NFC（近场通信）技术的移动应用

1、概述

近几年，网络与通信技术的飞速发展，无线通信在人们的生活中扮演着越来越重要的角色，近距离无线通信技术正在成为关注的焦点，也意味着个人区域网络（PAN）的日渐成熟。近距离无线通信技术包括了蓝芽、802.11（Wi-Fi）、ZigBee、红外（IrDA）、超宽频（UWB）、近距离无线通信（NFC）等，它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的要求。

NFC技术是在无线射频识别技术（RFID）和互连技术二者整合基础上发展而来的，只要任意两个设备靠近而不需要线缆接插，就可以实现相互间的通信，可以用于设备互联、服务搜寻以及移动商务等广泛的领域。

NFC作为一种简单易用的近距离无线技术，由于其对消费者的巨大吸引力以及便捷的使用方式，日前正迅速成为世界各地运营商、手持设备制造商、信用卡公司和公共交通系统的首选技术，该技术可以进行包括安全支付和票务等非接触式交易。

2、NFC技术

2.1　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。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 A和B以及Felica（Proximity Cards）和ISO 15693（Vicinity Cards）的读写器。

2.2　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。

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.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；

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。

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。

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。

2.3　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。

2.4　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。

1.主动模式

在主动模式下，每台设备要向另一台设备发送数据时，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。



图1　主动通信模式
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。



图2　被动通信模式
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。

3、NFC技术成功的关键因素

NFC存在着巨大的潜力去改变消费者行为和消费习惯，并为移动商务创造新的商机。其独特的简单操作方式使其特别方便消费者使用，其具有的安全性使其成为付费和金融应用的理想选择，这些都是这一技术得到普及的关键因素。

由于NFC设备将被用来存储和交换更为敏感的信息，如手机支付中将涉及个人银行帐户和密码。NFC设备交互过程中信息安全显得尤为重要。目前对于NFC设备已经提出了多种安全实施方案，但最终选择哪种安全实施方案将受许多因素的影响。特别是NFC产业链中与安全应用的所有权、不同参与者（移动运营商、金融服务提供商和手机厂商等）之间形成的业务伙伴关系和利益分配关系，以及这些安全应用实际的个性化过程都将在定义最佳实施方案时起重要的作用。

3.1　NFC+SIM卡安全模式

在这种情况下，SIM卡将托管移动商务应用程序和安全密钥。通过手机SIM卡在运营商与手机用户之间实现安全结算和身份识别，譬如可以把用户的银行卡信息与手机SIM卡相关联。这是以运营商为主导的支付模式，在这种方案下，显然运营商能在NFC产业链中获得极为有利的位置，SIM卡只能由运营商发放，运营商能确保在信息交换过程中的参与权与设置控制权。

3.2　NFC+智能IC卡安全模式

这是一种机卡分离方案，通过把一个专用的智能加密芯片嵌入到手机内部来实现安全通信。在这种情况下，支付/票证应用程序和相关的安全密钥则要存储在智能卡IC中。这是以银行为主导的支付模式，智能IC卡发行公司（银行）将掌握着客户关系和身份验证，管理了NFC的空中交易。运营商则处于NPC产业链的下游为NFC产业提供通信服务，除增加了移动应用的数据业务流量外，将很难获得实质性的好处。

3.3　NFC+SIM卡+智能IC卡安全模式

这个方案下消费者可以将各种卡（银行卡、公交卡、门禁卡等）将信息通过空中下载（OTA）的方式下载到NFC移动终端的SIM卡上，再用手机支付。这实际上是一种以第三支付机构为主的支付模式。这是泛欧联盟StoLPaN项目所倡导的开放式的商用和技术框架，这个第三方机构独立于运营商和智能IC卡发行公司，但显然会使整个NFC产业链拉得更长。

4、NFC移动应用

手机是一机多用的通信、娱乐、摄像及导航工具，迅速成为我们唯一所需的便携设备。通过将NFC集成到手机系统解决方案中，手机的可用性、多功能性及附加价值大大提升，安全付费、对等连接以及接入无源的智能装置中的信息都将成为现实。

NFC技术集成于个人移动通信终端，充分体现了信息传输、安全支付与移动电话一体化的设计概念，满足了大多数消费者喜欢移动电话交易的便利、易用和“时尚”。配备NFC的手机通过让消费者体验直观的连接方式，进而改变信息和服务的分配、付费和访问方式。NFC手机能够进行安全的移动支付和交易，还可以在移动过程中，方便地进行点对点通信以及轻松获取信息。NFC这一前瞻性技术将有非常广阔的应用前景。

NFC装置大致上可分成两大类的应用：标签与读取器。当NFC装置当成标签使用时，通常有以下几种典型应用：非接触式付款、门禁卡、智能广告发布及ID识别等。当NFC装置当成读取器时，多媒体信息传输（如电子名片交换、图铃交换和MP3音乐共享）以及下载智能广告取得产品或活动的相关资讯。

其典型的应用流程如图3所示。



图3　典型的NFC应用场景
2006年6月中国移动福建公司厦门分公司和诺基亚、飞利浦、厦门易通卡等公司共同在厦门启动中国首个NFC手机支付现场试验。百名志愿者使用具备NFC功能的诺基亚3220，可实现在厦门市任何一个厦门易通卡覆盖的公交汽车、轮渡、餐厅、电影院、便利店等营业网点的手机支付，亲身体验NFC技术带来移动支付的便捷。

2007年由多家公司、大学和用户组织共同成立泛欧联盟，旨在开发开放式架构，以进一步开发和部署近距离无线通信（NFC）技术，并推动其在手机中的应用。该项目名为“NFC在仓储物流及支付领域的应用（Store Logistics and Payment with NFC StoLPaN）”，由欧盟委员会及信息社会技术（IST）项目共同投资，旨在为应用于移动设备、基于NFC的服务开发一个开放式的商用和技术框架。这些架构将超越手机类型及服务性质的限制，推动基于NFC的移动应用在众多行业市场中的部署。

5、总结

目前，非接触式应用已经在支付、交通票务等诸多行业得到普遍采用。这意味着在不久的将来，手机将可能成为现金和服务卡支付形式的补充。近期业界的一些动向，如今年年末伦敦将推出非接触式支付卡和终端，以及GSM协会在NFC标准化方面做出的努力，清晰地表明业界了向非接触式服务迈进的决心。就全球各地NFC试验的效果而言，通过手机接入娱乐、信息和服务并进行安全支付的简单便捷性得到倡导移动生活方式的消费者的青睐。