前沿科技解讀丨近場(chǎng)通信——開(kāi)啟全新近距離通信模式
近場(chǎng)通信
NFC(Near Field Communication)又稱(chēng)近場(chǎng)通信,是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù),在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi)。NFC作為一種近距離無(wú)線通信技術(shù),能夠允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸交換數(shù)據(jù)。該技術(shù)由飛利浦半導(dǎo)體(現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體公司)、諾基亞和索尼共同研制開(kāi)發(fā),從非接觸式射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)演變而來(lái),基礎(chǔ)是RFID及互聯(lián)技術(shù)。使用NFC技術(shù),我們可以使用手機(jī)識(shí)別身份證信息,進(jìn)行支付購(gòu)物、公交刷卡、連接打印機(jī)打印、設(shè)備間數(shù)據(jù)交換以及從電子標(biāo)簽獲取信息等。
NFC的技術(shù)特點(diǎn)、工作應(yīng)用模式、通信模式以及硬件結(jié)構(gòu)將幫助我們深入了解NFC技術(shù)。
▲NFC使用場(chǎng)景
NFC技術(shù)特點(diǎn)
NFC廣泛的應(yīng)用與其獨(dú)有的技術(shù)特點(diǎn)密不可分,概括來(lái)講,NFC主要有以下三個(gè)特點(diǎn):
第一、通信距離近。如果是主動(dòng)—被動(dòng)通信模式,即通信一端為帶電源的主動(dòng)設(shè)備(如筆記本、一體機(jī)、手機(jī)等),而另一端為無(wú)電源的被動(dòng)設(shè)備(如智能卡等),其通信距離小于10厘米;如果是主動(dòng)—主動(dòng)通信模式,即兩端都為帶電源的主動(dòng)設(shè)備,其通信距離也僅有20厘米。
第二、傳輸速度快。其傳輸速度有3種,分別為106千比特/秒、212千比特/秒和424千比特/秒,設(shè)備間采用不同的調(diào)制編碼方式使用不同的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
第三、安全性高。近場(chǎng)通信采用加密通信方式,并且射頻范圍較小。
由于NFC手機(jī)采取安全單元SE芯片硬件加密和軟件加密相結(jié)合的方式,0.1秒內(nèi)即可完成ID與密鑰等數(shù)據(jù)傳遞,黑客在如此快速交換數(shù)據(jù)的條件下截獲并破譯無(wú)線電信號(hào)的幾率很小。此外,NFC要求的通信距離較RFID要近,一般在10厘米的距離內(nèi),因此它的安全性也比RFID進(jìn)一步增強(qiáng),同時(shí)也比現(xiàn)在的二維碼支付、音頻支付、聲波支付要安全很多。
NFC的工作應(yīng)用模式
NFC有3種工作應(yīng)用模式,分別是卡模擬模式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和讀卡器模式,如圖2所示。NFC設(shè)備不斷在這3種工作模式間輪詢(xún)切換,使同一個(gè)設(shè)備可以支持這三種功能。
輪詢(xún):是CPU調(diào)度的一種方式,由CPU定時(shí)發(fā)出詢(xún)問(wèn),依序詢(xún)問(wèn)每一個(gè)周邊設(shè)備是否需要其服務(wù),有即給予服務(wù),服務(wù)結(jié)束后再問(wèn)下一個(gè)周邊,接著不斷周而復(fù)始。
▲NFC的3種工作模式
卡模擬模式,主要是將支持NFC的設(shè)備模擬成一張卡,比如門(mén)禁卡或者銀行卡,在刷門(mén)禁時(shí),用戶(hù)只要靠近刷卡機(jī)即可開(kāi)啟門(mén)禁,或者將設(shè)備靠近刷卡機(jī),客戶(hù)輸入密碼確認(rèn)后即可進(jìn)行交易,如圖3所示。該模式下的應(yīng)用場(chǎng)景有電子錢(qián)包類(lèi)應(yīng)用、磁條卡、票務(wù)應(yīng)用、ID類(lèi)應(yīng)用。其中電子錢(qián)包類(lèi)應(yīng)用如銀行卡、公交卡,磁條卡如優(yōu)惠券、磁條銀行卡,票務(wù)類(lèi)如影劇票、機(jī)券,ID類(lèi)應(yīng)用如門(mén)禁、會(huì)員卡。
▲卡模擬模式應(yīng)用場(chǎng)景
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式,將兩個(gè)具備N(xiāo)FC功能的設(shè)備連接,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。多個(gè)具備N(xiāo)FC功能的數(shù)字相機(jī)、打印機(jī)、PDA電腦和手機(jī),都可以進(jìn)行無(wú)線互聯(lián),進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。比如將支持NFC功能的打印機(jī)和手機(jī)連接后,通過(guò)手機(jī)拍攝的照片就可以快速在打印機(jī)上打印出來(lái)。
▲點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式應(yīng)用場(chǎng)景
讀卡器模式,將支持NFC的設(shè)備作為非接觸讀卡器使用,比如從海報(bào)或者展覽信息的電子標(biāo)簽中讀取信息。在該模式中具備讀寫(xiě)功能的NFC設(shè)備,可以從電子標(biāo)簽中采集數(shù)據(jù),然后根據(jù)應(yīng)用的要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理,如圖5所示。比如獲取公交車(chē)站站點(diǎn)信息、公園地圖等信息。
▲讀卡器模式應(yīng)用場(chǎng)景
NFC的通信模式
NFC的通信模式分為主動(dòng)模式和被動(dòng)模式兩種。
主動(dòng)模式下,每臺(tái)設(shè)備要向另一臺(tái)設(shè)備發(fā)生數(shù)據(jù)時(shí),都必須產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)。發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng),以便進(jìn)行通信。這是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式,可以獲得非常快速的連接設(shè)置。
▲主動(dòng)通信模式
被動(dòng)模式下,發(fā)起設(shè)備在整個(gè)通信過(guò)程中提供射頻場(chǎng)。其可選擇一種傳輸速度,將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備,目標(biāo)設(shè)備不必產(chǎn)生射頻場(chǎng),利用感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)提供工作所需的電源,使用調(diào)制技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。
▲被動(dòng)通信模式
移動(dòng)設(shè)備主要使用被動(dòng)模式,可以大幅降低功耗,延長(zhǎng)電池壽命。在應(yīng)用會(huì)話過(guò)程中,設(shè)備可以在發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間切換角色。電量較低的設(shè)備可以要求以被動(dòng)模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備,而不是發(fā)起設(shè)備。
NFC硬件結(jié)構(gòu)
NFC硬件結(jié)構(gòu)主要由NFC模擬前端和安全單元SE兩部分構(gòu)成。如圖8 所示,NFC模擬前端包含NFC控制器、天線;安全元件SE包含SIM卡、智能卡(IC、SAM)、SD卡。
▲NFC硬件結(jié)構(gòu)圖
在安全元件SE中,存儲(chǔ)了用手機(jī)進(jìn)行電子結(jié)算時(shí)所需要的機(jī)密信息,配備了帶有密鑰信息的存儲(chǔ)器以及進(jìn)行加密處理的處理器等。加密處理的步驟等方面。根據(jù)應(yīng)用需求的不同,安全元件SE可以安裝在便攜產(chǎn)品內(nèi)、SIM卡或是Micro SD存儲(chǔ)卡中。
其中,安全元件SE安裝在便攜產(chǎn)品內(nèi)的移動(dòng)支付方案為全終端解決方案,安全元件SE為SIM卡的移動(dòng)支付方案為NFC-SIM方案。安全元件SE為Micro SD卡的移動(dòng)支付方案為NFC-SD方案。
目前銀聯(lián)首推SWP-SD方案,國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)以SWP-SIM方案作為目標(biāo)方案。
總結(jié)及未來(lái)展望
2016年,Apple Pay進(jìn)入中國(guó)、手機(jī)公交卡、華為麒麟inSE方案和高通收購(gòu)NXP等都是國(guó)內(nèi)NFC領(lǐng)域顛覆性的事件。手機(jī)以及可穿戴終端的移動(dòng)支付讓NFC市場(chǎng)重燃,未來(lái)市場(chǎng)仍將大幅增長(zhǎng)。美國(guó)知名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Research and Markets發(fā)布的2024年NFC市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)報(bào)告稱(chēng),2024年全球NFC市場(chǎng)將達(dá)474.3億美元。報(bào)告指出,由于智能手機(jī)在發(fā)展中國(guó)家中的普及,該行業(yè)將在預(yù)測(cè)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。
隨著NFC技術(shù)為可穿戴支付打開(kāi)了新機(jī)遇,商家和支付行業(yè)應(yīng)做好充分準(zhǔn)備以滿足消費(fèi)者的需求。市場(chǎng)上最佳的可穿戴設(shè)備能夠提供快捷、方便和安全的支付體驗(yàn),那些舍得在新科技設(shè)備上投入的消費(fèi)者當(dāng)然也期望能有更多的機(jī)會(huì)使用這些時(shí)髦的設(shè)備。為進(jìn)一步擴(kuò)大可穿戴設(shè)備的影響力,影響中國(guó)支付格局的各方需要進(jìn)行更多的合作。處理支付交易的主要機(jī)構(gòu),包括銀行、發(fā)卡機(jī)構(gòu)和支付處理商等,更需要通過(guò)緊密的合作以確保消費(fèi)者可以在其可穿戴設(shè)備上使用自己所偏好的支付方式,并暢通無(wú)阻地在各個(gè)店面和服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行支付。此外,無(wú)論是在亞太地區(qū)還是中國(guó),被市場(chǎng)主要競(jìng)爭(zhēng)者(例如阿里巴巴)所采用的電子支付方式往往前景開(kāi)闊。但同時(shí),市場(chǎng)上也存在很多份額較小的本地支付方式,他們的并存使得整個(gè)支付界呈現(xiàn)分散式的格局。因此,傳統(tǒng)和創(chuàng)新的支付系統(tǒng)必須進(jìn)一步協(xié)調(diào),才能使可穿戴支付技術(shù)在中國(guó)普及開(kāi)來(lái)。
本文來(lái)源:今日科協(xié)
責(zé)任編輯:售電衡衡
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