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NFC在手机中的应用

发布时间:2018-11-21 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    NFC在手机中的应用作者:未知   1 引言   当前手机应用广泛,功能日益强大,将逐步取代现代人身上携带的一些卡片,比如信用卡、积分卡、交通卡等,助人们完成交通购票、支付账单、积分购物等服务:另外也可简化两部手机之间的同步处理通信等功能。这些抵消费者来说很有吸引力,将大大扩展手机的应用与销售市场。NFC――近场通讯技能的诞生与应用,使这一切成为可能。
  近距离通讯是近来年来兴起的基于RFlD的无线通讯技能,近距离通讯(Near FieId C0mmunication,NFC)作为短距离非接触移动支付的一种,具有简便、快捷、平安的特点,在移动支付、近距离数据交换领域应用广泛。NFC逐步发展为移动支付最可行的解决方案之一。
  2 NFC的原理及应用模式
  2.1 NFC的技能简介
  NFC是飞利浦公司倡议,由诺基亚、索尼等厂商结合主推的一项无线技能。2002年,NFC被核准成为ISO/IEC IS 18092国际标准,此后还被核准为EMCA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC标准与ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693非接触式IC卡兼容,即NFC标准兼容Philip的MIFARER和SONY的FeliCa标准。Philips在非接触IC卡方面是业界领头者,其Mifare芯片卡技能广泛使用于世界几个大型交通运输系统上,也使用在VlSA信用卡等金融服务上。而S0ny的FeliCa芯片卡技能在中国香港及深圳、新加坡、日本的市场占有率相当高,主要应用于交通及金融机构。两种技能的融合,将能够扩大非接触IC卡的应用范围。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赚钱性行业协会NFC论坛,旨在促进NFC技能的实施和标准化,确保设备和服务之间协同合作。目前,论坛在全球拥有80多个成员,包括万事达国际、VISA、微软、摩托罗拉、NEC、松下电工、三星、德州仪器和VISA国际。
  NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技能整合演变而来,在单一芯片上联合感应式读卡器、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。这项技能首先不过RFID技能和网络技能的大略合并,如今演形成一种短距离无线通讯技能,发展非常迅速。
  2.2 NFC的三种事务模式
  (1)卡模式
  是指用于非接触移动支付,在商场、交通等应用场景中,用户只需将手机靠近读卡器,然后输入密码确认交易或者直接接收交易即可,例如门禁管制,车票,门票等业务。此种方式下,卡片通过非接触读卡器的RF域来供电,即使是手机没电也能够事务。如图1所示。
  
  (2)点对点通讯模式
  即实现无线数据交换,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。因此个体设备如数字相机、PDA、计算机、手机之间,都能够通过NFC进行无线互通、交换资料或者服务。如图2所示。
  
  (3)读卡器模式
  即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。如图3所示。
  
  2.3 NFC的主要应用
  NFC技能主要基于13.56MHz频率运行,典型操作距离惟有几厘米,运行距离范围在20厘米内,数据传输速度能够选择1 06kbit/s、212kbit/s或者424kbit/s,将来可提高至1 Mb左右。
  与RFID一样,NFC信息也是通过频谱中无线频率局部的电磁感应耦合方式传递,但两者之间有很大区别。NFC传输范围比RFID小,RFID传输范围可达O~1米,但由于NFC采取独特的信号衰减技能,相对RFID来说具有成本低、带宽高、能耗低等特点。RFID更多被应用于生产、物流、跟踪、资产管理上,而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域发挥巨大作用。
  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中国首个NFC手机支付试验。用户使用内嵌NFC模块的诺基亚173220手机,可在任何一个易通卡覆盖的营业网点(公交、汽车、轮渡、电影院、快餐店)进行手机支付。在未几的将来,通过手机和NFC技能的联合,用户能够实现以下应用:在街边海报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:在车站实时刷新公交车的到站时间:在办公室发送短信抑制家政服务员进出住宅的时间:在学校全面代替现有学生证和学生卡;遍布市区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。
  3 NFC目前在手机中的应用
  3.1 手机内置NFC作为世博刷卡芯片
  手机基于目前的平台增加复旦微电子的FM1920芯片作为NFC应用芯片。硬件原理框图如图4。
  
  硬件设计为兼容“双界面卡”和“eNFC”两种方案:
  (1)双界面卡是一种多功能的UIM卡,是集接触式与非接触式接口为一体的智能卡:接触界面通过接触方式的触点访问芯片,实现中国电信CDMA功能:非接触界面则通过射频方式访问芯片,实现诸如公交一卡通、电子钱包等应用:接触界面适合ISO/IEC 7816:非接触适合ISO/lEC 1 4443。
  原理框图如图4所示,SIM卡座的数据线、时钟线、电源连接在FMl920和Baseband的SIM接口。增加C6pin的连接作为平安模块协议,适合SWP(SingIe WireProtocol)协议。8触点的SIM卡座中有两个触点C4、C8是目前没有用到的管脚,国际组织定义这两个接口是用于高速数据下载的,双界面卡方案使用C4,C8触点连接到卡内的RF模块,外接NFC天线,变成闭合回路,实现射频通信功能,如SIM卡上部的虚线所示。UIM的CLK,RST,10引线的连接能够通过FMl920与Baseband芯片相连,若通过外部连接的方式(虚线),仅支持SWPSIM卡。
  (2)eNFC方案是基于卡和手机联合方式实现的RFID非接触应用方案,“e”代表“enhanced”即增强的意思。Inside公司将其手机非接触式IC技能更名为增强性NFC技能,并且在NFC对ISO标准的支持列表中增加了ISO14443 TypeB和ISO15693。平安芯片集成在UIM卡上,使用NFC抑制器FM1920桥接UIM卡和手机的baseband,通过FMl920芯片的连接方式(实线),能够同时支持SWP、SSP(Sim card CL interfaceSwitch Protoc01)、DWP(Sim card Dual Date WiresProtocoI)三种规格的SIM卡;NFC天线连接到FM1920芯片上。
  上述两种方案共用NFC天线,区别在于NFC天线的连接方式,双界面卡用SIM卡的C4,C8 pin,且可能终 端软件会产生接触和非接触通信冲突问题:且对于不同的运营商需要调试不同的天线匹配。而eNFC的方案天线连接于FM1920。两者都支持关机刷卡,仅通过外接线圈完成非接支付。世博门票刷卡方案最后选取eNFC方案量产。
  手机的充值余额在FMl 920内置的数据EEPROM中,能够支持10万次的擦写,10年的数据保存。最后此方案成功应用于世博刷卡手机中。
  3.2 NFC应用于蓝牙等无线设备的识别及通讯
  NFC三大应用之一一点对点通讯模式近年来被广泛关注。近日google宣布新版Android系统不用配对即可连接蓝牙。普通装置蓝牙之间需要通信时,一般需要先搜索蓝牙设备,根据对方地址选定后再进行配对,密码输入验证双方身份,验证准确后才能进行蓝牙之间的文件传输。投入NFC模块后,手机可实现近场无需验证,直接配对,加快了实现通讯的时间。本方案主要依据近场通讯协议,描述软硬件的大体实现方式。
  (1)硬件系统搭建
  NFC装置具有两大单元模块:NFC单元和协议匹配单元。芯片通过UART接口和主芯片通讯;外有射频收发器件连接到近场通讯所需专用天线,NFC的识别距离为20cm以内。
  如图5所示,NFC单元通过S2C协议的信号与外部平安模块进行通讯。协议匹配单元确定所插入平安模块中的芯片类型,根据识别的结果产生芯片识别信号,并根据该芯片识别信号使输入到NFC单元和从NFC单元输出的基于S2C协议的信号的协议,与输入到所述平安模块和从所述平安模块输出的信号协议相匹配。目前外部平安模块有以下三种方式:NFC+SIM(用户标识模块)平安模式,NFC手机将选取单线协议SWP标准和SIM连接,SIM将托管移动商务应用程序和平安密钥:第二种为NFC+SD/TF卡的连接方式,将平安模块嵌入到SD/TF卡中;第三种为NFC+智能IC卡,将支付票证应用程序和相关密钥储存在智能IC卡中,将NFC和智能IC卡组合在同一封装和芯片中,其单位成本最具吸引力,也可作候选方案。目前NXP公司推出的PN65N便是内部集成了SE芯片的。
  手机上的软件通过UART串口使NFC芯片和Baseband进行通讯,BB端和NFC之间需要有HCI协议层通讯,用于BB端上层MMI应用层调用。
  如图6所示,为具有近场通讯的蓝牙通讯框图。设备必须同时有蓝牙模块及NFC近场通讯模块。进行通讯时,两个设备相互靠近,在10cm左右的NFC通讯范围内,系统产生一个UUID设备号,然后将手机蓝牙的12位MAC地址编入到一个NDEF信息中并启动UUID的监听服务,这样就能使用NFC的近场通讯特点完成快速蓝牙连接。传输数据还是通过蓝牙硬件自身的OBEX协议来进行传输,蓝牙硬件本身不需要做改动。
  (2)软件流程
  图7为软件流程示意图。当两个设备相互靠近,NFC通讯模块检测到通讯消息,触发NFC通讯。通讯建立后,通过NFC通讯接口取到对方蓝牙MAC地址,从本地蓝牙模块取得本地蓝牙MAC地址,根据两者生成唯一的UUID,通过该UUID来创建蓝牙RFCOMM通讯通道,从而快速实现高速蓝牙通讯。
  4 结语
  本文通过介绍NFC的原理及应用模式,提出在手机上集成NFC芯片进行功能扩展的方案,世博刷卡手机经过实践验证后量产,有关NFC功能协助蓝牙快速配对和通讯还在开发研讨中。本方案应用于一些智能手机产品中,相对于卡模式,只要运营商支持就能够满足手机作为智能卡的需求。手机将逐步取代信用卡、积分卡、交通卡完成交通购票、小额支付账单、积分购物等服务,点对点的通讯应用研讨,还有很多领域有待开发,相信在未几的将来能够看到NFC带给生活更多便捷。
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