消費者體驗直觀的連接方式，進(jìn)而改變信息和服務(wù)的分配、付費和訪問方式。NFC電話能夠進(jìn)行安全的移動支付和交易，還可以在移動過程中，方便地進(jìn)行點對點通信以及輕松獲取信息。越來越多的消費者都在用移動電話下載付費內(nèi)容，例如為其電話下載鈴聲(當(dāng)前，移動運營商10％到15％的收入都來自于下載鈴聲或基于Java的小游戲)。NFC提供的下一代標(biāo)準(zhǔn)化連接，將使消費者可以訪問海報、雜志和報刊亭等項目中的數(shù)字內(nèi)容(鈴聲、歌曲、游戲、Web鏈接、地址和優(yōu)惠券等)，還支持配備NFC的手機之間的點對點傳輸。現(xiàn)今的大多數(shù)手機都配備了藍(lán)牙(以后還有WiFi)相關(guān)功能，所以NFC可以充當(dāng)啟動設(shè)備，使電話之間的數(shù)據(jù)交換傳輸更加便捷。NFC還支持多臺手機間進(jìn)行多人游戲。當(dāng)今市場上的設(shè)備界面一點都不直觀，從而很難利用這項技術(shù)(例如，通過滾動菜單來選擇特定的藍(lán)牙設(shè)備)。NFC允許用戶與環(huán)境交互，無需瀏覽復(fù)雜的菜單或執(zhí)行復(fù)雜的設(shè)置程序。

2．確保安全性的架構(gòu)形式

將NFC集成到移動電話平臺考慮過各種架構(gòu)。下面是已有或正在實施的幾個架構(gòu)示例：NFC器件可以集成到電話功能蓋中，這與諾基亞為其3220機型開發(fā)的解決方案一致；NFC器件可以集成到電話主印刷電路板上，例如NFC器件可以集成到Wireless Dynamics公司最近發(fā)布的Secure Digital(SD)卡中。

為了支持像支付這樣的安全應(yīng)用，NFC可以和一個安全芯片配合(前面介紹的智能卡仿真模式)。在這方面，該領(lǐng)域的幾大廠商也都在考慮下面不同的選項：

NFC+SIM(用戶標(biāo)識模塊)安全模式：用一條或幾條線路將SIM卡連接到符合NFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式芯片。在這種情況下，SIM將托管移動商務(wù)應(yīng)用程序和安全密鑰。天線直接連接到NFC芯片。飛利浦目前制造的NFC和智能卡IC都支持雙線數(shù)字接口。NFC芯片和安全芯片之間的這個接口(S2C)與現(xiàn)有的非接觸式標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，并已提交給ECMA進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。繞過SIM保障NFC的安全：在這種情況下，將特定的智能卡器件安裝到電話功能蓋、電話主PCB或者甚至是SD卡中。支付/票證應(yīng)用程序和相關(guān)的安全密鑰則要存儲在智能卡IC中。將NFC和智能卡IC組合在單一封裝或芯片中，其單位成本最具吸引力，也可作為候選方案。還可能最終考慮將NFC與SIM卡和專用智能卡IC結(jié)合在一起，由后面二者提供安全性能。實際上，最終選擇哪種NFC和安全實施方案將受許多因素的影響。安全應(yīng)用的所有權(quán)、不同參與者(移動運營商、金融服務(wù)提供商和手機廠商等)之間形成的業(yè)務(wù)伙伴關(guān)系，以及這些安全應(yīng)用實際的個性化過程都將在定義最佳實施方案時起重要的作用。

NFC與RFID區(qū)別

第一、NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點對點功能整合進(jìn)一塊單芯片，而rfid必須有閱讀器和標(biāo)簽組成。RFID只能實現(xiàn)信息的讀取以及判定，而NFC技術(shù)則強調(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手機之間的數(shù)據(jù)通信。

第二、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。

第三、應(yīng)用方向不同。NFC目前來看更多的是針對于消費類電子設(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將成為日后手機最重要的標(biāo)配，通過NFC技術(shù)，手機支付、看電影、坐地鐵都能實現(xiàn)，將在我們的日常生活中發(fā)揮更大的作用。

NFC與藍(lán)牙的區(qū)別

NFC和藍(lán)牙（Bluetooth）都是短程通信技術(shù)，而且都被集成到移動電話。但NFC不需要復(fù)雜的設(shè)置程序。NFC也可以簡化藍(lán)牙連接。

NFC略勝藍(lán)牙的地方在于設(shè)置程序較短，但無法達(dá)到低功率藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy）的速度。在兩臺NFC設(shè)備相互連接的設(shè)備識別過程中，使用NFC來替代人工設(shè)置會使創(chuàng)建連接的速度大大加快：少于十分之一秒。NFC的最大數(shù)據(jù)傳輸量424 kbit/s遠(yuǎn)小于Bluetooth V2.1 (2.1 Mbit/s)。

雖然NFC在傳輸速度與距離比不上藍(lán)牙(小于20 cm)，但相應(yīng)可以減少不必要的干擾。這讓NFC特別適用于設(shè)備密集而傳輸變得困難的時候。相對于藍(lán)牙，NFC兼容于現(xiàn)有的被動RFID (13.56 MHzISO/IEC 18000-3)設(shè)施。NFC的能量需求更低，與藍(lán)牙V4.0低能協(xié)議類似。當(dāng)NFC在一臺無動力的設(shè)備(比如一臺關(guān)機的手機，非接觸式智能信用卡，或是智能海報)上工作時，NFC的能量消耗會要大于低能藍(lán)牙V4.0。對于移動電話或是移動消費性電子產(chǎn)品來說，NFC的使用比較方便。NFC的短距離通信特性正是其優(yōu)點，由于耗電量低、一次只和一臺機器鏈接，擁有較高的保密性與安全性，NFC有利于信用卡交易時避免被盜用。NFC的目標(biāo)并非是取代藍(lán)牙等其他無線技術(shù)，而是在不同的場合、不同的領(lǐng)域起到相互補充的作用。

NFC的應(yīng)用

NFC作為設(shè)備對設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。其應(yīng)用廣泛，NFC應(yīng)用可以分為四個基本類型。1. NFC用于智能媒體

對于配備NFC的電話，利用其讀寫器功能，用戶只需接觸智能媒體即可獲取豐富的信息或下載相關(guān)內(nèi)容。此智能媒體帶有一個成本很低的RFID(嵌入或附加在海報中)標(biāo)簽，可以通過移動電話讀取，借此發(fā)現(xiàn)當(dāng)前環(huán)境下豐富多樣的服務(wù)項目。并且手機可以啟動移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請求，并立即按比例增加運營商的網(wǎng)絡(luò)流量。運營商可以投資這個“即時滿足”工具，通過鈴聲下載、移動游戲和其他收費的增值服務(wù)來增加收入。

2. NFC用于付款和購票等

最早在移動電話上使用非接觸式智能卡，只是將卡粘到電話中。也并未通過非接觸式卡提供任何增值服務(wù)，而且也不利用移動電話的功能或移動電話網(wǎng)絡(luò)。之后經(jīng)過改進(jìn)，雖將非接觸式智能卡集成到電話中，但仍然是基于傳統(tǒng)智能卡部署的封閉系統(tǒng)。我們現(xiàn)在正見證向NFC電話發(fā)展的趨勢，這種電話充分利用移動電話功能和移動電話網(wǎng)絡(luò)，還提供卡讀寫器和設(shè)備對設(shè)備連接功能。

使用非接觸式智能卡的支付方式在美國和亞太地區(qū)發(fā)展勢頭良好。Visa、MasterCard和美國運通等信用卡的內(nèi)置支付程序可以安全地存儲在設(shè)備上的安全I(xiàn)C內(nèi)。這樣，NFC電話就可以充分利用現(xiàn)有的支付基礎(chǔ)架構(gòu)，并能夠支持移動電話公司的新服務(wù)項目。

3. NFC用于電子票證電子票證是以電子方式存儲的訪問權(quán)限，消費者可以購買此權(quán)限以獲得娛樂場所的入場權(quán)。整個電子票證購買過程只需幾秒鐘，對消費者而言非常簡單便捷。在收集并確認(rèn)了消費者的支付信息后，電子票證將自動傳輸?shù)较M者的移動電話或安全芯片中。

用戶將移動電話靠近自動售票終端，即開始交易。用戶與服務(wù)設(shè)備充分交互，然后通過在移動電話上確認(rèn)交易，完成購買過程。到娛樂場所時，用戶只需將自己的移動電話靠近安裝在入口轉(zhuǎn)柵上的閱讀器即可，閱讀器在檢查了票證的有效性后允許進(jìn)入。4. NFC用于連接和作為無線啟動設(shè)備

消費者希望無線連接簡單便捷，但對消費者承諾的便利性和移動性卻仍未兌現(xiàn)。雖然使用方便已成為消費者優(yōu)先選擇的主要動因，但安全性能也是一種必要的因素。

NFC具有成本低廉、方便易用和更富直觀性等特點，這讓它在某些領(lǐng)域顯得更具潛力。如果NFC技術(shù)能得到普及，它將在很大程度上改變?nèi)藗兪褂迷S多電子設(shè)備的方式，甚至改變使用信用卡、鑰匙和現(xiàn)金的方式。