Технология NFC: возможности, описание функций, сферы применения

9 Октября, 2018
Приложения
Elena_Ladypain

NFC представляет собой набор протоколов связи, позволяющих использовать два электронных устройства, одно из которых обычно представляет собой переносное (например, смартфон) для установления связи при нахождении их в пределах 4 см друг от друга. Что же это такое и каковы возможности NFC?

Устройства NFC используются в бесконтактных платежных системах, аналогичных тем, которые применяются в кредитных карточках и смарт-картах электронных билетов и позволяют мобильным платежам заменять и дополнять эти системы. Это подключение иногда называют CTLS NFC. Near-field communication используется для социальных сетей, обмена контактами, фотографиями, видео или файлами.

Устройства с поддержкой NFC могут действовать как электронные идентификационные документы и карточки. Технология предлагает низкоскоростное соединение с простой настройкой, которая может применяться для загрузки более надежных беспроводных соединений.

Подробный обзор

Подобные идеи в рекламных и промышленных приложениях обычно не оказывались успешными коммерчески, поскольку опережались такими технологиями, как штрих-коды и метки UHF RFID. Протоколы NFC, однако, устанавливают общепринятый стандарт. Когда одно из синхронизированных устройств имеет подключение к Интернету, другое может обмениваться данными с онлайн-сервисами.

Портативные устройства с поддержкой NFC могут быть снабжены прикладным программным обеспечением, например, для чтения электронных тегов или осуществления платежей при подключении к девайсу, совместимому с данным протоколом. Раньше синхронизация с близкого расстояния использовала технологию, которая была собственностью производителя (для таких приложений, как билет на акции, контроль доступа и считыватели платежей).

Как и другие технологии бесконтактной карты, NFC использует электромагнитную индукцию между двумя петлевыми антеннами. Устройства с поддержкой Near-field communication, например, смартфон и принтер, работают в глобально доступном нелицензионном диапазоне частот ISM 13,56 МГц по ISO/IEC 18000-3 со скоростью от 106 до 424 кбит/с.

Каждое полное устройство NFC может работать в трех режимах:

Эмуляция карт. Позволяет устройствам с поддержкой NFC (смартфоны) действовать как смарт-карты, что позволяет пользователям выполнять такие транзакции, как оплата или продажа билетов.
NFC с поддержкой режима считывания и записи. Позволяет девайсам с NFC читать информацию, хранящуюся на тегах, встроенных в ярлыки или смарт-плакаты.
NFC одноранговый. Позволяет двум устройствам с поддержкой Near-field communication взаимодействовать друг с другом для обмена информацией с помощью adhoc.

Что такое метки или теги?

Метки NFC представляют собой пассивные хранилища данных, которые можно прочитать и при определенных обстоятельствах записать на устройство. Они обычно содержат данные (к примеру, по состоянию на 2015 год, между 96 и 8 192 байтами и т. п.) и доступны только для чтения при нормальном использовании, но могут перезаписываться. Приложения включают в себя безопасное хранение персональных данных (например, информацию о дебетовой или кредитной карте, данные программы лояльности, личные идентификационные номера (PIN-коды), контакты). Этикетки NFC могут быть закодированы произвольно на своих производителях или же использовать отраслевые спецификации.

Стандарты NFC охватывают протоколы связи и форматы обмена данными, и основаны на существующих параметрах радиочастотной идентификации (RFID), включая ISO/IEC 14443 и FeliCa. В дополнение к форуму NFC группа GSMA определила платформу для развертывания стандартов GSMA NFC в мобильных телефонах. Разработки GSMA включают в себя Trusted Services Manager и Single Wire Protocol, тестирование, сертификацию и защищенный элемент.

Программа лицензирования патентов для NFC находится на стадии разработки французским Brevets - патентным фондом, созданным в 2011 году. Платформа - независимая бесплатная библиотека NFC с открытым исходным кодом (libnfc) доступна по лицензии GNU Lesser General Public. Настоящие и ожидаемые приложения включают в себя бесконтактные транзакции, обмен данными и упрощенную настройку более сложных коммуникаций, таких как Wi-Fi.

Как это работает?

NFC представляет собой набор беспроводных технологий ближнего действия, обычно требующих расстояния 10 см или менее. Связь работает на 13,56 МГц на воздушном интерфейсе ISO/IEC 18000-3 и со скоростью от 106 кбит/с до 424 кбит/с. NFC всегда включает инициатора и цель. Первый обычно активно генерирует RF-поле, которое может управлять пассивной мишенью. Это позволяет NFC-целям принимать очень простые форм-факторы, такие как неокрашенные теги, наклейки, брелоки или карты. Возможна одноранговая связь NFC, при условии что обеспечивается питание обоих устройств.

Метки NFC содержат данные и обычно доступны только для чтения, но могут записываться. Они могут быть зашифрованы их изготовителями или использовать спецификации NFC Forum. Теги могут безопасно хранить личную информацию, такую как данные дебетовой и кредитной карты, программы лояльности, PIN-коды и сетевые контакты. NFC Forum определяет четыре типа тегов, которые обеспечивают разные скорости и возможности связи с точки зрения конфигурируемости, памяти, безопасности, хранения данных и продолжительности записи. В настоящее время теги содержат от 96 до 4096 байт памяти.

Как и в случае с технологией бесконтактных карт, коммуникация ближнего поля использует электромагнитную индукцию между двумя петлевыми антеннами, расположенными в ближнем поле друг друга, эффективно формируя трансформатор с воздушным сердечником. Он работает в глобально доступном и нелицензионном радиочастотном диапазоне ISM 13,56 МГц. Большая часть радиочастотной энергии сосредоточена в разрешенном диапазоне полосы пропускания ± 7 кГц, но спектральная маска для основного лепестка имеет ширину до 1,8 МГц.

Теоретическое рабочее расстояние с компактными стандартными антеннами: до 20 см (практическое - около 10 см). Обратите внимание, что антенна пикапа может быть закалена рядом с металлическими поверхностями, поэтому метки должны быть расположены на некотором расстоянии от поверхности.

Поддерживаемые скорости передачи данных составляют 106, 212 или 424 кбит/с (скорость передачи данных 848 кбит/с не соответствует стандарту ISO / IEC 18092).

Пассивный режим

Устройство-инициатор предоставляет поле, а целевое отвечает путем его модуляции. В этом режиме целевое устройство может выводить свою рабочую мощность из предоставленного инициатором электромагнитного поля, тем самым делая его транспондером.

Активный режим

И инициатор, и целевое устройство обмениваются данными, поочередно генерируя свои собственные поля. Устройство дезактивирует свое радиочастотное поле, пока оно ожидает передачу сигнала. В этом режиме оба девайса обычно имеют источники питания.

NFC использует две разные кодировки для передачи данных. Если активное устройство передает сигнал со скоростью 106 кбит/с, используется модифицированное кодирование Миллера со 100% модуляцией. Во всех остальных случаях манчестерское кодирование используется с коэффициентом модуляции 10%.

Возможности NFC-устройств являются полнодуплексными - они могут принимать и передавать данные одновременно. Таким образом, они способны проверять потенциальные столкновения, если принятая частота сигнала не соответствует частоте передаваемого сигнала.

Обзор стека протоколов NFC

Стандарты NFC охватывают протоколы связи и форматы обмена данными, и основаны на существующих стандартах RFID, включая ISO/IEC 14443 и FeliCa. Они также включают ISO/IEC 18092 и параметры, которые определены Форумом NFC.

ISO/IEC

Технология NFC стандартизована в ECMA-340 и ISO/IEC 18092. Эти стандарты определяют схемы модуляции, кодирование, скорость передачи и формат кадра RF-интерфейса устройств, а также схемы инициализации и условия, необходимые для управления взаимодействием данных при инициализации как для пассивных, так и для активных режимов NFC. Они также определяют транспортный протокол, включая методы активации протокола и обмена данными.

Возможности NFC включают в себя множество существующих стандартов, включая ISO/IEC 14443 Type A и Type B и FeliCa. Телефоны с поддержкой технологии работают на базовом уровне с существующими приемниками. В режиме эмуляции карты устройство NFC должно передавать как минимум уникальный идентификационный номер считывателю. Кроме того, NFC Forum определил общий формат данных, называемый NFC Data Exchange Format (NDEF), который может хранить и переносить элементы начиная с любого объекта с MIME-типом и заканчивая ультракороткими RTD-документами, такими как URL-адреса. Forum добавил простой протокол NDEF Exchange (SNEP) в спецификацию, которая позволяет отправлять и получать сообщения между двумя устройствами.

GSMA

GSM (GSMA) является торговой ассоциацией, представляющей почти 800 операторов мобильной телефонии и более 200 компаний по продуктам и услугам в 219 странах. Многие из ее членов провели испытания NFC и готовят услуги для коммерческого запуска.

GSM участвует в нескольких инициативах:

Стандарты: GSMA разрабатывает стандарты сертификации и тестирования для обеспечения глобальной совместимости сервисов NFC.
Инициатива Pay-Buy-Mobile: стремится определить общий глобальный подход к использованию технологии для связи мобильных устройств с платежными и бесконтактными системами.

StoLPaN

StoLPaN (магазин логистики и платежей с NFC) является общеевропейским консорциумом, поддерживаемым программой Европейской комиссии по информационным технологиям. StoLPaN рассматривает потенциал локальной беспроводной связи NFC.

NFC Forum

Это некоммерческая отраслевая ассоциация, созданная 18 марта 2004 года NXP Semiconductors, Sony и Nokia для продвижения использования беспроводного взаимодействия и функций NFC в бытовой электронике, мобильных устройствах и ПК. Стандарты включают четыре различных типа тегов, которые обеспечивают разные скорости и возможности связи, охватывающие гибкость, память, безопасность, сохранение данных и выдержку для записи. Forum способствует внедрению и стандартизации технологии для обеспечения взаимодействия между устройствами и службами. По состоянию на июнь 2013 года в ассоциации было более 190 компаний-членов.

Другие органы стандартизации

GSMA определила платформу для развертывания стандартов GSMA NFC в мобильных телефонах. Усилия GSMA включают в себя Single Wire Protocol, тестирование и сертификацию и защищенный элемент. Стандарты ассоциации, связанные с развертыванием протоколов (управляемых Forum) на мобильных телефонах, не являются ни эксклюзивными, ни общепринятыми. Например, развертывание Google эмуляции Host Card на Android KitKat обеспечивает программный контроль универсального радио. В этом развертывании HCE протокол NFC используется без стандартов GSMA.

Коммерческое использование технологии

Устройства NFC могут использоваться в бесконтактных платежных системах, аналогичных тем, которые применяются в кредитных карточках и смарт-картах электронных билетов, и позволяют мобильным платежам заменять и дополнять эти системы. Таким образом, это обеспечивает NFC-платежи с защищенной коммуникацией.

В Android 4.4 Google представила поддержку платформы для безопасных транзакций на основе NFC посредством эмуляции Host Card (HCE) для платежей, программ лояльности, доступа к карте, транзитных проходов и других пользовательских сервисов. HCE позволяет любому приложению Android 4.4 эмулировать смарт-карту, помогая пользователям инициировать транзакции с помощью своего устройства. Они могут задействовать новый режим чтения, чтобы выступать в качестве считывателей для карт Host Card и других транзакций на основе технологии NFC в Android.

9 сентября 2014 года Apple объявила о поддержке транзакций в составе Apple Pay. С введением iOS 11 устройства Apple позволяют сторонним разработчикам читать данные из меток NFC (в айфоне и айпаде).

Загрузка других подключений

NFC предлагает низкоскоростное соединение с простой настройкой, которое может использоваться для загрузки более надежных беспроводных подключений. Например, программное обеспечение Android Beam использует технологию, чтобы разрешить сопряжение и установить соединение Bluetooth при выполнении передачи файлов, а затем отключить его на обоих устройствах по завершении.

Nokia, Samsung, BlackBerry и Sony использовали возможности NFC на телефоне для подключения Bluetooth-гарнитуры, медиаплееров и динамиков одним нажатием. Тот же принцип может быть применен к конфигурации сетей Wi-Fi.

У устройств Samsung Galaxy имеется функция S-Beam - расширение Android Beam, которое использует функции NFC (для обмена MAC-адресами и IP-адресами), а затем Wi-Fi Direct для обмена файлами и документами. Преимущество использования Wi-Fi Direct по Bluetooth заключается в том, что это обеспечивает гораздо более быструю передачу данных со скоростью до 300 Мбит/с.

Приложения NFC можно использовать для социальных сетей, для обмена контактами, фотографиями, видео или файлами и входа в многопользовательские мобильные игры.

Идентичность и токены доступа

Устройства с поддержкой NFC могут действовать как электронные идентификационные документы и карточки. Краткая поддержка и шифрование делают протокол более подходящим, чем менее простые RFID-системы.

Автоматизация смартфонов и теги NFC

Смартфоны, оснащенные этим протоколом, могут быть соединены с NFC-метками или наклейками, связанными с определенными приложениями. Эти программы позволяют изменять настройки телефона, текстовые сообщения, запуск сервисов или выполнение команд.

Такие приложения не полагаются на компанию или производителя, но могут быть использованы немедленно с помощью смартфона с поддержкой возможностей NFC и их меток.

В 2015 году NFC Forum опубликовал определение типа записи подписи (RTD) 2.0, чтобы добавить целостность и подлинность для тегов. Эта спецификация позволяет устройству проверять данные меток и идентифицировать их автора.

Применение в играх

NFC использовался в видеоиграх начиная со Skylanders: Spyro's Adventure. Благодаря этому протоколу вы покупаете фигурки, которые настраиваются и содержат персональные данные. Wii U была первой системой, включающей встроенную технологию через GamePad. Позднее она была включена в линейку Nintendo 3DS. Ассортимент аксессуаров Amiibo тоже использует технологию для разблокировки функций.

Как включить NFC?

Как правило, в современных устройствах, начиная с версии 4.4, данный протокол доступен автоматически, если он поддерживается. Девайс на «Андроид» при этом настраивается так: в меню настроек требуется выбрать «Дополнительно», а затем «Еще». Откроется список, в котором можно обнаружить пункт с соответствующим названием. Поставьте там флажок включения, и сервис запустится сам по себе.

Как включить NFC на айфоне? В «яблочных» девайсах он работает по умолчанию с шестой серии, поэтому никаких действий по активации производить не нужно. Как только вы включите смартфон, вы сразу же можете начать совершать платежи по данному протоколу. Айпады поддерживают этот функционал также автоматически, начиная с модели iPad mini 3 и выше.