NFC（近場通信）技術(shù)的移動應(yīng)用

1、概述

近幾年，網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，近距離無線通信技術(shù)正在成為關(guān)注的焦點(diǎn)，也意味著個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN）的日漸成熟。近距離無線通信技術(shù)包括了藍(lán)芽、802.11（Wi-Fi）、ZigBee、紅外（IrDA）、超寬頻（UWB）、近距離無線通信（NFC）等，它們都有其立足的特點(diǎn)，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；或著眼于功能的擴(kuò)充性；或符合某些單一應(yīng)用的特別要求等。但是沒有一種技術(shù)可以完美到足以滿足所有的要求。

NFC技術(shù)是在無線射頻識別技術(shù)（RFID）和互連技術(shù)二者整合基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，只要任意兩個設(shè)備靠近而不需要線纜接插，就可以實(shí)現(xiàn)相互間的通信，可以用于設(shè)備互聯(lián)、服務(wù)搜尋以及移動商務(wù)等廣泛的領(lǐng)域。

NFC作為一種簡單易用的近距離無線技術(shù)，由于其對消費(fèi)者的巨大吸引力以及便捷的使用方式，日前正迅速成為世界各地運(yùn)營商、手持設(shè)備制造商、信用卡公司和公共交通系統(tǒng)的首選技術(shù)，該技術(shù)可以進(jìn)行包括安全支付和票務(wù)等非接觸式交易。

2、NFC技術(shù)

2.1　NFC標(biāo)準(zhǔn)

NFC技術(shù)由Philips、Nokia和Sony主推的一種近距離無線通信技術(shù)（NFCIP-1），并向ECMA國際組織提交標(biāo)準(zhǔn)草案。這項開放技術(shù)規(guī)格NFCIP-1被認(rèn)可為ECMA-340標(biāo)準(zhǔn)，并由ECMA向ISO/IEC提交標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在該技術(shù)被批準(zhǔn)納入ISO/IEC18092。2003年NFCIP-1被ETSI批準(zhǔn)為TS 102 190 v1.1.1。為了兼容非接觸式智能卡，2004年NFC論壇又推出了NFCIP-2規(guī)范，并被相關(guān)組織批準(zhǔn)為ECMA-352、ISO/IEC 21481和ETSI TS 102 312 V1.1.1。

其中NFCIP-1標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定NFC設(shè)備的調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與RF接口的幀格式，以及主動與被動NFC模式初始化過程中，數(shù)據(jù)沖突控制所需的初始化方案和條件。此外，這些標(biāo)準(zhǔn)還定義了傳輸協(xié)議，其中包括協(xié)議啟動和數(shù)據(jù)交換方法等。

NFCIP-2則指定了一種靈活的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，用來檢測和選擇三種操作模式之一：NFC卡模擬模式、讀寫器模式和點(diǎn)對點(diǎn)通信模式。選擇既定模式以后，按照所選的模式進(jìn)行后續(xù)動作。網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還具體規(guī)定了RF接口測試方法（ISO/IEC 22536和ECMA-356）和協(xié)議測試方法（ISO/IEC 23917和ECMA-362）。這意味著符合NFCIP-2規(guī)范的產(chǎn)品將可以用作ISO/IEC 14443 A和B以及Felica（Proximity Cards）和ISO 15693（Vicinity Cards）的讀寫器。

2.2　NFC技術(shù)特點(diǎn)

NFC技術(shù)的要點(diǎn)有：

（1）在ISO/IEC 18092 NFCIP-1下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；

（2）以13.56MHz RFID技術(shù)為基礎(chǔ)；

（3）通信距離為20cm；

（4）與現(xiàn)有的非接觸式智能卡國際標(biāo)準(zhǔn)相兼容；

（5）數(shù)據(jù)傳輸速率106kbit/s、212 kbit/s或424kbit/s。

1.近距離感應(yīng)

NFC設(shè)備之間的極短距離接觸，主動通信模式為20cm，被動通信模式為10cm，讓信息能夠在NFC設(shè)備之間點(diǎn)對點(diǎn)快速傳遞。

2.安全的通信

除了極短距離通信先天的安全性；避免信息遭監(jiān)控與竄改。NFC的安全機(jī)制也可通過加/解密系統(tǒng)來確保移動裝置間的安全通信。數(shù)據(jù)安全方面除標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理，如DES、RSA、DSA、MD5等，讀卡機(jī)與卡之間也可相互認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲；

3.快速的處理速度

從NFC移動設(shè)備偵測、身份確認(rèn)到數(shù)據(jù)存取只需要約0.1s的時間即可完成。

4.服務(wù)的配對訪問

通過NFC技術(shù)可在單一移動設(shè)備上提供多種應(yīng)用服務(wù)。這些應(yīng)用服務(wù)一一對應(yīng)到移動設(shè)備上有，而啟用每一服務(wù)時必須輸入對應(yīng)的密鑰才能訪問，這樣的管理方式讓單一移動設(shè)備上的多個服務(wù)能夠確保其安全性。

5.主被動通信模式切換

手機(jī)內(nèi)信息既能夠被讀卡器讀取，手機(jī)本身也能作為讀卡器，還能實(shí)現(xiàn)兩個手機(jī)間的近距通信。

2.3　NFC設(shè)備

NFC設(shè)備是NFC通信的讀寫設(shè)備，可作為發(fā)起設(shè)備或目標(biāo)設(shè)備，集成于個人移動通信終端的NFC多媒體手機(jī)是目前發(fā)展的主流。

NFC標(biāo)簽是儲存數(shù)據(jù)的IC，可被NFC設(shè)備讀取，通常應(yīng)用在被動通信模式下。如符合ISO/IEC 14443規(guī)范的Philips公司的MIFARE卡和Sony公司的Felica卡。

2.4　通信模式

NFC通信通常在發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備間發(fā)生，任何的NFC裝置都可以為發(fā)起設(shè)備或目標(biāo)設(shè)備。兩者之間是以交流磁場方式相互耦合，并以ASK方式或FSK方式進(jìn)行載波調(diào)制，傳輸數(shù)字信號。發(fā)起設(shè)備產(chǎn)生無線射頻磁場來初始化NFCIP-1的通信（調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與RF接口的幀格式）。目標(biāo)設(shè)備則響應(yīng)發(fā)起設(shè)備所發(fā)出的命令，并選擇由發(fā)起設(shè)備所發(fā)出的或是自行產(chǎn)生的無線射頻磁場進(jìn)行通信。

1.主動模式

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。這是點(diǎn)對點(diǎn)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非�？焖俚倪B接設(shè)置。

圖1　主動通信模式

2.被動模式

在被動模式下，NFC發(fā)起設(shè)備（也叫主設(shè)備，啟動NFC通信的設(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106kbit/s、212kbit/s或424 kbit/s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，利用感應(yīng)的電動勢提供工作所需的電源，使用負(fù)載調(diào)制（Load Modulation）技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

圖2　被動通信模式

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。

3、NFC技術(shù)成功的關(guān)鍵因素

NFC存在著巨大的潛力去改變消費(fèi)者行為和消費(fèi)習(xí)慣，并為移動商務(wù)創(chuàng)造新的商機(jī)。其獨(dú)特的簡單操作方式使其特別方便消費(fèi)者使用，其具有的安全性使其成為付費(fèi)和金融應(yīng)用的理想選擇，這些都是這一技術(shù)得到普及的關(guān)鍵因素。

由于NFC設(shè)備將被用來存儲和交換更為敏感的信息，如手機(jī)支付中將涉及個人銀行帳戶和密碼。NFC設(shè)備交互過程中信息安全顯得尤為重要。目前對于NFC設(shè)備已經(jīng)提出了多種安全實(shí)施方案，但最終選擇哪種安全實(shí)施方案將受許多因素的影響。特別是NFC產(chǎn)業(yè)鏈中與安全應(yīng)用的所有權(quán)、不同參與者（移動運(yùn)營商、金融服務(wù)提供商和手機(jī)廠商等）之間形成的業(yè)務(wù)伙伴關(guān)系和利益分配關(guān)系，以及這些安全應(yīng)用實(shí)際的個性化過程都將在定義最佳實(shí)施方案時起重要的作用。

3.1　NFC+SIM卡安全模式

在這種情況下，SIM卡將托管移動商務(wù)應(yīng)用程序和安全密鑰。通過手機(jī)SIM卡在運(yùn)營商與手機(jī)用戶之間實(shí)現(xiàn)安全結(jié)算和身份識別，譬如可以把用戶的銀行卡信息與手機(jī)SIM卡相關(guān)聯(lián)。這是以運(yùn)營商為主導(dǎo)的支付模式，在這種方案下，顯然運(yùn)營商能在NFC產(chǎn)業(yè)鏈中獲得極為有利的位置，SIM卡只能由運(yùn)營商發(fā)放，運(yùn)營商能確保在信息交換過程中的參與權(quán)與設(shè)置控制權(quán)。

3.2　NFC+智能IC卡安全模式

這是一種機(jī)卡分離方案，通過把一個專用的智能加密芯片嵌入到手機(jī)內(nèi)部來實(shí)現(xiàn)安全通信。在這種情況下，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。這是以銀行為主導(dǎo)的支付模式，智能IC卡發(fā)行公司（銀行）將掌握著客戶關(guān)系和身份驗(yàn)證，管理了NFC的空中交易。運(yùn)營商則處于NPC產(chǎn)業(yè)鏈的下游為NFC產(chǎn)業(yè)提供通信服務(wù)，除增加了移動應(yīng)用的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量外，將很難獲得實(shí)質(zhì)性的好處。

3.3　NFC+SIM卡+智能IC卡安全模式

這個方案下消費(fèi)者可以將各種卡（銀行卡、公交卡、門禁卡等）將信息通過空中下載（OTA）的方式下載到NFC移動終端的SIM卡上，再用手機(jī)支付。這實(shí)際上是一種以第三支付機(jī)構(gòu)為主的支付模式。這是泛歐聯(lián)盟StoLPaN項目所倡導(dǎo)的開放式的商用和技術(shù)框架，這個第三方機(jī)構(gòu)獨(dú)立于運(yùn)營商和智能IC卡發(fā)行公司，但顯然會使整個NFC產(chǎn)業(yè)鏈拉得更長。

4、NFC移動應(yīng)用

手機(jī)是一機(jī)多用的通信、娛樂、攝像及導(dǎo)航工具，迅速成為我們唯一所需的便攜設(shè)備。通過將NFC集成到手機(jī)系統(tǒng)解決方案中，手機(jī)的可用性、多功能性及附加價值大大提升，安全付費(fèi)、對等連接以及接入無源的智能裝置中的信息都將成為現(xiàn)實(shí)。

NFC技術(shù)集成于個人移動通信終端，充分體現(xiàn)了信息傳輸、安全支付與移動電話一體化的設(shè)計概念，滿足了大多數(shù)消費(fèi)者喜歡移動電話交易的便利、易用和“時尚”。配備NFC的手機(jī)通過讓消費(fèi)者體驗(yàn)直觀的連接方式，進(jìn)而改變信息和服務(wù)的分配、付費(fèi)和訪問方式。NFC手機(jī)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(diǎn)對點(diǎn)通信以及輕松獲取信息。NFC這一前瞻性技術(shù)將有非常廣闊的應(yīng)用前景。

NFC裝置大致上可分成兩大類的應(yīng)用：標(biāo)簽與讀取器。當(dāng)NFC裝置當(dāng)成標(biāo)簽使用時，通常有以下幾種典型應(yīng)用：非接觸式付款、門禁卡、智能廣告發(fā)布及ID識別等。當(dāng)NFC裝置當(dāng)成讀取器時，多媒體信息傳輸（如電子名片交換、圖鈴交換和MP3音樂共享）以及下載智能廣告取得產(chǎn)品或活動的相關(guān)資訊。

其典型的應(yīng)用流程如圖3所示。

圖3　典型的NFC應(yīng)用場景

2006年6月中國移動福建公司廈門分公司和諾基亞、飛利浦、廈門易通卡等公司共同在廈門啟動中國首個NFC手機(jī)支付現(xiàn)場試驗(yàn)。百名志愿者使用具備NFC功能的諾基亞3220，可實(shí)現(xiàn)在廈門市任何一個廈門易通卡覆蓋的公交汽車、輪渡、餐廳、電影院、便利店等營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的手機(jī)支付，親身體驗(yàn)NFC技術(shù)帶來移動支付的便捷。

2007年由多家公司、大學(xué)和用戶組織共同成立泛歐聯(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(jī)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（Store Logistics and Payment with NFC StoLPaN）”，由歐盟委員會及信息社會技術(shù)（IST）項目共同投資，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(jī)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。

5、總結(jié)

目前，非接觸式應(yīng)用已經(jīng)在支付、交通票務(wù)等諸多行業(yè)得到普遍采用。這意味著在不久的將來，手機(jī)將可能成為現(xiàn)金和服務(wù)卡支付形式的補(bǔ)充。近期業(yè)界的一些動向，如今年年末倫敦將推出非接觸式支付卡和終端，以及GSM協(xié)會在NFC標(biāo)準(zhǔn)化方面做出的努力，清晰地表明業(yè)界了向非接觸式服務(wù)邁進(jìn)的決心。就全球各地NFC試驗(yàn)的效果而言，通過手機(jī)接入娛樂、信息和服務(wù)并進(jìn)行安全支付的簡單便捷性得到倡導(dǎo)移動生活方式的消費(fèi)者的青睞。