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干货丨NFC最全解析

2018-11-02
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说到NFC,我们大家并不陌生,移动支付、扫码乘车......都会看到它的存在。那么,NFC技术到底是什么?它有什么特点?又会带来哪些新机遇?



NFC是什么?


NFC(Near Field Communication),即“近场通信”,顾名思义,这是一种短距离高频无线通信技术,电子设备可以在彼此靠近的情况下进行数据交换。



近场通信,是在13.56MHz频率运行于20厘米距离内,其传输速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种。


具体来说,它是通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能,利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。



NFC由REID演变而来?


2003年,索尼和飞利浦共同研制开发NFC;2004年,两大巨头又与诺基亚合作,创建NFC论坛,开始推广NFC的应用。



而这个技术是由免接触式射频识别(RFID)演变而来。但是,NFC与RFID看似相似,但其实有很多区别,因为RFID本质上属于识别技术,而NFC属于通信技术。



区别1. 工作频率


NFC的工作频率为13.56MHz;而RFID的工作频率有低频(125KHz-135KHz),高频(13.56MHz)及超高频(860MHz-960MHz)。  


区别2. 工作距离


NFC的工作距离一般小于10cm,从而更好地保证业务的安全性;而RFID因具有不同的频率,其工作距离在几厘米到几十米不等。


区别3. 工作模式


NFC同时支持读写模式和卡模式;而在RFID中,读卡器和非接触卡是独立的两个实体,不能切换。


区别4. 点对点通信


NFC支持P2P模式;RFID不支持P2P模式。


区别5. 应用领域


NFC多数应用在门禁,公交卡,手机支付等领域;而RFID更多的工作在生产,物流,跟踪和资产管理上。



NFC的三种工作模式


1.读卡器模式


这是一种主动模式,数据在NFC芯片中,好比“刷标签”。


通过支持NFC的电子设备从带有NFC芯片的标签、贴纸、名片等媒介中读写信息。当设备向NFC读写数据时,它会发送某种磁场,而这个磁场会自动的向NFC标签供电,因此不需要外部供电。



2.仿真卡模式


相较于读卡器模式,这是一种被动模式。可以当作“刷手机”,数据在支持NFC的手机或其它电子设备中。


简单来说,支持NFC的手机或其它电子设备被模拟成一张卡,例如借记卡、公交卡、门禁卡等。它的基本原理是将相应IC卡中的信息凭证封装成数据包存储在支持NFC的外设中 。


这种模式,在使用时还需要一个NFC射频器。这个射频器如同刷卡器,手机或其它设备靠近NFC射频器,手机就会接收到NFC射频器发过来的信号,在通过一系列复杂的验证后,将IC卡的相应信息传入NFC射频器,最后这些IC卡数据会传入NFC射频器连接的电脑,并进行相应的处理。


移动设备主要以这种模式操作,可以大幅降低功耗,并延长电池寿命。



3.点对点模式


这是一种双向模式,通常用于不同NFC设备之间进行数据交换,相当于两个设备都处于主动模式。不过这个模式已经没有“刷”的感觉了,其有效距离一般不能超过4厘米。


点对点模式的典型应用是两部支持NFC的手机或平板电脑实现数据的点对点传输,例如,交换图片或同步设备联系人。因此,通过NFC,多个设备如数字相机,计算机,手机之间,都可以快速连接,并交换资料或者服务。


有人会说,这个模式类似于蓝牙、红外。但它的传输建立速度要比红外和蓝牙技术快很多,传输速度却不如蓝牙。


NFC、蓝牙、红外对比:


项目

NFC

蓝牙

红外

模式

点对点

单点对多点

点对点

有效距离

≤0.1m

300m(蓝牙5.0)

<1m,不稳定    

传输速度

上限为424kbps

上限为24Mbps

慢速115.2kbps,快速4Mbps  

建立时间

<0.1s

6s    

0.5s    

安全性

安全,硬件实现

安全,软件实现    

安全性相对较低


NFC应用如此广泛?


NFC由来已久,为什么近几年才进入我们的视线?日本最早开始推广NFC,可是在其它地区市场似乎一片惨淡。2004年,诺基亚推出了世界上第一款NFC产品——诺基亚3220,但由于并无实用的功能,NFC也只能作为一个噱头。



直至今日,随着移动支付的普及,NFC技术又重新成为各大手机制造商的宠儿。


1.移动支付


相对于扫码付款模式,NFC的接触付款模式显然更加快捷和安全。


目前,各大银行都推出了“手机钱包功能”,手机厂商也在手机中加入“钱包功能”(如:Apple Pay、Samsung Pay、Mi Pay等)可以直接用手机“刷卡”支付。



在交通出行方面,通过NFC设备触碰闸机口的读卡区域,可以自动打开闸道,这是将交通卡的功能集成到NFC 设备之上。在英国伦敦,有8500辆公交车支持NFC支付,乘客可以使用借记卡、信用卡或充值卡在NFC读取器上支付交通费用。


让手机作为银行卡和交通卡使用,都是通过卡模拟来实现的。



2.文件传输


类似于手机蓝牙,在两台手机都将NFC功能开启后,将手机靠近即可建立连接,之后就可选择传输或接收文件。


现在很多相机、照片打印机,也通过NFC进行图片快速传输,方便又快捷。



3.图书出版


对于图书而言,一直存在的争议是电子图书是否会替代纸质图书,NFC 技术的到来,也将改变图书出版的原有模式。


2012年,美国的阿尔伯克基城推出了NFC 图书,图书集成了八个NFC 芯片,通过NFC 设备读取可以浏览多媒体,互动性、信息娱乐、个性化、社交媒体等都可以添加,如此可以带来不一样的阅读体验,特别是在视频、游戏、社交功能的添加之后,纸质图书也变得缤纷多彩。



4.零售商超


NFC 在零售中的应用也逐渐普及。2012年10月,法国Casino连锁超市宣布试点全球第一个NFC 超市,在超市中,用户通过NFC 手机读取货架当中的商品NFC 标签,随后顾客的NFC 手机将显示商品的成分列表、供货信息、视频资料、价格等相关信息。同时,超市可以通过标签读取的次数,了解消费者喜好,进一步安排货架的人性化摆放,促进消费。



NFC芯片三大主力


说起NFC技术,不得不说说其芯片的主要厂商。就目前来看,NFC芯片基本被国外厂商垄断,其中恩智浦、意法半导体、法国颖设为三大主流NFC芯片厂商。


1.恩智浦(NXP)


NXP于2006年从飞利浦(Philips)电子公司独立出来。1994年NXP就开发出MIFARE技术,虽然标准未被纳入NFC Forum,但基于此两种标准的MIFARE卡目前被欧美的交通运输市场广泛采用。NXP以此优势,推出市场上唯一同时相容MIFARE标准与NFC Forum标准的产品,增加其晶片在国际间的通用性。


目前,交通运输与手机的NFC芯片市场几乎被NXP所垄断,在移动支付领域占得一席之地。



2.法国颖设(Inside Secure)


Inside Secure,前身为Inside Contactless,专注于NFC技术以及交易安全技术的开发,因此产品多为用于智慧卡的NFC芯片;2010年,并购爱特梅尔(Atmel)的安全元件部门,且改名为Inside Secure,宣示该公司着重于NFC安全元件开发的决心,于2012年开发出该公司第一颗NFC安全元件。虽然目前该公司以安全元件开发为主轴,但并未放弃智慧卡NFC芯片的主导权。



3.意法半导体(ST)


由于意法半导体与ARM合作,基于其处理器架构上,开发多达四百五十种的MCU,包含了从高运算速度到低运算速度的产品,这些MCU只要与NFC控制器作整合,就可以搭载在不同的终端类型产品进行NFC的应用,让业者可由应用面及价格来做最佳选择。


ST意识到安全元件在行动支付应用的重要性,也开发安全元件的MCU。在NFC的安全元件MCU方面,由于不同类型终端业者所需要的安全元件模式不同,所以同时开发三种安全元件模式的产品(内嵌于行动电话、内嵌于micro SD卡及内嵌于SIM卡)。  


此外,索尼、飞利浦、英飞凌、博通等都有研发NFC芯片。      



NFC还有许多功能处于研发阶段,并没有完全走进我们的生活,全球各地还在研究NFC的潜力。


最新的iPhone XS、iPhone XR都把NFC支付作为继续沿用的支付手段,华为、小米、三星、魅族等品牌逐渐将NFC功能作为标配,可以想象,不久之后,NFC技术将被更加广泛地应用到我们的衣、食、住、行方方面面。


未来可期......  


全球物联网观察整理

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