NFC近距离传输方案解析

　　2012年伴随着移动互联网的快速发展，智能手机在厂家、运营商等多方推动下继续快速发展。智能手机的硬件技术在过去的一年中有了质的飞跃，双核处理器几乎成为了标配。在这一领域，ARM架构大行其道，占据了垄断地位。为了迎击ARM，Intel公司推出低功耗处理器Atom，意欲在移动互联网上和ARM一较高下。

　　NFC简介

　　近场通讯（Near Field Communication，简称NFC），又称近距离无线通讯，是一种短距离的高频无线通讯技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点资料传输，在十厘米（3.9英吋）内，交换资料。

　　这个技术由免接触式射频识别（RFID）演变而来，并向下兼容RFID，由于近场通讯具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。

　　芯片结构图

　　NFC工作模式

　　卡模式（Card emulation）：这个模式其实就是相当于一张采用RFID技术的IC卡。可以替代现在大量的IC卡（包括信用卡）场合商场刷卡、公交卡、门禁管制，车票，门票等等。此种方式下，有一个极大的优点，那就是卡片通过非接触读卡器的 RF 域来供电，即便是寄主设备（如手机）没电也可以工作。

　　点对点模式（P2P mode）：这个模式和红外差不多，可用于数据交换，只是传输距离比较短，传输建立速度快很多，传输速度也快些，功耗低（蓝牙也类似）。将两个具备 NFC 功能的设备链接，能实现数据点对点传输，如下载音乐，交换图片或者同步设备地址薄。因此通过NFC，多个设备如数字相机，PDA，计算机，手机之间，都可以交换资料或者服务。

　　读卡器模式（Reader/writer mode）：作为非接触读卡器使用，比如从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息。

　　NFC技术在未来的机遇

　　其实现在已经出现了很多基于NFC的应用，如移动（电子）票务，移动/手机支付（前述的google wallet），数据共享。而在未来，尤其是方兴未艾的物联网和移动互联网则赋予了NFC技术更多的前景，比如：

　　1. 各种电子标签识别，在物联网时代，任何物品都是数字化的，因此，很可能具有一个电子标签，这个电子标签可能就是一个RFID tag（类似取代现在的条形码，但成本高点，但高不了多少），只需要将NFC设备（如手机）靠近任何物品/商品。即可以通过网络获取物品的相关信息（对于有些商品，可以直接将信息存储在电子标签里，但可能增加成本）。

　　2. 点对点付款，这和普通的手机支付不同，点对点付款是指两个人直接用NFC设备（如手机）进行交易，比如A要给B n元钱，直接两个人连上就可以完成转账。（这个安全性很重要，而NFC的安全性貌似有很多保障，手机掉了通过远程手段锁定NFC功能）。

　　3. 各种身份识别，也许未来，可能做到，一个带NFC的手机就能作为身份的证明（不过这也感觉很可怕）。

　　4. 各种场合的信息记录，如医院，也许以后病例直接能够写到NFC设备中。

　　一句话，也许在未来，各种卡片，各种门票，火车票，各种证件都会消失，只剩下一个手机（就像手机曾经干掉MP3，MP4一样），而一个手机，里面几乎能干所有的事。

　　NFC技术详细介绍

　　1.NFC标准

　　NFC技术由Philips、Nokia和Sony主推的一种近距离无线通信技术（NFCIP-1），并向ECMA国际组织提交标准草案。这项开放技术规格NFCIP-1被认可为ECMA-340标准，并由ECMA向ISO/IEC提交标准，现在该技术被批准纳入ISO/IEC18092(＄0.1170)。2003年NFCIP-1被ETSI批准为TS 102 190 v1.1.1。为了兼容非接触式智能卡，2004年NFC论坛又推出了NFCIP-2规范，并被相关组织批准为ECMA-352、ISO/IEC 21481和ETSI TS 102 312 V1.1.1。

　　其中NFCIP-1标准详细规定NFC设备的调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式，以及主动与被动NFC模式初始化过程中，数据冲突控制所需的初始化方案和条件。此外，这些标准还定义了传输协议，其中包括协议启动和数据交换方法等。

　　NFCIP-2则指定了一种灵活的网关系统，用来检测和选择三种操作模式之一：NFC卡模拟模式、读写器模式和点对点通信模式。选择既定模式以后，按照所选的模式进行后续动作。网关标准还具体规定了RF接口测试方法（ISO/IEC 22536(＄22.5160)和ECMA-356）和协议测试方法（ISO/IEC 23917和ECMA-362）。这意味着符合NFCIP-2规范的产品将可以用作ISO/IEC 14443(＄0.1401) A和B以及Felica（Proximity Cards）和ISO 15693(＄43.2716)（Vicinity Cards）的读写器。

　　2.　NFC技术特点

　　NFC技术的要点有：

　　（1）在ISO/IEC 18092 NFCIP-1下进行标准化;

　　（2）以13.56MHz RFID技术为基础;

　　（3）通信距离为20cm;

　　（4）与现有的非接触式智能卡国际标准相兼容;

　　（5）数据传输速率106kbit/s、212 kbit/s或424kbit/s。

　　2.1、近距离感应

　　NFC设备之间的极短距离接触，主动通信模式为20cm，被动通信模式为10cm，让信息能够在NFC设备之间点对点快速传递。

　　2.2、安全的通信

　　除了极短距离通信先天的安全性;避免信息遭监控与窜改。NFC的安全机制也可通过加/解密系统来确保移动装置间的安全通信。数据安全方面除标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理，如DES、RSA、DSA、MD5等，读卡机与卡之间也可相互认证，实现安全通信和存储;

　　2.3、快速的处理速度

　　从NFC移动设备侦测、身份确认到数据存取只需要约0.1s的时间即可完成。

　　2.4、服务的配对访问

　　通过NFC技术可在单一移动设备上提供多种应用服务。这些应用服务一一对应到移动设备上有，而启用每一服务时必须输入对应的密钥才能访问，这样的管理方式让单一移动设备上的多个服务能够确保其安全性。

　　2.5、主被动通信模式切换

　　手机内信息既能够被读卡器读取，手机本身也能作为读卡器，还能实现两个手机间的近距通信。

　　3.　NFC设备

　　NFC设备是NFC通信的读写设备，可作为发起设备或目标设备，集成于个人移动通信终端的NFC多媒体手机是目前发展的主流。

　　NFC标签是储存数据的IC，可被NFC设备读取，通常应用在被动通信模式下。如符合ISO/IEC 14443规范的Philips公司的MIFARE卡和Sony公司的Felica卡。

　　4.　通信模式

　　NFC通信通常在发起设备和目标设备间发生，任何的NFC装置都可以为发起设备或目标设备。两者之间是以交流磁场方式相互耦合，并以ASK方式或FSK方式进行载波调制，传输数字信号。发起设备产生无线射频磁场来初始化NFCIP-1的通信（调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式）。目标设备则响应发起设备所发出的命令，并选择由发起设备所发出的或是自行产生的无线射频磁场进行通信。

　　4.1、主动模式

　　在主动模式下，每台设备要向另一台设发送数据时，都必须产生自己的射频场。如图1所示，发起设备和目标设备都要产生自己的射频场，以便进行通信。这是点对点通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。

　　4.2、被动模式

　　在被动模式下，NFC发起设备（也叫主设备，启动NFC通信的设备），在整个通信过程中提供射频场（RF-field），如图2所示。它可以选择106kbit/s、212kbit/s或424 kbit/s其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备（从设备），不必产生射频场，利用感应的电动势提供工作所需的电源，使用负载调制（Load Modulation）技术进行数据收发。

　　移动设备主要以被动模式操作，可以大幅降低功耗，并延长电池寿命。在一个应用会话过程中，NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能，电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备，而不是发起设备。