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NFC技术原理、工作模式及发展应用

添加时间:2022-07-18

  1、NFC技术原理

  支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据其工作原理是有所区别的。

  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。这是对等网络通信的标准模式,可以获得非常快速的连接设置。

  在主动模式下,通讯双方收发器加电后,任何一方可以采用“发送前侦听”协议来发起。

  2.被动模式

NFC主动通信模式示意图

图1 NFC主动通信模式示意图

  在被动模式下,启动NFC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106 kb/s、212 kb/s和424 kb/s任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,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。

NFC被动通信模式示意图

图2 NFC被动通信模式示意图

  在被动模式下,目标是一个被动设备。被动设备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)。移动设备主要以被动模式操作,这样可以大幅降低功耗,延长电池寿命。在一个具体应用过程中,NFC设备可以在发起设备和目标设备之间转换自己的角色,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。

  2、NFC工作模式

  NFC技术可以在电子设备之间交换数据,这种交换是指非接式的点对点的在10cm内的数据传输。这种传输技术是由免接触式射频识别(RFID)演化与转变而来的,而且还能向下兼容,主要在手机等手持设备中提供M2M(machine to machine)的互相通信。NFC支持读卡器模式、卡模拟模式和点对点模式,这三种工作模式适用于不同的应用场景。

  1.读卡器模式

  读卡器模式下是主动模式,NFC终端可作为一个读卡器,在发出射频场后,能识别和读/写其他的NFC设备信息。读卡器模式作为非接触读卡器使用,在该模式中具备识读功能的NFC手机从TAG中采集数据,然后根据应用的要求进行处理。有些应用可以直接在本地完成而有些应用则需要通过与网络交互才能完成,如图3所示。

  基于该模式的典型应用有门禁控制或车票、电影院门票售卖等使用者只需携带储存有票证或门控代码的设备靠近读取设备即可。它还能够作为简单的数据获取应用,比如公交车站站点信息、公园地图信息等。

NFC手机作为识读设备的工作示意图

图3 NFC手机作为识读设备的工作示意图

  2.卡模拟模式

  卡模拟模式下是被动模式,此时NFC终端则被模拟成一张卡,它被动响应其他设备发出的射频场,同时被读写信息。用户将手机靠近读卡器,输入交易密码或接收交易,即可完成支付和收款。卡片通过非接触读卡器的RF域来供电,即使NFC设备没电也可以正常工作。

  在该应用模式中,NFC识读设备从具备TAG能力的NFC手机中采集数据然后将数据传送到应用处理系统进行处理(图4)。基于该模式的典型应用包括门禁、本地支付、电子票等应用。

NFC手机作为被读设备的工作示意图

图4 NFC手机作为被读设备的工作示意图

  3.点对点模式

  点对点模式下是双向模式,这个模式是指NFC终端双方全部主动发出射频场来建立一个点对点的通信。也就是说两个NFC设备都是处于主动模式的,一种设备只要是支持NFC的,都可以在主动或被动模式下来交换数据。如图5所示,在该模式下,多个具有NFC功能的电子设备之间,都可以同时进行无线连接。该模式的典型应用有协助快速建立蓝牙连接、交换手机名片和数据通信等。

NFC手机作为点对点通信设备的工作示意图

图5 NFC手机作为点对点通信设备的工作示意图

  3、NFC的发展及应用

  2006年6月我国首个手机NFC开始使用。在当时有四个公司在厦门开始试点他们分别是诺基亚、飞利浦、易通卡、中国移动公司等。虽然NFC在2006就已经在国内有所应用,可是普及度却一直没能上升。

  2014年3月14日,央行暂停了虚拟信用卡和二维码支付业务。此后央行又下发了《中国人民银行关于手机支付业务发展的指导意见》,让二维码支付遭到了打击。这在另一面则为NFC支付留出了市场空间。

  2015年国务院印发《关于实施银行卡清算机构准入管理的决定》,为第三方支付平台成为清算组织提供了可能路径。近场支付作为移动互联网的具体应用和O2O的重要落地形式,拥有前所未见的优越政策和市场环境。

  目前而言,近场支付的市场环境已经较为成熟。一些推动近场支付发展的因素如移动终端的支持、主机卡的兼容都为近场支付提供了多种灵活的支付方式。同时,近场支付也被多个科技公司如Apple、Google、PayPal和三星等支持,这些因素共同推动了近场支付的快速发展。

  NFC技术的应用可分为五类:

  (1)接触通过(touch and go),如门禁管理、车票和]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,用户将设备靠近嵌有NFC模块的POS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(例如手机和笔记本电脑),进行点对点(peer-to-peer)数据传输,下载音乐、图片互传和交换通讯录等。

  (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。

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