近場通信業(yè)務(wù)技術(shù)研究

摘要

近場通信業(yè)務(wù)是移動通信領(lǐng)域的一種新型業(yè)務(wù)。本文介紹了近場通信業(yè)務(wù)特征、業(yè)務(wù)模式、業(yè)務(wù)框架、業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成、業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀等方面的內(nèi)容。

1  引言

近場通信業(yè)務(wù)結(jié)合了近場通信技術(shù)和移動通信技術(shù)，實現(xiàn)了電子支付、身份認(rèn)證、票務(wù)、數(shù)據(jù)交換、防偽、廣告等多種功能，是移動通信領(lǐng)域的一種新型業(yè)務(wù)。近場通信業(yè)務(wù)改變了用戶使用移動電話的方式，使用戶的消費行為逐步走向電子化，建立了一種新型的用戶消費和業(yè)務(wù)模式。

2  業(yè)務(wù)特征

近場通信是基于RFID技術(shù)發(fā)展起來的一種近距離無線通信技術(shù)。與RFID一樣，近場通信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。近場通信的傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達(dá)到0~1m，但由于近場通信采取了獨特的信號衰減技術(shù)，相對于RFID來說近場通信具有成本低、帶寬高、能耗低等特點。RFID更多的被應(yīng)用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上，而近場通信則在門禁、公交、手機支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。

近場通信技術(shù)主要特征如下：

（1）用于近距離（10cm以內(nèi)）安全通信的無線通信技術(shù)。

（2）射頻頻率：13.56MHz。

（3）射頻兼容：ISO 14443，ISO 15693，F(xiàn)elica標(biāo)準(zhǔn)。

（4）數(shù)據(jù)傳輸速度：106kbit/s，212 kbit/s，424kbit/s。

從上述特征看出，近場通信技術(shù)主要基于13.56MHz頻率運行的射頻技術(shù)，典型操作距離只有幾厘米，運行距離范圍在10cm內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸速度可以選擇106kbit/s，212kbit/s或424kbit/s，將來可提高至1Mbit/s左右。

近場通信技術(shù)是由Nokia，Philips，Sony合作制定的標(biāo)準(zhǔn)，在ISO 18092，ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推動標(biāo)準(zhǔn)化，同時也兼容應(yīng)用廣泛的ISO 14443 Type-A，B以及Felica標(biāo)準(zhǔn)非接觸式智能卡的基礎(chǔ)架構(gòu)。近場通信標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定近場通信設(shè)備的調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與RF接口的幀格式，以及主動與被動近場通信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，此外還定義了傳輸協(xié)議，包括協(xié)議啟動和數(shù)據(jù)交換方法等。

3  業(yè)務(wù)模式

近場通信業(yè)務(wù)支持三種工作模式。

3.1  卡模擬模式

移動臺可以模擬成為一張普通的非接觸卡，例如移動支付、移動票務(wù)、身份識別等。

應(yīng)用舉例：非接觸式移動臺模擬成為銀行卡、門禁卡、電子票等，非接觸式移動臺與其它終端進(jìn)行交互。

3.2  閱讀器模式

移動臺可以讀取一張非接觸卡或者一個非接觸標(biāo)簽中的內(nèi)容，例如虛擬書簽、廣告等。

應(yīng)用舉例：如電子海報，在該應(yīng)用中，非接觸式移動臺與嵌入在海報內(nèi)的非接觸模塊進(jìn)行交互，移動臺主動讀取卡片或標(biāo)簽內(nèi)的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

3.3  點對點通訊模式

兩個移動臺可以近距離內(nèi)互相直接傳遞數(shù)據(jù)，例如同步日程表、游戲、分享傳輸內(nèi)容等。

應(yīng)用舉例：兩部非接觸式移動臺互傳或同步數(shù)據(jù)，例如圖片、音樂、鈴音等。

近場通信業(yè)務(wù)在三種工作模式下的具體應(yīng)用如表1所示。

表1  近場通信業(yè)務(wù)在三種工作模式下的具體應(yīng)用

近場通信移動臺支持多種業(yè)務(wù)應(yīng)用，可以實現(xiàn)卡模擬、閱讀器、點對點通信的功能應(yīng)用。將近場通信技術(shù)與數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)相結(jié)合，再配合各種業(yè)務(wù)設(shè)備系統(tǒng)，近場通信業(yè)務(wù)支持卡片管理、應(yīng)用下載、應(yīng)用管理、密鑰管理、證書管理等功能，并實現(xiàn)空中發(fā)卡、空中充值、線下小額支付、身份識別、標(biāo)簽讀取和信息交換等應(yīng)用。

4  業(yè)務(wù)框架

近場通信業(yè)務(wù)整體框架采用GP的多應(yīng)用框架，在SIM/UIM卡上安裝了多個應(yīng)用，被分隔為若干個獨立的安全域，以保證多個應(yīng)用相互之間的隔離以及獨立性，各個應(yīng)用提供商管理各自的安全域以及應(yīng)用、應(yīng)用數(shù)據(jù)等。

近場通信業(yè)務(wù)整體框架要求滿足由Global Platform組織制定的GP 2.1.1或GP 2.2規(guī)范。整個近場通信業(yè)務(wù)框架包括三個部分：卡片發(fā)行商、應(yīng)用提供商和用戶。

4.1  卡片發(fā)行商

負(fù)責(zé)卡片的發(fā)行和管理功能，擁有卡片管理系統(tǒng)、密鑰管理系統(tǒng)和證書管理系統(tǒng)設(shè)備，其中僅在非對稱密鑰情況下使用證書管理系統(tǒng)�？ㄆ�發(fā)行商對卡的資源和生命周期、密鑰、證書進(jìn)行管理，對其他應(yīng)用提供商的安全域進(jìn)行創(chuàng)建以及對管理員權(quán)限的管理，并與其他安全域交互應(yīng)用數(shù)據(jù)。卡片發(fā)行商一般是運營商，例如中國聯(lián)通。

4.2  應(yīng)用提供商：

負(fù)責(zé)近場通信業(yè)務(wù)應(yīng)用的提供和管理功能，提供應(yīng)用管理系統(tǒng)、密鑰管理系統(tǒng)、證書管理系統(tǒng)設(shè)備，其中僅在非對稱密鑰情況下使用證書管理系統(tǒng)設(shè)備。應(yīng)用提供商提供各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，并對卡片的安全域進(jìn)行管理，對其安全域的應(yīng)用密鑰、證書、數(shù)據(jù)等進(jìn)行控制，提供應(yīng)用的安全下載功能。應(yīng)用提供商可以是運營商、銀行、公交公司、零售商戶等。

4.3  用戶

負(fù)責(zé)近場通信業(yè)務(wù)應(yīng)用的下載、安裝和使用。用戶通過與卡片發(fā)行商和應(yīng)用提供商交互，對移動臺和SIM/UIM卡進(jìn)行操作，在安全域內(nèi)下載及安裝新的應(yīng)用后，使用提供的各種業(yè)務(wù)應(yīng)用。

5  業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成

5.1  用戶卡

（1）支持SWP協(xié)議

利用SIM卡上現(xiàn)在沒有被使用的C6管腳進(jìn)行SWP的通訊。用戶卡通過沒有被使用的C6管腳與近場通信芯片相連，以保證近場通信芯片與用戶卡之間進(jìn)行SWP的通訊，以支持非接觸交易，同時也必須能夠兼容ISO7816接口保證卡原有的移動通訊業(yè)務(wù)的正常使用（見圖1）。

圖1  支持SWP協(xié)議

（2）支持多線程操作模式

用戶可以使用多個近場通信業(yè)務(wù)，要求卡片上的多個應(yīng)用應(yīng)允許同時處于激活狀態(tài)。因此，SIM卡片的整體架構(gòu)必須能夠支持多線程或者多任務(wù)操作。

（3）支持GP框架

為保證卡上交易應(yīng)用的安全性以及交易應(yīng)用的空中下載，要求按照Global Platform 2.1.1要求實現(xiàn)用戶卡的應(yīng)用管理架構(gòu)。

（4）支持Java卡標(biāo)準(zhǔn)

為保證行業(yè)應(yīng)用提供商及可信任的第三方能夠獨立開發(fā)交易應(yīng)用，用戶卡應(yīng)同時支持Java卡標(biāo)準(zhǔn)，以保證卡片及應(yīng)用的互操作性，要求支持Javacard 2.2.1。

（5）支持BIP功能

為了使運營商能夠提供更多元化的動態(tài)服務(wù)，需要保證高速的數(shù)據(jù)傳輸，移動臺與非接觸式用戶卡之間要滿足對BIP（Bearer Independent Protocol）功能的支持。

5.2  終端

移動臺要求集成近場通信控制芯片及天線，支持單線協(xié)議，保證近場通信控制芯片與用戶卡之間的數(shù)據(jù)通信和處理。

（1）集成近場通信芯片及天線以支持SWP協(xié)議。

（2）將近場通信芯片與用戶卡的第六管腳相連，以保證近場通信芯片與用戶卡的通訊。

（3）支持HCI協(xié)議并實現(xiàn)手機主控芯片與近場通信芯片的通訊。

（4）實現(xiàn)BIP協(xié)議以支持用戶卡通過TCP/IP通道與遠(yuǎn)端服務(wù)器進(jìn)行通訊。

5.3  業(yè)務(wù)管理平臺

業(yè)務(wù)管理平臺由卡片發(fā)行商管理平臺和應(yīng)用提供商管理平臺組成，卡片發(fā)行商管理平臺由卡片管理系統(tǒng)、應(yīng)用管理系統(tǒng)（用于自有應(yīng)用）、密鑰管理系統(tǒng)、證書管理系統(tǒng)組成。應(yīng)用提供方管理平臺由應(yīng)用管理系統(tǒng)、密鑰管理系統(tǒng)、證書管理系統(tǒng)組成。其中，證書管理系統(tǒng)僅在非對稱密鑰情況下使用，在對稱密鑰情況下不使用。這些設(shè)備可以合設(shè)在一個物理實體上，也可以各自成為一個單獨物理實體。

（1）卡片管理系統(tǒng)

卡片管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)外部系統(tǒng)與卡片及卡片上應(yīng)用通信的安全管理，同時也負(fù)責(zé)管理用戶數(shù)據(jù)及卡片基本數(shù)據(jù)，并且連接到應(yīng)用管理系統(tǒng)為應(yīng)用管理提供相應(yīng)支持。卡片管理系統(tǒng)由運營商負(fù)責(zé)管理。

（2）應(yīng)用管理系統(tǒng)

應(yīng)用管理系統(tǒng)主要用于管理卡片上的安全域、運營商自有應(yīng)用以及第三方應(yīng)用的上載、創(chuàng)建、刪除、更新等。運營商、應(yīng)用提供商（例如銀行等）或者是授權(quán)許可的服務(wù)提供商均可以建設(shè)管理自己的應(yīng)用管理系統(tǒng)。

（3）密鑰管理系統(tǒng)

卡片管理系統(tǒng)及應(yīng)用管理系統(tǒng)均具有內(nèi)置的獨立密鑰管理模塊，負(fù)責(zé)卡片及應(yīng)用初始密鑰的導(dǎo)入、存儲及生成。根據(jù)實際的需要，密鑰管理模塊也可以擴展為獨立的密鑰管理系統(tǒng)。應(yīng)用提供商建立私有的密鑰體系來負(fù)責(zé)應(yīng)用的密鑰管理，供自有或可信任的第三方的應(yīng)用管理系統(tǒng)使用。各個密鑰系統(tǒng)之間相互隔離，以便為卡片及應(yīng)用提供相互隔離的安全環(huán)境。

（4）證書管理系統(tǒng)

在使用非對稱密鑰時需要證書管理功能。證書管理用于安全域、卡外實體（卡片發(fā)行商、應(yīng)用提供商）的證書管理，包括證書的申請、注銷和其他生命周期管理。

證書管理系統(tǒng)保留卡中所有證書的備份，并且支持證書鏈的認(rèn)證�？ǘ说淖C書被存儲在支持非對稱安全信道協(xié)議“SCP10”的安全域中，通過APDU接口進(jìn)行STK方式或者其他方式調(diào)用。證書管理系統(tǒng)可以將卡片發(fā)行商或應(yīng)用提供商發(fā)放的證書下載至卡相關(guān)安全域中。

6  近場通信業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀

6.1  國外

NTT DoCoMo是日本最大的移動運營商，擁有5000多萬用戶，占全國市場的56％，該公司2004年7月推出基于Sony公司的Felica技術(shù)的手機支付業(yè)務(wù)。Felica是Sony公司推出的非接觸式智能卡，其主要優(yōu)勢是方便、快捷、無需插入讀寫槽就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送等。使用這種手機支付業(yè)務(wù)，可以節(jié)約付款時間20％~30％，大大提高了相關(guān)商戶的運營效率，節(jié)省了客戶的支付時間，具有方便、安全、大容量等優(yōu)勢，僅用一年多的時間就發(fā)展用戶1000多萬人，簽約商戶28000家，自動售貨機6000多臺，增長速度十分驚人。這種手機支付業(yè)務(wù)用手機逐步替代人們在錢包中放置的所有物品，即現(xiàn)鈔、銀行卡、會員卡、積分卡、鑰匙、車船飛機票、影劇和旅游景點門票以及證件等。

使用近場通信技術(shù)的下一代移動電話應(yīng)用系統(tǒng)最近在北美進(jìn)行了首次大規(guī)模測試，地點設(shè)在亞特蘭大體育館菲利浦斯球館(Philips Arena)。在這次試驗中，持有季票并擁有大通銀行Visa信用卡和辛格勒無線賬戶的球迷(大約有250位)可以在售物臺無接觸付費。通過內(nèi)置飛利浦近場通信芯片和ViVOtech軟件的諾基亞3220移動電話，用戶可在接近POS終端的位置進(jìn)行安全支付和購物。ViVOtech公司在整個菲利普斯球館中部署了156個非接觸式POS機閱讀器。

6.2  國內(nèi)

2006年6月，諾基亞、廈門移動、廈門易通卡公司、飛利浦公司共同在廈門啟動中國首個近場通信手機支付現(xiàn)場試驗，使用具備近場通信功能的手機實現(xiàn)了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)點的手機支付。

2006年8月1日，諾基亞與銀聯(lián)商務(wù)公司在上海啟動國內(nèi)第二個近場通信測試，也是全球范圍首次進(jìn)行近場通信空中下載試驗。2007年底，中國銀聯(lián)支持近場通信技術(shù)的手機支付測試將在上海的浦東商業(yè)區(qū)展開，包括八百伴和正大廣場的購物中心。

2007年3月13日開始正式在上海推出近場通信技術(shù)移動認(rèn)證業(yè)務(wù)。這個業(yè)務(wù)由諾基亞公司和上海質(zhì)監(jiān)、上海消防聯(lián)合實施。執(zhí)法人員只需持定制防偽應(yīng)用的近場通信手機，即可隨時隨地讀取煙花爆竹所貼電子標(biāo)簽的全球惟一識別碼，并實時上傳至防偽服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫校驗。

7  結(jié)束語

作為一種新興的近距離無線通信技術(shù)，近場通信技術(shù)應(yīng)用在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注。近場通信芯片裝在手機上，手機就可以實現(xiàn)小額電子支付和讀取其他近場通信設(shè)備或標(biāo)簽的信息。近場通信的短距離交互大大簡化整個認(rèn)證識別過程，使電子設(shè)備間互相訪問更直接、更安全和更清楚。通過近場通信，電腦、數(shù)碼相機、手機、PDA等多個設(shè)備之間可以很方便快捷地進(jìn)行無線連接，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和服務(wù)。目前，近場通信技術(shù)已成功地在手機支付、門禁、各種POS終端，以及各種自動收費等應(yīng)用中找到了自己的用武之地，在未來的普及化應(yīng)用指日可待。