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前沿科技解讀丨近場通信——開啟全新近距離通信模式

2018-04-18 16:06:12 今日科協(xié)  點擊量: 評論 (0)
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頻率運行于20厘米距離內(nèi)。NFC作為一種近

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)備之間進行非接觸式點對點數(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),我們可以使用手機識別身份證信息,進行支付購物、公交刷卡、連接打印機打印、設(shè)備間數(shù)據(jù)交換以及從電子標簽獲取信息等。

NFC的技術(shù)特點、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

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

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、手機等),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進一步增強,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、點對點模式和讀卡器模式,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即可開啟門禁,或者將設(shè)備靠近刷卡機,客戶輸入密碼確認后即可進行交易,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、機券,ID類應(yīng)用如門禁、會員卡。

卡模擬模式應(yīng)用場景

點對點模式,將兩個具備NFC功能的設(shè)備連接,實現(xiàn)點對點數(shù)據(jù)傳輸。多個具備NFC功能的數(shù)字相機、打印機、PDA電腦和手機,都可以進行無線互聯(lián),進行數(shù)據(jù)傳輸。比如將支持NFC功能的打印機和手機連接后,通過手機拍攝的照片就可以快速在打印機上打印出來。

點對點模式應(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)進行相應(yīng)處理,如圖5所示。比如獲取公交車站站點信息、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)備和目標設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場,以便進行通信。這是點對點通信的標準模式,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)送到目標設(shè)備,目標設(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目標設(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,存儲了用手機進行電子結(jié)算時所需要的機密信息,配備了帶有密鑰信息的存儲器以及進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)三大運營商中國聯(lián)通、中國電信、中國移動以SWP-SIM方案作為目標方案。

總結(jié)及未來展望

2016年,Apple Pay進入中國、手機公交卡、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474.3億美元。報告指出,由于智能手機在發(fā)展中國家中的普及,該行業(yè)將在預(yù)測期內(nèi)實現(xiàn)大幅增長。

隨著NFC技術(shù)為可穿戴支付打開了新機遇,商家和支付行業(yè)應(yīng)做好充分準備以滿足消費者的需求。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,那些舍得在新科技設(shè)備上投入的消費者當然也期望能有更多的機會使用這些時髦的設(shè)備。為進一步擴大可穿戴設(shè)備的影響力,影響中國支付格局的各方需要進行更多的合作。處理支付交易的主要機構(gòu),包括銀行、發(fā)卡機構(gòu)和支付處理商等,更需要通過緊密的合作以確保消費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)點進行支付。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)

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責任編輯:售電衡衡

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