計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)NFC

1、 NFC發(fā)展歷史及原理技術(shù) 姓 名：吳文鑫學(xué) 號(hào)：1400170316專 業(yè)：軟件工程 年 級(jí)： 軟工 143學(xué) 院：軟件學(xué)院 2016 年3月30日- 1 -目 錄Ø發(fā)展歷史- 1 -Ø原理技術(shù)- 2 -²NFC主動(dòng)通信模式- 2 -²NFC與RFID區(qū)別- 2 -²NFC天線- 3 -²傳統(tǒng)比較- 3 -²發(fā)展前景- 4 -²NFC開環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈繁冗閉環(huán)前景樂(lè)觀- 5 -²試驗(yàn)地點(diǎn)- 6 -²標(biāo)簽種類- 6 -Ø 發(fā)展歷史大概在 2003 年，當(dāng)時(shí)的 philips 半導(dǎo)體和 Sony

2、 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(wú)線通訊技術(shù)。飛利浦派了一個(gè)團(tuán)隊(duì)到日本和sony工程師一起閉關(guān)三個(gè)月，然后聯(lián)合對(duì)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(wú)線通訊技術(shù)，取名NFC(Near Field Communication)。該技術(shù)規(guī)范定義了兩個(gè) NFC 設(shè)備之間基于 13.56MHz 頻率的無(wú)線通訊方式，在 NFC 的世界里沒(méi)有讀卡器，沒(méi)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(dòng)模式和被動(dòng)模式。并且分別定義了兩種模式的選擇和射頻場(chǎng)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

3、式和協(xié)議，說(shuō)白了就是解決了如何交換數(shù)據(jù)流的問(wèn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這就是 ISO18092，后來(lái)增加了 ISO15693 的兼容，形成新的 NFC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IP2，也就是 ISO21481。同時(shí)ECMA（歐洲計(jì)算機(jī)制造協(xié)會(huì)）也頒布了針對(duì) NFC 的標(biāo)準(zhǔn)，分別是 ECMA340和 ECMA352，對(duì)應(yīng)的是ISO180922  與ISO214813  ，其實(shí)兩個(gè)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(guò)，所幸的是，為了促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，ISO/IEC 18092：2013

4、 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(dòng)NFC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當(dāng)時(shí)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(dòng)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(shí)別一個(gè)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(shí)別同一個(gè)電子海報(bào)等等。這個(gè)技術(shù)由非接觸式射頻識(shí)別（RFID）演變而

5、來(lái)，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(chǎng)通信（Near Field Communication,NFC）是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi)。其傳輸速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三種。目前近場(chǎng)通信已通過(guò)成為ISO/IEC IS 18092國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、ECMA-340標(biāo)準(zhǔn)與ETSI TS 102 190標(biāo)準(zhǔn)。NFC采用主動(dòng)和被動(dòng)兩種讀取模式。NFC近場(chǎng)通信技術(shù)是由非接觸式射頻識(shí)別（RFID）及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來(lái)，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(duì)

6、點(diǎn)的功能，能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識(shí)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)。目前這項(xiàng)技術(shù)在日韓被廣泛應(yīng)用。手機(jī)用戶憑著配置了支付功能的手機(jī)就可以行遍全國(guó)：他們的手機(jī)可以用作機(jī)場(chǎng)登機(jī)驗(yàn)證、大廈的門禁鑰匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等等  。Ø 原理技術(shù)支持NFC的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)² NFC主動(dòng)通信模式在被動(dòng)模式下，啟動(dòng)NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備)，在整個(gè)通信過(guò)程中提供射頻場(chǎng)(RF-field)，。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速

7、度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺(tái)設(shè)備。另一臺(tái)設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場(chǎng)，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(jī)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(dòng)模式下，可以用相同的連接和初始化過(guò)程檢測(cè)非接觸式智能卡或NFC目標(biāo)設(shè)備，并與之建立聯(lián)系。圖為NFC主動(dòng)通信模式：5 ² NFC與RFID區(qū)別第一、NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對(duì)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

8、是信息交互。通俗的說(shuō)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(wú)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。 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(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，相對(duì)于RFID來(lái)說(shuō)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(duì)于消費(fèi)類電子設(shè)備相互通訊，有源RFID則更擅長(zhǎng)在長(zhǎng)距離識(shí)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(huì)引起一場(chǎng)技術(shù)上的

9、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(guò)NFC技術(shù)，手機(jī)支付、看電影、坐地鐵都能實(shí)現(xiàn)，將在我們的日常生活中發(fā)揮更大的作用。² NFC天線一種近場(chǎng)耦合天線，由于13.56Mhz波長(zhǎng)很長(zhǎng)，且讀寫距離很短，合適的耦合方式是磁場(chǎng)耦合，線圈是合適的耦合方式。由于手機(jī)之類的消費(fèi)型產(chǎn)品有很高的外觀要求，因此天線一般需要內(nèi)置。但是天線內(nèi)置后，天線就必須貼近主板或電池（都含有金屬導(dǎo)體成分）。這樣設(shè)計(jì)的后果是，天線會(huì)在導(dǎo)體表面產(chǎn)生渦流來(lái)削弱天線的磁場(chǎng)。因此，業(yè)界在手機(jī)中通常采用磁性薄膜（如TDK等公司生產(chǎn)）貼合FPC方式來(lái)做天線。一種新技術(shù)是磁性薄膜與FPC合一，

10、也即磁性FPC。² 傳統(tǒng)比較NFC和藍(lán)牙（Bluetooth）都是短程通信技術(shù)，而且都被集成到移動(dòng)電話。但NFC不需要復(fù)雜的設(shè)置程序。NFC也可以簡(jiǎn)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(wú)法達(dá)到低功率藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy）的速度。在兩臺(tái)NFC設(shè)備相互連接的設(shè)備識(shí)別過(guò)程中，使用NFC來(lái)替代人工設(shè)置會(huì)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

11、別適用于設(shè)備密集而傳輸變得困難的時(shí)候。相對(duì)于藍(lán)牙，NFC兼容于現(xiàn)有的被動(dòng) RFID (13.56 MHz ISO/IEC 18000-3) 設(shè)施。NFC的能量需求更低，與藍(lán)牙 V4.0低功耗協(xié)議類似。當(dāng)NFC在一臺(tái)無(wú)動(dòng)力的設(shè)備(比如一臺(tái)關(guān)機(jī)的手機(jī)，非接觸式智能信用卡，或是智能海報(bào))上工作時(shí)，NFC的能量消耗要小于低功耗藍(lán)牙 V4.0。對(duì)于移動(dòng)電話或是移動(dòng)消費(fèi)性電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，NFC的使用比較方便。NFC的短距離通信特性正是其優(yōu)點(diǎn)，由于耗電量低、一次只和一臺(tái)機(jī)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(shí)避免被盜用。NFC的目標(biāo)并非是取代藍(lán)牙等其他無(wú)線技術(shù)，而是在不同的場(chǎng)合、不同的領(lǐng)域

12、起到相互補(bǔ)充的作用。具體對(duì)比如下表：NFC藍(lán)牙紅外網(wǎng)絡(luò)類型點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)使用距離0.1m10m1m速度106、212、424、868、721、115Kbps2.1 Mbps1.0 Mbps建立時(shí)間< 0.1s6s0.5s安全性具備， 硬件實(shí)現(xiàn)具備，軟件實(shí)現(xiàn)不具備， 使用IRFM 時(shí)除外通信模式主動(dòng)-主動(dòng)/被動(dòng)主動(dòng)主動(dòng)主動(dòng)主動(dòng)成本低中低² 發(fā)展前景NFC具有成本低廉、方便易用和更富直觀性等特點(diǎn)，這讓它在某些領(lǐng)域顯得更具潛力NFC通過(guò)一個(gè)芯片、一根天線和一些軟件的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)各種設(shè)備在幾厘米范圍內(nèi)的通信，而費(fèi)用僅為23歐元。據(jù)ABIReasearch有關(guān)NFC有最新研究，

13、NFC市場(chǎng)可能發(fā)跡于移動(dòng)手持設(shè)備。ABI估計(jì)，到2005年以后，市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)采用NFC芯片的智能手機(jī)和增強(qiáng)型手持設(shè)備。到2009年，這種手持設(shè)備將占一半以上的市場(chǎng)。研究機(jī)構(gòu)Strategy Analytics預(yù)測(cè)，至2011年全球基于移動(dòng)電話的非接觸式支付額將超過(guò)360億美元。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。 NFC作為一種新興的技術(shù)，大致總結(jié)了藍(lán)牙技術(shù)協(xié)同工作能力差的弊病。不過(guò)，它的目標(biāo)并非是完全取代藍(lán)牙、Wi-Fi等其他無(wú)線技術(shù)，而是在不同的場(chǎng)合、不同的領(lǐng)域起到相互補(bǔ)充的作用。因?yàn)镹FC的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，僅為2

14、12Kbps，不適合諸如音視頻流等需要較高帶寬的應(yīng)用。而所謂RFID標(biāo)準(zhǔn)和NFC標(biāo)準(zhǔn)的沖突，是對(duì)NFC的一種誤解。NFC和RFID在物理層有相似之處，但其本身和RFID是兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，RFID僅僅是一種通過(guò)無(wú)線對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別技術(shù)，而NFC是一種無(wú)線通信方式，這種通信方式是交互的。² NFC開環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈繁冗閉環(huán)前景樂(lè)觀開環(huán)情況下的NFC支付有著繁冗的產(chǎn)業(yè)鏈，從手機(jī)OEM開始，NFC芯片供應(yīng)商、COS供應(yīng)商、eSE商都需要參與手機(jī)的設(shè)計(jì)，在手機(jī)OEM協(xié)調(diào)各供應(yīng)商之后，又存在手機(jī)生產(chǎn)的測(cè)試良品率的問(wèn)題。NFC手機(jī)出廠之后，不同廠商之間的手機(jī)存在不能互相交互的問(wèn)題，如果應(yīng)用在支付，就標(biāo)準(zhǔn)而言

15、，工信部必須審批確保手機(jī)在通信行業(yè)的準(zhǔn)入，銀聯(lián)和央行則把關(guān)NFC手機(jī)在開環(huán)支付領(lǐng)域的可用。在NFC經(jīng)常使用的交通領(lǐng)域，需要經(jīng)過(guò)住建部和交通部不同標(biāo)準(zhǔn)的支持問(wèn)題。從宏觀來(lái)說(shuō)，NFC支付需要經(jīng)歷TSM的利益爭(zhēng)奪，而微觀上，又需要經(jīng)過(guò)不同Type支持等問(wèn)題的考驗(yàn)。與此同時(shí)，這還是在沒(méi)有考慮NFC三大方案如何選擇的情況下的考慮，背后的卡商、方案商的利益和產(chǎn)業(yè)格局博弈更加復(fù)雜?？偠灾?，言而總之，NFC開環(huán)支付所需要牽扯的利益團(tuán)體較多，NFC產(chǎn)業(yè)鏈極其繁冗。鄧欣透露，在國(guó)企當(dāng)中，項(xiàng)目的實(shí)施可以獲得一定的國(guó)企補(bǔ)助。從這一個(gè)角度來(lái)講，NFC在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用會(huì)更加復(fù)雜。對(duì)于NFC的發(fā)展，有報(bào)告預(yù)測(cè)，2013年全球

16、NFC手機(jī)的銷售量將增長(zhǎng)156%，總量將達(dá)到4億臺(tái)，這就意味著，全球三分之一的智能手機(jī)都將支持NFC功能。預(yù)測(cè)是預(yù)測(cè)，現(xiàn)實(shí)仍然要面對(duì)現(xiàn)實(shí)，國(guó)內(nèi)的NFC應(yīng)用仍然很少，就北京的NFC支付商用而言，有業(yè)內(nèi)人士表示，可以用慘淡來(lái)形容。“中國(guó)移動(dòng)的NFC項(xiàng)目，是以發(fā)布會(huì)為結(jié)束?！?、“中國(guó)移動(dòng)的NFC項(xiàng)目更多的是形象工程”。鄧欣也認(rèn)為，NFC可以分為三個(gè)發(fā)展階段，樣品、產(chǎn)品和商品階段，國(guó)內(nèi)的NFC發(fā)展仍然是樣品階段，普通大眾非常少使用NFC支付。國(guó)內(nèi)的三大運(yùn)營(yíng)商攻守情況，中國(guó)移動(dòng)是處于守勢(shì)，而電信和聯(lián)通是處于攻勢(shì)。中國(guó)移動(dòng)為了留住用戶，向多應(yīng)用發(fā)展，NFC支付很大程度上是賣愿景給消費(fèi)者。而聯(lián)通有3G的優(yōu)勢(shì)

17、不急于推NFC，電信則不想成為NFC的“試驗(yàn)小白鼠”，但這兩個(gè)運(yùn)營(yíng)商出于增加用戶的考慮，對(duì)NFC仍然有期待。到了閉環(huán)當(dāng)中，應(yīng)用區(qū)域的用戶密集，使用也變的更加頻繁，以園區(qū)、用戶、集成商、運(yùn)營(yíng)商等團(tuán)體為主要的參與者，牽扯到的利益體不多，張武認(rèn)為：“隨著NFC手機(jī)的普及，不管是作為IC卡還是作為終端設(shè)備，園區(qū)一卡通必須支持NFC手機(jī)的應(yīng)用，前景是樂(lè)觀的，關(guān)鍵在于NFC手機(jī)的開放性、穩(wěn)定性、各大運(yùn)營(yíng)商標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一等?！编囆辣硎?，NFC手機(jī)一卡通8  也存在一個(gè)TSM的問(wèn)題，但不是運(yùn)營(yíng)商、銀聯(lián)等爭(zhēng)奪的TSM制高點(diǎn)，而是二三級(jí)TSM。在共同的TSM下，統(tǒng)一性得到保證，但需要一定的開放性，

18、才能讓應(yīng)用豐富。張武表示：“一卡通集成公司不但要做好NFC手機(jī)的應(yīng)用，還要不斷的開放標(biāo)準(zhǔn)的接口，允許使用單位、使用人員、第三方智能終端應(yīng)用開發(fā)商參與到NFC手機(jī)的應(yīng)用開發(fā)之中，讓園區(qū)一卡通成為一個(gè)更加開放、更加規(guī)范的應(yīng)用平臺(tái)?！?#178; 試驗(yàn)地點(diǎn)*美國(guó)，菲利浦斯球館（Philips Arena） 從2005年12月起，在美國(guó)的喬治亞州的亞特蘭大菲利浦斯球館，Visa和飛利浦就開始合作進(jìn)行主要的NFC測(cè)試-球迷們可以很輕松地在特許經(jīng)營(yíng)店和服裝店里買東西。另外，將具有NFC功能的手機(jī)放在嵌有NFC標(biāo)簽的海報(bào)前，他們還可以下載電影內(nèi)容，比如手機(jī)鈴聲，壁紙，屏保和最喜歡的明星及藝術(shù)家的剪報(bào)。另外的

19、合作伙伴還包括諾基亞、Cingular、Visa，Atlanta Spirit,Chase,ViVOTech。* 法國(guó)，卡昂2005年10月，在法國(guó)諾曼底的卡昂，飛利浦同法國(guó)電信，Orange，三星，LaSer零售集團(tuán)以及Vinci公園合作進(jìn)行了主要的多應(yīng)用NFC測(cè)試。在六個(gè)月的測(cè)試中，200位卡昂居民將使用嵌有飛利浦NFC芯片的三星D500手機(jī)在選定的零售點(diǎn)，公園設(shè)備進(jìn)行支付，并可下載著名旅游景點(diǎn)的信息，電影宣傳片以及汽車班次表。*臺(tái)灣，臺(tái)灣近端移動(dòng)電話服務(wù) 從2005年7月起，飛利浦就同臺(tái)灣近端移動(dòng)交易服務(wù)計(jì)劃聯(lián)盟(Proximity Mobile Transaction Service

20、Alliance; PMTSA)合作展示了一個(gè)可以利用NFC進(jìn)行安全支付的BenQ手機(jī)。在推動(dòng)NFC手機(jī)進(jìn)入臺(tái)灣公交網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中這可以說(shuō)是一個(gè)里程碑了。2007年NFC在中國(guó)大陸可謂是“應(yīng)用啟動(dòng)”之年，從8月開始，內(nèi)置NFC芯片的諾基亞6131i在包括北京、廈門、廣州在內(nèi)的數(shù)個(gè)城市公開發(fā)售。這款手機(jī)預(yù)下載了一項(xiàng)可以在市政交通系統(tǒng)使用的交通卡，使用該手機(jī)，用戶只需開設(shè)一個(gè)預(yù)付費(fèi)賬戶就可以購(gòu)買車票和在某些商場(chǎng)購(gòu)物。中國(guó)市場(chǎng)潛力巨大，NFC在中國(guó)商用無(wú)疑是個(gè)激動(dòng)人心的消息。中國(guó)有成百上千萬(wàn)人在公共交通中使用了非接觸式的市政交通“一卡通”，其中北京發(fā)售了1300萬(wàn)張，廣州發(fā)售了600萬(wàn)張，廈門發(fā)售了110萬(wàn)張。諾基亞與上述三地公交部門的應(yīng)用，在真正意義上拉開了NFC商用的序幕。² 標(biāo)簽種類NFC的基本標(biāo)簽類型有四種，以1至4來(lái)標(biāo)識(shí)，各有不同的格式與容量。這些標(biāo)簽類型格式的基礎(chǔ)是：ISO 14443的A與B類型