近場通信

NFC（Near Field Communication）又稱近場通信，是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi)。NFC作為一種近距離無線通信技術(shù)，能夠允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸交換數(shù)據(jù)。該技術(shù)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)，從非接觸式射頻識別技術(shù)（RFID）演變而來，基礎(chǔ)是RFID及互聯(lián)技術(shù)。使用NFC技術(shù)，我們可以使用手機(jī)識別身份證信息，進(jìn)行支付購物、公交刷卡、連接打印機(jī)打印、設(shè)備間數(shù)據(jù)交換以及從電子標(biāo)簽獲取信息等。

NFC的技術(shù)特點(diǎn)、工作應(yīng)用模式、通信模式以及硬件結(jié)構(gòu)將幫助我們深入了解NFC技術(shù)。

▲NFC使用場景

NFC技術(shù)特點(diǎn)

NFC廣泛的應(yīng)用與其獨(dú)有的技術(shù)特點(diǎn)密不可分，概括來講，NFC主要有以下三個特點(diǎn)：

第一、通信距離近。如果是主動—被動通信模式，即通信一端為帶電源的主動設(shè)備（如筆記本、一體機(jī)、手機(jī)等），而另一端為無電源的被動設(shè)備（如智能卡等），其通信距離小于10厘米；如果是主動—主動通信模式，即兩端都為帶電源的主動設(shè)備，其通信距離也僅有20厘米。

第二、傳輸速度快。其傳輸速度有3種，分別為106千比特/秒、212千比特/秒和424千比特/秒，設(shè)備間采用不同的調(diào)制編碼方式使用不同的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

第三、安全性高。近場通信采用加密通信方式，并且射頻范圍較小。

由于NFC手機(jī)采取安全單元SE芯片硬件加密和軟件加密相結(jié)合的方式，0.1秒內(nèi)即可完成ID與密鑰等數(shù)據(jù)傳遞，黑客在如此快速交換數(shù)據(jù)的條件下截獲并破譯無線電信號的幾率很小。此外，NFC要求的通信距離較RFID要近，一般在10厘米的距離內(nèi)，因此它的安全性也比RFID進(jìn)一步增強(qiáng)，同時也比現(xiàn)在的二維碼支付、音頻支付、聲波支付要安全很多。

NFC的工作應(yīng)用模式

NFC有3種工作應(yīng)用模式，分別是卡模擬模式、點(diǎn)對點(diǎn)模式和讀卡器模式，如圖2所示。NFC設(shè)備不斷在這3種工作模式間輪詢切換，使同一個設(shè)備可以支持這三種功能。

輪詢：是CPU調(diào)度的一種方式，由CPU定時發(fā)出詢問，依序詢問每一個周邊設(shè)備是否需要其服務(wù)，有即給予服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后再問下一個周邊，接著不斷周而復(fù)始。

▲NFC的3種工作模式

卡模擬模式，主要是將支持NFC的設(shè)備模擬成一張卡，比如門禁卡或者銀行卡，在刷門禁時，用戶只要靠近刷卡機(jī)即可開啟門禁，或者將設(shè)備靠近刷卡機(jī)，客戶輸入密碼確認(rèn)后即可進(jìn)行交易，如圖3所示。該模式下的應(yīng)用場景有電子錢包類應(yīng)用、磁條卡、票務(wù)應(yīng)用、ID類應(yīng)用。其中電子錢包類應(yīng)用如銀行卡、公交卡，磁條卡如優(yōu)惠券、磁條銀行卡，票務(wù)類如影劇票、機(jī)券，ID類應(yīng)用如門禁、會員卡。

▲卡模擬模式應(yīng)用場景

點(diǎn)對點(diǎn)模式，將兩個具備NFC功能的設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。多個具備NFC功能的數(shù)字相機(jī)、打印機(jī)、PDA電腦和手機(jī)，都可以進(jìn)行無線互聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。比如將支持NFC功能的打印機(jī)和手機(jī)連接后，通過手機(jī)拍攝的照片就可以快速在打印機(jī)上打印出來。

▲點(diǎn)對點(diǎn)模式應(yīng)用場景

讀卡器模式，將支持NFC的設(shè)備作為非接觸讀卡器使用，比如從海報或者展覽信息的電子標(biāo)簽中讀取信息。在該模式中具備讀寫功能的NFC設(shè)備，可以從電子標(biāo)簽中采集數(shù)據(jù)，然后根據(jù)應(yīng)用的要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，如圖5所示。比如獲取公交車站站點(diǎn)信息、公園地圖等信息。

▲讀卡器模式應(yīng)用場景

NFC的通信模式

NFC的通信模式分為主動模式和被動模式兩種。

主動模式下，每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)備發(fā)生數(shù)據(jù)時，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。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，可以獲得非常快速的連接設(shè)置。

▲主動通信模式

被動模式下，發(fā)起設(shè)備在整個通信過程中提供射頻場。其可選擇一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備，目標(biāo)設(shè)備不必產(chǎn)生射頻場，利用感應(yīng)的電動勢提供工作所需的電源，使用調(diào)制技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

▲被動通信模式

移動設(shè)備主要使用被動模式，可以大幅降低功耗，延長電池壽命。在應(yīng)用會話過程中，設(shè)備可以在發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間切換角色。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硬件結(jié)構(gòu)

NFC硬件結(jié)構(gòu)主要由NFC模擬前端和安全單元SE兩部分構(gòu)成。如圖8 所示，NFC模擬前端包含NFC控制器、天線；安全元件SE包含SIM卡、智能卡（IC、SAM)、SD卡。

▲NFC硬件結(jié)構(gòu)圖

在安全元件SE中，存儲了用手機(jī)進(jìn)行電子結(jié)算時所需要的機(jī)密信息，配備了帶有密鑰信息的存儲器以及進(jìn)行加密處理的處理器等。加密處理的步驟等方面。根據(jù)應(yīng)用需求的不同，安全元件SE可以安裝在便攜產(chǎn)品內(nèi)、SIM卡或是Micro SD存儲卡中。

其中，安全元件SE安裝在便攜產(chǎn)品內(nèi)的移動支付方案為全終端解決方案，安全元件SE為SIM卡的移動支付方案為NFC-SIM方案。安全元件SE為Micro SD卡的移動支付方案為NFC-SD方案。

目前銀聯(lián)首推SWP-SD方案，國內(nèi)三大運(yùn)營商中國聯(lián)通、中國電信、中國移動以SWP-SIM方案作為目標(biāo)方案。

總結(jié)及未來展望

2016年，Apple Pay進(jìn)入中國、手機(jī)公交卡、華為麒麟inSE方案和高通收購NXP等都是國內(nèi)NFC領(lǐng)域顛覆性的事件。手機(jī)以及可穿戴終端的移動支付讓NFC市場重燃，未來市場仍將大幅增長。美國知名市場研究機(jī)構(gòu)Research and Markets發(fā)布的2024年NFC市場分析預(yù)測報告稱，2024年全球NFC市場將達(dá)474.3億美元。報告指出，由于智能手機(jī)在發(fā)展中國家中的普及，該行業(yè)將在預(yù)測期內(nèi)實(shí)現(xiàn)大幅增長。

隨著NFC技術(shù)為可穿戴支付打開了新機(jī)遇，商家和支付行業(yè)應(yīng)做好充分準(zhǔn)備以滿足消費(fèi)者的需求。市場上最佳的可穿戴設(shè)備能夠提供快捷、方便和安全的支付體驗(yàn)，那些舍得在新科技設(shè)備上投入的消費(fèi)者當(dāng)然也期望能有更多的機(jī)會使用這些時髦的設(shè)備。為進(jìn)一步擴(kuò)大可穿戴設(shè)備的影響力，影響中國支付格局的各方需要進(jìn)行更多的合作。處理支付交易的主要機(jī)構(gòu)，包括銀行、發(fā)卡機(jī)構(gòu)和支付處理商等，更需要通過緊密的合作以確保消費(fèi)者可以在其可穿戴設(shè)備上使用自己所偏好的支付方式，并暢通無阻地在各個店面和服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行支付。此外，無論是在亞太地區(qū)還是中國，被市場主要競爭者（例如阿里巴巴）所采用的電子支付方式往往前景開闊。但同時，市場上也存在很多份額較小的本地支付方式，他們的并存使得整個支付界呈現(xiàn)分散式的格局。因此，傳統(tǒng)和創(chuàng)新的支付系統(tǒng)必須進(jìn)一步協(xié)調(diào)，才能使可穿戴支付技術(shù)在中國普及開來。

本文來源：今日科協(xié)