《基于手机的NFC应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于手机的NFC应用研究（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于手机的 NFC 应用研究引言 随着手机的快速普及，无线网络支持的上下行数据速率不断提高，新的应用尤其是数据业务方面的应用不断涌现，手机成为人们身边不可缺少的信息终端。越来越多的人用手机代替手表、记事本、MP3，是否有一天我们的钱包和钥匙也会让位于手机，使我们的生活更加方便，更加安全呢？ 近距离通信 NFC（Near Field Communication）技术将让这一切变为现实。2006年 6 月，诺基亚 和中国移动、飞利浦、易通卡公司在厦门启动了中国首个 NFC 手机支付试验1。用户使用内嵌 NFC 模块的诺基亚 3220 手机，可在厦门市任何一个易通卡覆盖的营业网点（公交汽车、轮渡、电
2、影院、快餐店）进行手机支付。 不仅如此，在不久的将来，通过手机和 NFC 技术的结合，用户仅仅通过手机就可以实现以下应用：在街边海报上和杂志上下载演唱会时间地点和节目表；在公园里玩互动的定向越野游戏2；在车站实时刷新公交车的到站时间；在办公室发送短信控制家政服务员进出住宅的时间3；在学校全面代替现有学生证和学生卡；在遍布市区的智能公用电话亭查询地图、公交线路、餐饮购物等信息；在加油站、超市、银行任何有 POS 机的地方支付款项并用手机收取电子发票。 1 技术简介 NFC 是在无线射频识别( RFID)和互联技术的基础上融合演变而来的新技术，是一种短距离无线通信技术标准。它在单一芯片上集成了非接
3、触式读卡器、非接触式智能卡和点对点的功能，运行在 13.56MHz 的频率范围内，能在大约 10cm 范围内建立设备之间的连接，传输速率可为 106kbit/s、212kbit/s、424 kbit/s，未来可提高到 848kbit/s 以上4。NFC 终端有三种工作模式：（1）主动模式下，NFC 终端作为一个读卡器，主动发出自己的射频场去识别和读/写别的 NFC 设备；(2) 被动模式下，NFC 终端可以模拟成一个卡被读/写，它只在其他设备发出的射频场中被动响应；（3）双向模式下，双方都主动发出射频场来建立点对点的通信。 NFC 用于在短距离范围内快速建立各种设备之间的无线通信，可作为一种虚
4、拟连接器，它可以满足任何两个无线设备间的数据交换。它还能通过初始化设备原有的蓝牙和 802.11 等无线协议，使设备能在更远距离上通信或以更高速率传输数据。所以除了信息传输之外，NFC 设备可以在联网世界中作为一个安全的网关，让用户无论在家中或移动中，都能随时储存或接收各种信息。只要将两个 NFC 设备靠拢，它们便会自动启动网络通信功能，用户无需另行设定安装程序，从而实现前述的非接触式移动支付、身份识别等电子钱包和身份证功能。 NFC 技术符合国际标准化组织的 ISO18092、ISO21481 标准，兼容无线智能卡ISO14443 标准，符合欧洲计算机协会的 EMCA-340、352 和 3
5、56 标准5。NFC兼容非接触式智能卡领域的两强飞利浦的 MIFARE 技术和索尼的 FeliCa 技术，基于前者的智能卡已部署约 12 亿片，后者也已部署约 1.7 亿片。这使 NFC 技术充分具备了未来近距离无线互连设备所应有的低功率、低价格、兼容性的特点，而使NFC 成为近距离无线互连领域一种极富竞争力的技术。 2 应用分类和现状 2.1 应用分类 NFC 技术的应用可分为五类6： （1）接触通过（ Touch and Go），如门禁管理、车票和门票等，用户将储存着票证或门控密码的设备靠近读卡器即可，也可用于物流管理。 （2）接触支付（ Touch and Pay），如非接触式移动支付，
6、用户将设备靠近嵌有NFC 模块的 POS 机可进行支付，并确认交易。 （3）接触连接（ Touch and Connect），如把两个 NFC 设备相连接（如图 1 中手机和笔记本电脑），进行点对点（Peer-to-Peer ）数据传输，例如下载音乐、图片互传和交换通讯录等7。 图 1 手机和笔记本电脑的 NFC 点对点通信 （4）接触浏览（ Touch and Explore），用户可将 NFC 手机接靠近街头有 NFC 功能的智能公用电话或海报，来浏览交通信息等。 （5）下载接触（ Load and Touch），用户可通过 GPRS 网络接收或下载信息，用于支付或门禁等功能，如前述，用户
7、可发送特定格式的短信至家政服务员的手机来控制家政服务员进出住宅的权限。 2.2 国内外的应用现状 诺基亚、飞利浦和索尼于 2004 年创建的非赢利性行业协会NFC 论坛，目前的赞助会员已有三星、微软、Visa 等 11 个，而其各类会员总数已超过 100 个，这里集中了全球领先的运营商、手机厂商、芯片厂商、智能卡生产商、银行和信用卡组织8（见表 1）。 表 1 全球部分 NFC 手机测试项目 在日本，自 2004 年 7 月 NTT DoCoMo 推出了基于 Felica 技术的手机钱包业务以来，其用户群已经可以用“庞大”来形容了，支持 Felica 的 POS 机在日本街头已随处可见。经过几
8、次升级，Felica 手机已被广泛应用于交易、身份识别、门禁管理等方面。巨大的交易额促使 NTT DoCoMo 通过收购三井住友信用卡公司 34股份建立了金融服务部门4。在中国香港地区， Felica 技术被用于具有电子钱包和身份识别功能的“八达通”卡上9 ，该卡的发行量也已达千万级。 Felica 技术在新加坡也得到了广泛应用。 在欧盟，由欧盟委员会和信息社会技术（IST）项目共同投资，摩托罗拉等多家公司及布达佩斯理工等大学共同参与的StoLPaN（Store Logistics and Payment with NFC）项目10，也计划于 2007 年夏季发布第一版技术规范和应用程序，并演
9、示 NFC 在交通和封闭式支付系统中的应用情况。该项目旨在为基于 NFC 的服务开发一个开放式的商用和技术构架，推动基于 NFC 的移动应用在众多行业中的部署。 3 与其他无线通信技术的比较 NFC 源于 RFID 技术，但又不同于 RFID。NFC 采用了双向识别和连接，通信各方不存在固定的主从关系，通信可以由任意一个 NFC 设备发起。红外通信要求设备在 30锥角以内且不能移动,而作为一种面向消费者的支付技术， NFC 比红外更快，操作也更简单。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；蓝牙适用于较长距离数据通信，能够弥补 NFC 通信距离的不足。N
10、FC 和蓝牙可以互为补充，共同存在。同时，非常近的通信距离也使NFC 具有了天然的安全保障。ZigBee 更适合用于拥有大量无线传感器和控制操作的工业控制领域11，而 Wi-Fi 显然更适于小型办公场所和家庭网络（见表 2）。 表 2 NFC 与六种无线通信技术的比较 就成本而言，NFC 的成本较低，飞利浦承诺，每个芯片的成本约在 2 美元左右9 。而蓝牙、Wi-Fi 和 ZigBee 的系统成本则远远比 NFC 的高。 总体来看，作为一种面向近距离交易的无线通信技术，NFC 的优势明显，功耗极低、成本低、安全性好，其速率基本能满足设备之间信息交换的需求。同时，对于视频流等需要较高带宽的应用，
11、也可以配合蓝牙、Wi-Fi 等技术，提供方便的自动接入功能。 4 非接触式移动支付的几种应用方案 目前，基于手机的非接触式移动支付应用有三种主流方案：飞利浦、索尼和诺基亚等厂家提出的基于手机的 NFC 方案、芯片厂商 Inside 公司提出的 eNFC 方案和双界面智能卡方案。 4.1 主流方案 （1）NFC 方案 该方案中 NFC 功能芯片和天线与手机的其他部分及 SIM 卡相独立，但 NFC 模块与手机共用电池（见图 3）。电池有电时，NFC 模块可在主动、被动和双向三种模式下工作；电池断电时，只能在被动模式下工作，相当于普通的一卡通。手机开关机对 NFC 模块无影响，即在手机关机时也可使
12、用 NFC 功能。实现方式有两种：一是定制手机，将天线集成在手机电池或主板上，使 NFC 应用与手机融为一体，工作稳定可靠，但需更换手机；二是将天线与 NFC 芯片直接相连，然后与电池紧贴放在电池和手机后盖之间，用户不需更换手机，前述的厦门测试项目就采用了此种方式，如图 2。此方案的不足在于，天线连接的可靠性不高；此外对手机的内部尺寸有特殊要求，增加天线之后影响了手机的便携性。 此方案的 NFC 模块不能和手机的处理器或 SIM 卡通信，用户和电信运营商无法通过手机控制 NFC 模块。这会造成信用卡发行商和手机制造商单独接触，完全脱离电信运营商的市场格局。另一方面，若要将 NFC 模块收发的信
13、息与蜂窝网络联系起来，须在 NFC 模块和手机基带芯片间建立接口，且各层的设计都必须绕开运营商的控制，也无法直接读写 SIM 卡，软硬件设计将变得非常复杂。 此方案的优点是对不同技术、不同信用卡发行商的卡兼容性好，在全球已有很多案例，应用技术也比较成熟，比较适合试点期的项目。 图 2 厦门测试中的诺基亚 3220 图 3 NFC 方案示意图 (2) eNFC 方案 此方案又称为手机和 SIM 卡的融合方案3，分离了应用层和底层功能，把 NFC 应用放在 SIM 卡中，把 NFC 功能芯片放在手机中（如图 4）以解决兼容性问题。由于 SIM 卡容量较大，可将重要信息( 如信用卡账号、员工卡号)
14、存储在 SIM 卡中，且 SIM 卡存储的安全性更高，对 SIM 卡只需增加一个管脚。用户更换 SIM 卡时，可以带走现有的交易数据，实现彻底的机卡分离。 此方案可简化 NFC 模块和手机间的通信结构，使 NFC 的网络应用更为流畅，也使电信运营商和信用卡发行商共同加入到市场中来。缺点是 NFC 模块和 SIM 卡间需要高速传输，保证实时性和操作的快捷，但这种通信协议目前尚未标准化。表 1 中法国巴黎交通系统采用了此种方案。 图 4 eNFC 方案示意图 图 5 双界面智能卡方案示意图 (3)双界面智能卡方案 该方案基于一种双界面智能 SIM 卡，支持非接触式应用，同时也可实现普通手机SIM
15、卡的功能，在接听拨打电话、收发短信时不影响非接触式操作（见图 5）。两种实现方式与 NFC 方案基本相同：一是定制手机；二是将天线与 SIM 卡直接相连后放在电池和手机后盖之间，这样可只更换 SIM 卡，降低成本，缺点也是天线连接的可靠性低、对手机尺寸要求高等。该方案占用了 C4 和 C8 接口，而这两个接口是用于高速数据下载的，可能会影响到未来高速空中下载应用。 此方案基于智能卡技术，技术标准和规范都已成型；对于运营商来说项目启动较快，成本低。由于 SIM 卡只能由运营商发行，因此该方案对运营商更为有利。目前，湖南移动正在对该方案进行内部测试12。 4.2 过渡方案 另外，鉴于目前非接触式移动支付尚处在起步阶段，标准的统一和用户对服务的接受都还需要一段时间，因此两种过渡性方案也值得考虑: （1）RFID 模块独立 RFID 卡 该方案中，RFID 卡是独立于手机之外的单独一张卡片，与现用的各种 RFID 卡相同，无需更换。RFID 模块是专用的 RFID 读写模块13，内置在手机中，如图 6,与 NFC 方案中的形式相同，共用电池、天线内置且不能与手机 SIM 卡通信。独立的 RFID 卡可像普通卡一样使用，也可接受该读写模块的操作，读写模块主要作用是查询卡上余额，未来可扩展至充值操作等。 该方案优点是独立的 RFID 卡使得公交车、商店等处
