读书报告-NFC技术及应用.doc

硕 士 研 究 生 读 书 报 告

题目 NFC技术及应用

作者姓名 何阳军
作者学号 21151043
指导教师 尹可挺
学科专业 金融信息

所在学院 软件学院
提交日期 二○一一年十二月

NFC Technology and Applications

A Dissertation Submitted to
Zhejiang University
in partial fulfillment of the requirements for
the degree of
Master of Engineering

Major Subject: Software Engineering
Advisor: Ke-ting Yin

By
Yang-jun He
Zhejiang University, P.R. China
2011
摘要
移动支付作为国家信息化工作的重要组成部分，其产业发展已进入关键时期。NFC作为其中的关键技术越来越受到业界的追捧。特别是世界巨头纷纷加入，更是推动了NFC的良性快速发展。本文将分析讲解NFC的通信原理，同时比较它与其它通信技术的差别。本文重点还将分析NFC的三种应用模式，并且分析他们每种模式可能出现的行业。最后本文将结合移动互联网时代的背景分析，将如何使用好NFC，以及作为技术人员将如何重新思考这样的一种支付交互模式，去开发能够跟得上时代的产品。
关键词：移动支付， NFC，近场通信

Abstract
Mobile payment as a national information technology is an important part of the work.Now,the industry has entered a critical period. NFC as one of the key technologies are increasingly sought after by the industry. In particular, have joined the world's giants as Google ,the NFC is to promote the healthy and rapid development. This article will explain the NFC's communication theory analysis, and compare it with other communications technology differences. This paper will also focus on analysis of the three NFC application model, and analyze their potential for each mode of the industry. Finally, the paper will combine the mobile Internet era of the background analysis, the use of good NFC, as well as technical staff to re-think how such a payment in interactive mode, to develop products that keep pace with the times.
Keywords：Mobile payment,NFC

1引言
今年5月，搜索巨头谷歌公司推出名为谷歌钱包的服务。通过这项服务，用户可以通过智能手机完成购物的支付。这个举措难掩谷歌将进军移动市场支付的野心，但对电子行业来说，支撑这项业务的NFC(近场通信)技术开始火热起来。惠普公司已近计划在今年后的移动产品中加入NFC，诺基亚公司则在不久前发布的N9上采用了该技术，而更有传言，苹果公司的iPhone5手机未来也将支持该技术。
随着移动互联网的兴起，以手机为终端的联网设备再一次爆发出了无限的潜能。通过手机这样能够方便移动的平台，加上背后强大的服务器作为业务的后盾，未来的手机支付或者通过手机来完成的业务将会蕴含着一个非常巨大的市场。因此在这市场还未形成之前来了解NFC的技术背景，工作原理，以及它的应用场景就显得非常的重要，这将会为我们的未来的新一轮的技术浪潮中把握一定的方向。
2.1 NFC原理(近场通信)
NFC (Near Field Communication) 即近距离通信技术，它基于”非接触式射频识别(RFID) 和无线互联技术．为所有消费性电子产品提供了一个极为便利的通信方式。近场通信业务结合了近场通信技术和移动通信技术．是移动通信领域的一种新型业务。近场通信业务改变了用户使用移动电话的方式，使用户的消费行为逐步走向电子化，建立了一种新型的用户消费和业务模式。
2.1.1 NFC概念
在射频识别(RFID)及互联互通技术发展的推动下，为了满足电子设备问近距离通信的需求，飞利浦、诺基亚、索尼等著名厂商联合推出了的一项新的无线通信技术——NFC，即近场通信技术。
NFC是一种基于标准的近距离无线连接技术，能够在多个电子设备之间实现简单而安全的双向交互。当两台NFC兼容的设备彼此距离为十几厘米远时，它们之间就可进行通信。
NFC的最初设想是将RFID技术和互联网络技术进行简单的合并，随着这两项技术的发展和用户对此技术能力需求的增加，目前已经演变成一种具有相应标准的近距离无线通信技术。
NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，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；将NFC芯片装在手机上。可以实现小额电子支付和读取其它NFC设备或标签的信息。。
2.1.2 NFC工作原理
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2.1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2.1--NFC被动通信模式
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2.1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2.2--主动通信模式
如图2.2所示，移动设备主要以被动模式操作，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。

2.2 NFC标准化
随着短距离无线数据业务迅速膨胀，NFC于2004年4月被批准为国际标准。NFC技术符合ECMA 340与ETSI TS102 190 V1．1．1以及ISO／IEC 18092标准。这些标准详细规定了物理层和数据链路层的组成，具体包括NFC设备的工作模式、传输速度、调制方案、编码等，以及主动与被动NFC模式初始化过程中。数据冲突控制机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。
标准规定NFC技术支持三种不同的应用模式： (1)卡模式(如同FeliCa和ISO14443A／MIFARE卡的通信)； (2)读写模式(对FeliCaISO14443A卡的读写)； (3)NFC模式(NFC芯片间的通信)。标准规定了NFC的工作频率是13．56MHz，数据传输速度可以选择106kb／s、212kb／s或者424kb／s，在连接NFC后还可切换其它高速通信方式。传输速度取决于工作距离，工作距离最远可为20厘米，在大多数应用中，实际工作距离不会超过10厘米。
标准中对于NFC高速传输(>424kb／s)的调制目前还没有作出具体的规定，在低速传输时都采用了ASK调制，但对于不同的传输速率具体的调制参数是不同的。
2.2.1 NFC编码
标准规定了NFC编码技术包括信源编码和纠错编码两部分。不同的应用模式对应的信源编码的规则也不一样。对于模式1，信源编码的规则类似于密勒(Miller)码，图2.3表示了各种编码在电流变化时候的阶跃情况。具体的编码规则包括起始位、 “1，’、 “0”、结束位和空位。对于模式2和模式3，起始位、结束位以及空位的编码与模式1相同，只是“0”和“1”采用曼彻斯特(Manchester)码进行编码，或者可以采用反向的曼彻斯特码表示。在这里补充一点：这样做的好处是牺牲了数据传输率，但能很好的实现收发同步。纠错编码采用循环冗余校验法。所有的传输比特。包括数据比特、校验比特、起始比特、结束比特以及循环冗余校验比特都要参加循环冗余校验。由于编码是按字节进行的，因此总的编码比特数应该是8的倍数[1]。

2.3--各种编码比较
2.2.2抗干扰
为了防止干扰正在工作的其它NFC设备(包括工作在此频段的其它电子设备)，NFC标准规定任何NFC设备在呼叫前都要进行系统初始化以检测周围的射频场。当周围NFC频段的射频场小于规定的门限值(0．1875A／m )时，该NFC设备才能呼叫。如果在NFC射频场范围内有两台以上NFC设备同时开机的话，需要采用单用户检测来保证NFC设备点对点通信的正常进行，单用户识别主要是通过检测NFC设备识别码或信号时隙完成的。

2.3 NFC与其它技术的比较
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。

图2.4--各种通信技术的比较
3.1NFC业务应用模式
基于NFC技术的业务支持三种工作模式．它们分别是卡模式、NFC模式或者点对点模式、读卡器模式。这三种工作模式适用于不同的应用场景。
3.1.1卡模式
该模式就是将具有NFC功能的设备模拟成一张非接触卡 如门禁卡、银行卡等。卡模拟模式主要用于商场 交通等非接触移动支付应用中 用户只要将手机靠近读卡器，并输入密码确认交易或者直接接收交易即可。此种方式下，卡片通过非接触读卡器的RF域来供电，即便是NFC设备没电也可以工作。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，见图3.1。基于该模式的典型应用包括本地支付、门禁控制、电子票应用等等。

图3.1--NFC卡模式

3.1.2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。在该模式中．具备读写功能的NFC手机可从T AG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。 基于该模型的典型应用包括电子广告读取和车票 电影院门票售卖等。比如．如果在电影海报或展览信息背后贴有TAG标签．用户可以利用支持NFC协议的手机获得有关详细信息 或是立即联机使用信用卡购票。读卡器模式还能够用于简单的数据获取应用 比如公交车站站点信息、公园地图等信息的获取等。如下图3.2所示。

图3.2--NFC读卡器模式
3.1.3点对点模式
即将两个具备NFC功能的设备链接，实现点对点数据传输。基于该模式．多个具有N FC功能的数字相机、PDA 计算机、手机之间 都可以进行无线互联 实现数据交换，后续的关联应用是本地应用也可以是网络应用。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。
如图3.3所示。

3.3--NFC点对点模式
3.2业务分析
正式基于以上的三种应用模型，可以终结归纳出下面的表格[2]（表3.1）。

表3.1--个应用模式的应用场景
在移动支付领域中，不少移动支付应用场景需要卡模拟模式和读卡器模式联合运用，以方便用户一次完成有效的移动支付。以电影片花欣赏、订票及消费场景为例，在该应用场景中，用户通过具有NFC功能的手机碰读电影的智能海报，即可访问并欣赏该片的精彩片花，在这个阶段，利用的是NFC技术中的阅读器模式。当用户决定购买电影票时，发起预定票请求，后台将预定电子票通过空中服务平台下载到用户的手机上，用户在影院入场时，将存有预定电子票的手机碰读检票机，验票扣款后，开闸放行，场景应用流程见图3.4。在验票消费阶段，存有电子票的手机使用的是NFC技术中的卡模拟模式[4]。

图3.4--电影票预订及片花欣赏
4如何看待NFC的机遇
在移动支付领域，运营商的话语权并不十分突出，单靠运营商来推动移动支付业务的快速发展是一件非常困难的事情。在NFC技术的应用环境中，移动支付只是基于NFC技术上的一个应用而已。由于基于NFC技术的手机终端既可以工作在卡模拟模式下，又可以工作在阅读器模式下，具备支付业务及非支付业务实现的双重能力[3]。在系统架构设计时要充分考虑两类业务的融合运用，如图4.1所示。

图4.1 NFC--应用系统示意图
4.1机遇与思考
由于整套NFC的发布，清算，审核系统都还没有在业界形成一致的标准，也没有巨头的产生，所以这将是一个充满机遇的市场，整条产业链的各个环节都充满着发展的机遇。从生产硬件，到发布软件，再到清算的平台每一个环节将来都会产生出许多业界新兴的高科技公司。
如果NFC跟社交网络结合呢？用户在电影院门口预订了张艺谋的电影票，系统提示要不要提醒自己的SNS里面的好友。这样信息的传播不仅高效而且成本非常的低，并且富有针对性，那如果NFC跟GIS结合呢？所以未来在这个领域将由无穷的发展机遇!
5. 总结
NFC作为一门新兴的技术必将在未来的发展中发挥自己的所长，给人们的生活添加很多的便利。作为技术人员的我们也要时刻把握技术的新潮与趋势。如果能合理利用好NFC的技术，那么势必在互联网的下一个十年充满竞争力。
参考文献

[1]邹涛、网络与无线通信技术[M]．北京：人民邮电出版社[M]，2004．
[2] 荆林波，刘波．全球电子支付产业的发展状况[J]．商业经济，2008(2)：3_4．
[3] 沈红兵．网络零售支付与结算[M]．重庆：重庆大学出版社，2011：22．
[4] 欧阳卫民．中国电子支付的趋势与未来展望[J J．金融会计，2009(2)．30—35．