NFC的发展及原理

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1、NFC英文全称Near Field Communication，近距离无线通信。是由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术。不久前，由多家公司、大学和用户共同成立了泛欧联盟，旨在开发NFC的开放式架构，并推动其在手机中的应用。NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来,在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。这项技术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成一种短距离无线通信技术，发展态势相当迅速。与RFID不同的是，NFC具有双向连接和识别的特点，工作于13.56MHz频率范围

2、，作用距离10厘米左右。NFC技术在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化，同时也兼容应用广泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。NFC芯片装在手机上，手机就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息。NFC的短距离交互大大简化整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。通过NFC，电脑、数码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接，进而实现数据交换和服务。1 技术优势与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间

3、还是存在很大的区别。首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。 其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。最后，RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。同时

4、，NFC还优于红外和蓝牙传输方式。作为一种面向消费者的交易机制，NFC比红外更快、更可靠而且简单得多。与蓝牙相比，NFC面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据；蓝牙能够弥补NFC通信距离不足的缺点，适用于较长距离数据通信。因此，NFC和蓝牙互为补充，共同存在。事实上，快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，促进了蓝牙的使用。NFC手机内置NFC芯片，组成RFID模块的一部分，可以当作RFID无源标签使用用来支付费用；也可以当作RFID读写器用作数据交换与采集。NFC技术支持多种应用，包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。通过NFC手机，人们

5、可以在任何地点、任何时间，通过任何设备，与他们希望得到的娱乐服务与交易联系在一起，从而完成付款，获取海报信息等。NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路，其应用主要可分为以下四个基本类型：用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据。相关知识：与其他近距离通信的比较2 发展前景 具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点，这让它在某些领域显得更具潜力通过一个芯片、一根天线和一些软件的组合，能够实现各种设备在几厘米范围内的通信，而费用仅为欧元。据有关有最新研究，市场可能发迹于移动手持设备。估计，到年以后，市场会出现采用芯片的智能手机和增强

6、型手持设备。到年，这种手持设备将占一半以上的市场。研究机构Strategy Analytics预测，至2011年全球基于移动电话的非接触式支付额将超过360亿美元。如果技术能得到普及，它将在很大程度上改变人们使用许多电子设备的方式，甚至改变使用信用卡、钥匙和现金的方式。 NFC作为一种新兴的技术，大致总结了蓝牙技术协同工作能力差的弊病。不过，它的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。因为NFC的数据传输速率较低，仅为212Kbps，不适合诸如音视频流等需要较高带宽的应用。 需要密切关注的是，中国政府正在制定自己的RFID标准，而飞利浦

7、的NFC技术是否完全兼容并得到中国政府的认可对消费者相当重要。中国国家标准化管理委员会成立了国家标准工作组，负责起草、制定中国有关RFID的国家标准，据称这样将使中国获得相关的自主知识产权，又能将RFID发展纳入标准化、规范化的轨道。整个认证过程很可能需要飞利浦等公司公开一些关键的技术，这可能成为NFC在中国推广应用的绊脚石。 3.NFC论坛为了推动 NFC 的发展和普及，飞利浦、索尼和诺基亚创建了一个非赢利性的行业协会NFC 论坛，促进 NFC 技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作。论坛网址目前，NFC 论坛在全球拥有 100 多个成员，包括：万事达卡国际组织、松下电子工业有限公司

8、、微软公司、摩托罗拉公司、NEC 公司、瑞萨科技公司、三星公司、德州仪器制造公司和 Visa 国际组织。成员列表NFC论坛推出了第一批技术规范，以确保设备与设备阅读器之间的通信，规范共4条，包括数据交换格式（Data Exchange Format，NDEF）、记录类型定义（Record Type Definition，RTD）、伴随技术规范（NFC Text RTD Technical Specification）和有关互联网资源的基本技术规范（NFC URI RTD Technical Specification）。下载地址、NFC发展历程简介2004年3月18日 为了推动 NFC 的发展

9、和普及，NXP（原飞利浦半导体）、索尼和诺基亚创建了一个非赢利性的行业协会NFC 论坛，旨在促进 NFC 技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作。截止2007年，NFC 论坛在全球拥有超过100个成员，包括：万事达卡国际组织、松下电子工业有限公司、微软公司、摩托罗拉公司、NEC 公司、瑞萨科技公司、三星公司、德州仪器制造公司和 Visa 国际组织。2006年7月复旦微电子成为首家加入NFC联盟的中国企业，之后清华同方微电子也加入了NFC论坛。2006年6月 NXP、诺基亚、中国移动厦门分公司与“厦门易通卡”在厦门展开NFC测试，该项合作是中国首次NFC手机支付的测试。2006年8月No

10、kia与银联商务公司宣布在上海启动新的NFC测试，这是继厦门之后在中国的第二个NFC试点项目，也是全球范围首次进行NFC空中下载试验。参与测试使用的NFC手机均为NOKIA 3220。2007年3月，由欧盟委员会及信息社会技术(IST)项目共同投资，多家公司、大学和用户共同组织成立了泛欧联盟，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(StoLPaN)”，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

11、中的部署。在NXP、诺基亚、SONY这些巨头的推动下，全球范围开展了诸多的NFC试验，进一步促进了NFC产业的商业化运作及产业链的上下联动，但在中国市场的推广与发展仍然面临着诸多的壁垒，对NFC在中国的市场我们持谨慎看好观点，当然国内已经有部分企业开始积极关注NFC产业的发展，中国移动成立了专门的NFC工作小组，并且中国移动与中国银联合资成立的联动优势有着与日本NTT DoCoMo类似的集运营商和金融机构的双重优势，NFC在中国一旦获得政策的支持与消费者认可，市场将大规模发展，但这个至少需要到3年左右的时间。、NFC技术在全球支付领域内的测试应用随着RFID技术在其它行业渐渐凸现，金融支付领域

12、也开始逐步引入相关的RFID技术和NFC近距离通信技术，进一步改善全球支付环境。（一）北美在美国，非接触卡市场已经比预期提前升温。两大卡组织已于2005年3月宣布采用统一的非接触式支付标准，万事达的PayPass成为卡与设备间标准通信协议。在此之前，万事达已在奥兰多进行PayPass信用卡测试，并在达拉斯与Nokia合作进行移动应用测试。Visa的非接触式系统“Wave”也在亚洲的马来西亚与我国台湾地区推行试点项目。2005年5月，美国最大的发卡机构Chase正式大规模发行“Blink”品牌的非接触式信用卡，首先在Georgia与Colorado发行，计划发行200万张。未来还将在5至6个地区

13、推行，每个市场预计发卡量100万张。预计至2006年1季度，大通发卡总量将达到800万张。由德州仪器提供芯片的运通ExpressPay也已开始全国性推广，合作商家包括CVS连锁、Ritz Camera与Sheetz。（二）欧洲在欧洲，随着3G商用进程的逐步加快，各大移动运营商也在积极推广移动支付业务。以芬兰为例，从2002年2月起，在赫尔辛基乘地铁等公交工具出行的乘客，只要用手机发出短信代码给指定的服务商，就会得到购票信息反馈，并可在1小时的有效时间内乘坐地铁、有轨电车及部分公共汽车，票款计入购票者每月的电话账单。2004年11月，芬兰手机购票服务的范围进一步扩大，人们可以通过手机购买赫尔辛基

14、地区的短途火车票。2002年3月，芬兰最大的电信运营商索内拉公司开始向首都居民提供用手机支付购物款的服务。凡加入索内拉公司建立的移动支付系统并设立了移动账户的用户，可以在指定的数十家商店用手机购物。从2004年5月开始，芬兰国家铁路局在全国推广电子火车票，乘客不仅可以通过国家铁路局网站购买车票，还可以通过手机短信订购电子火车票。在法国嘎纳，2005年10月针对近距无线通信(Near Field Communication，NFC)展开一项测试。根据飞利浦电子公司所提供的这项触控式技术(touch-based technology)，参加测试的200位嘎纳居民将能够在为期六个月的测试期间在嘎纳特

15、定的零售店、停车场和著名的观光景点使用内嵌有飞利浦NFC芯片的移动电话进行安全的付款。在这项测试中，飞利浦将与法国电信的研发部门、运营商Orange、手机制造商三星电子以及知名零售公司Groupe LaSer和Vinci Park紧密合作。在嘎纳进行的近距无线通信NFC测试是这项新技术在全球第一次大规模的测试，将能直接从移动运营商、零售业者和消费者三方得到意见反馈。这项测试也将有助于大众了解这项技术所带来的便利：只要将他们的移动电话在近距无线通信NFC终端机前轻松扫过，就能安全而便捷地完成付款并获取信息。（三）亚洲在韩国，已经有越来越多的移动用户通过手机实现POS支付，购买地铁车票，进行移动A

16、TM取款。早在2001年，SK就推出了名为MONETA的移动支付业务品牌。申请了该项业务的移动用户可以获得两张卡：一张是具有信用卡功能的手机智能卡，另一张是供用户在没有MONETA服务的场所使用的磁卡。移动用户只要将具有信用卡功能的手机智能卡安装到手机上，就可以在商场用手机进行结算，在内置有红外线端口的ATM上提取现金、在自动售货机上买饮料，还可以用手机支付地铁等交通费用，无须携带专门的信用卡。2004年8月，SK将其移动支付业务整合为新的品牌“MBANK”。通过在手机中内置智能型芯片，用户可以用手机办理各种金融服务。“MBANK”的特点在于将结算信息密码化，因而具有很高的安全性。在日本，NT

17、T DoCoMo等移动运营商均把移动支付作为重点业务予以积极推进。2004年，NTT DoCoMo先后推出了面向PDC用户和FOMA用户的基于非接触IC智能芯片的Felica业务。用户可以在各种零售、电子票务、娱乐消费等商户利用这种手机进行支付。据统计，自去年7月以来，DoCoMo已经售出200万部芯片手机，而支持该支付方案的商家数量已经超过9000家，这一数字还在迅速扩张中。 目前，在使用FeliCa手机的用户中，60的用户每周都会至少使用一次支付功能。为了推广移动支付计划，近期NTT DoCoMo还出资收购了一家信用卡公司。今年，公司计划在手机中整合完整的信用卡支付功能。NFC 在全球的试

18、验地点：德国，美因茨交通公司（RMV）手机支付台湾,公交系统法国，卡昂支付，内容搜索，访问美国，亚特兰大支付，内容搜索荷兰，罗达体育馆票务系统马来西亚,手机支付SKT电信,支付，内容，公交系统泰国,手机支付菲律宾,手机支付，票务系统美国，菲利浦斯球馆（Philips Arena）原理：近距离无线通信 支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为NFC发起设备(主设备)，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106kbps、212kbps或424kbps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

19、设备(从设备)，不必产生射频场，而使用负载调制(load modulation)技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接触式智能卡兼容，因此，NFC发起设备在被动模式下，可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备，并与之建立联系。 图1：NFC主动通信模式 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。这是对等网络通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。图2：NFC被动通信模式。如图2所示，移动设备主要以被动模

20、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。 1. 标准化 NFC是符合ECMA 340与ETSI TS 102 190 V1.1.1以及ISO/IEC 18092标准的一种开放式平台技术。这些标准详细规定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。 NFC空中接口符合以下标准： ISO/IE

21、C 18092 NFCIP-1 / ECMA-340 / ETSI TS 102 190 V1.1.1 (2003-03) ISO/IEC 21481 NFCIP-2 / ECMA-352 / ETSI TS 102 312 V1.1.1 (2004-02) NFC测试方法符合以下标准： ISO/IEC 22536 NFCIP-1 RF 接口测试方法 / ECMA-356 / ETSI TS 102 345 V1.1.1 (2004-08) ISO/IEC 23917 有关NFC 的协议测试方法 / ECMA-362 ISO/IEC 21481和ECMA 352中定义的NFC IP-2指定了一

22、种灵活的网关系统，用来检测和选择三种操作模式之一NFC数据传输速度、邻近耦合设备(PCD)和接近耦合设备(VCD)。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接口和协议测试方法。 这意味着符合NFCIP-2规范的产品将可以用作ISO 14443 A和B以及Felica(Proximity)和ISO 15693(Vicinity)的读写器。 2. NFC与蓝牙和红外技术的比较 作为一种面向消费者的交易机制，NFC比红外更快、更可靠而且要简单得多。另一方面，蓝牙则是一种弥补NFC通讯距离不足的缺点，适用于较长距离数据通信。NFC面向近距离交易交互，适用于交换财务信息或敏

23、感的个人信息等重要数据。NFC和蓝牙相互为补充，共同存在。事实上，快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，并在这方面促进蓝牙的使用。 模式的典型应用是：建立蓝牙连接、交换手机名片等。NFC与其他近距离通信技术的比较技术分析电磁场决定无线电波 术语“近场”是指无线电波的临近电磁场。无线电波由正交电磁场组成，在工作频率下天线周围大约10波长的范围内，无线电波的行为遵循麦克斯韦方程。 电磁场在从发射天线传播到接收天线的过程相互交换能量并相互增强，这样的电磁场称之为远场。而在10个波长以内，电磁场是相互独立的，即为近场，近场内电场没有多大意义，但磁场可用于短距离通讯。 由于在初级线

24、圈(发射天线)和次级线圈之间仍有相当大的距离，因此可以将NFC看做是一个耦合系数非常低的互感器。近磁场的主要问题是信号传播过程中信号强度会以大约1/d6的速率下降(这里d为通讯距离或范围)，因此使近场通讯成为名副其实的短程通讯技术，而在称之为无线电波的远场中，信号强度以1/d2的速率下降。 NXP公司和索尼公司发明了NFC技术，Ecma International公司首次采用它做为一项标准(NFCIP-1或ECMA-340)，并提交给国际标准化组织(ISO）/国际电工委员会(IEC)，成为ISO/IEC 18092标准，同时也得到了欧洲电信标准协会的承认，从此后已经有多个半导体公司开始生产兼容

25、性和互操作芯片。 这个标准类似于智能卡中所采用的NFC技术，并与其兼容，其内部芯片能够使消费者通过销售点(POS)终端阅读器进行支付。在某些工作模式下NFC的功能类似于射频识别(RFID)。NXP公司的MIFARE和索尼公司的FeliCa产品就采用了已经制定的智能卡标准。 该标准规定了一个13.56MHz的工作频率，这是一个免许可国际通用频带，是美国ISM带15/18频带之一。数据传输速率为106、212或424kbps，取决于通讯范围，在20cm或大约8英寸时传输速率最大，实际通讯范围只有几英寸或不大于10cm，该标准规定了多种工作模式。 在主动模式下，通讯双方收发器加电后，任何一方可以采用

26、“发送前侦听”协议来发起一个半双工发送。在一个以上NFC设备试图访问一个阅读器时这个功能可以防止冲突，其中一个设备是发起者，而其它设备则是目标。 在被动模式下，象RFID标签一样，目标是一个被动设备。标签从发起者传输的磁场获得工作能量，然后通过调制磁场将数据传送给发起者(后扫描调制，AM的一种)。 象任何先进的无线技术一样，NFC同样面临安全问题。但是NFC设备非常小的通讯范围完全可以将黑客排除在外。在这样小的范围内，完全可以放心地进行通讯。如果需要更高的安全性，可以使用带智能卡技术的NFC，智能卡技术内置了重载加密认证功能。让我们看看任何无线关联模型的两个基本要求： a. 安全的链接 加密无

27、线链接需要一个公钥，而且在带内通道必须是不可见的。链接密钥通过手动PIN(比如在蓝牙中)或Diffie-Hellman自动交换(比如在无线USB中)“实时”生成。建立链接密钥后，便可启用对称加密(基于3DES和AES等)。 b. 设备身份验证 即确保链接密钥以预期的验证设备而不是伪装的被动/主动中间人生成。此设置的常规方法要求连接一根线缆，以便关联和交换链接密钥和/或要求用户在两台设备上输入PIN码。将此方法与使用NFC来关联和设置相比较，具有如下优点：无需浏览查阅菜单或配置屏幕；只需将两台设备彼此靠拢即可触发相关软件和用户界面；建立此环境以后将自动交换相关数据。 用户只需确认交易，而且只需查

28、看相关的信息。此过程将减少设备关联所需的步骤，并最大限度地减少用户交互操作。用户无需增加任何开销即可改善安全功能。而且可以加快连接过程，同时又保留了像完成/错误确认和错误修正等功能。用NFC可以使蓝牙、无线USB和W-LAN等的配对与设备关联变得非常简单、快捷和直观，而且同时可以弥合移动和消费类电子产品之间的缺口。 将NFC集成到移动电话平台 1移动电话集成NFC的好处 拥有NFC的移动电话将会刺激消费者产生消费，为无线运营商、零售商和手机厂商带来商机。配备NFC的电话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电话能够进行安全的移动支付和交易，还可以在移动

29、过程中，方便地进行点对点通信以及轻松获取信息。 越来越多的消费者都在用移动电话下载付费内容，例如为其电话下载铃声(当前，移动运营商10到15的收入都来自于下载铃声或基于Java的小游戏)。NFC提供的下一代标准化连接，将使消费者可以访问海报、杂志和报刊亭等项目中的数字内容(铃声、歌曲、游戏、Web链接、地址和优惠券等)，还支持配备NFC的手机之间的点对点传输。 现今的大多数手机都配备了蓝牙(以后还有WiFi)相关功能，所以NFC可以充当启动设备，使电话之间的数据交换传输更加便捷。NFC还支持多台手机间进行多人游戏。当今市场上的设备界面一点都不直观，从而很难利用这项技术(例如，通过滚动菜单来选择

30、特定的蓝牙设备)。NFC允许用户与环境交互，无需浏览复杂的菜单或执行复杂的设置程序。2确保安全性的架构形式 将NFC集成到移动电话平台考虑过各种架构。下面是已有或正在实施的几个架构示例：NFC器件可以集成到电话功能盖中，这与诺基亚为其3220机型开发的解决方案一致；NFC器件可以集成到电话主印刷电路板上，例如NFC器件可以集成到Wireless Dynamics公司最近发布的Secure Digital(SD)卡中。 为了支持像支付这样的安全应用，NFC可以和一个安全芯片配合(前面介绍的智能卡仿真模式)。在这方面，该领域的几大厂商也都在考虑下面不同的选项： NFC+SIM(用户标识模块)安全模

31、式：用一条或几条线路将SIM卡连接到符合NFC技术标准的非接触式芯片。在这种情况下，SIM将托管移动商务应用程序和安全密钥。天线直接连接到NFC芯片。飞利浦目前制造的NFC和智能卡IC都支持双线数字接口。NFC芯片和安全芯片之间的这个接口(S2C)与现有的非接触式标准完全兼容，并已提交给ECMA进行标准化。 绕过SIM保障NFC的安全：在这种情况下，将特定的智能卡器件安装到电话功能盖、电话主PCB或者甚至是SD卡中。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。将NFC和智能卡IC组合在单一封装或芯片中，其单位成本最具吸引力，也可作为候选方案。 还可能最终考虑将NFC与SIM卡和专用智能卡IC结合在一起，由后面二者提供安全性能。实际上，最终选择哪种NFC和安全实施方案将受许多因素的影响。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，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。